Hogeschool van Amsterdam
Safetrans Almere, januari 2003
M.Visser
Maarten Visser
1
Safetrans
Voorwoord Als jochie kwam ik de HvA binnen, geen idee hebbende van wat er zich in de maritieme wereld afspeeld. Twee en een half jaar school en een half jaar stage later moest een scriptie worden geschreven over “iets maritiems”. In principe was alles wel interessant, maar zeemanschap was dat voor mij toch net iets meer. Door het vrije keuzevak Marine Surveying kreeg ik ideeën voor mijn afstuderen. Omdat Dhr Cijntje een goed contact had met Hydrographic & Marine Consultants ben ik hier op bezoek geweest hetgeen resulteerde in mijn afstudeerplek. Bij HMC worden allerlei programma’s ontwikkeld voor het gebruik op schepen, uiteenlopend van beladingsprogramma’s voor verschillende type lading (CPC) en bemanning (Crewplan) tot onderhoudsplanning (Worksplan) en vlootpositie planning (Marplot). Zelf mocht ik me bezig houden met de Safetrans maar daarover straks meer. Een andere tak van dit bedrijf houdt zich bezig met het verrichten van survey’s en het afgeven van het daarbij behorende ‘Certificate of Approval’. Ik ben blij dat ik ook met de mensen die hiervoor werken ideeën heb mogen uitwisselen en af en toe een kijkje achter de schermen mocht nemen. Ik kan terug kijken op een, naar mijn gevoel, geslaagde en leerzame afstudeerperiode. Dan resten mij nog de bedankjes. Als eerst mijn begeleiders, Dhr Cijntje op school en Dhr Houdijk bij HMC. Capt. Janse, voor alle uitleg en de mooie verhalen tijdens de uitstapjes. Tenslotte wil ik ik Dhr. Lammers van Smit Transport bedanken voor het beschikbaar stellen van alle gegevens die ik nodig had voor de voorbeeldreis. Maarten Visser, Almere 2003
M.Visser
2
Safetrans
Inhoudsopgave VOORWOORD............................................................................................................. 2 INHOUDSOPGAVE..................................................................................................... 3 SAMENVATTING ....................................................................................................... 5 H. 1
INLEIDING....................................................................................................... 6
1.1 1.2 1.3 1.4
PROBLEEMSTELLING ................................................................................................................ 6 DOELSTELLING ......................................................................................................................... 6 ONDERZOEKSMETHODE ........................................................................................................... 6 OPBOUW VAN HET VERSLAG .................................................................................................... 7
H. 2
ACHTERGROND ............................................................................................ 8
2.1 SAFETRANS PROGRAMMA’S EN VASTE DATABASES ................................................................ 8 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.1.9
Route Planning & Display ................................................................................................................. 8 Vessel Operating Module en Captains Decision Mimic ................................................................. 11 Decision and Routing Support ......................................................................................................... 13 Forecast improver ............................................................................................................................ 14 Forecast DataBase........................................................................................................................... 16 Integrated Marine Decision Support System................................................................................... 16 Ship Motion Database...................................................................................................................... 18 Voyage statistics............................................................................................................................... 19 Accident DataBase en Risk module ................................................................................................. 19
2.2 REIS-AFHANKELIJKE DATABASES .......................................................................................... 22 2.2.1 2.2.2
H. 3
Response Amplitude Operator DataBase ........................................................................................ 22 Significant Double Amplitude DataBase......................................................................................... 24
SAFETRANS INVOERHANDLEIDING .................................................... 26
3.1 PROJECT .................................................................................................................................. 27 3.2 CASE......................................................................................................................................... 27 3.2.1 3.2.2 3.2.3
Case Settings .................................................................................................................................... 27 Hull ................................................................................................................................................... 27 Appendages ...................................................................................................................................... 30
3.3 RUN .......................................................................................................................................... 31 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8 3.3.9 3.3.10 3.3.11 3.3.12
Wave Conditions .............................................................................................................................. 31 Loading............................................................................................................................................. 32 Route Settings ................................................................................................................................... 33 Resistance Curve .............................................................................................................................. 34 Current Forces ................................................................................................................................. 34 Wind Forces ..................................................................................................................................... 35 Propulsion ........................................................................................................................................ 37 Towline And Winch .......................................................................................................................... 38 Computed Signals............................................................................................................................. 39 Measured Signals ............................................................................................................................. 40 Criteria ............................................................................................................................................. 40 Risks.................................................................................................................................................. 40
H. 4
BEREKENINGSPROCESSEN ..................................................................... 42
4.1 4.2 4.3 4.4
VOYAGE MOTION CLIMATE................................................................................................... 42 MONTE CARLO SIMULATOR .................................................................................................. 43 TRAINING SYSTEM .................................................................................................................. 44 ON-BOARD SYSTEM ................................................................................................................. 44
M.Visser
3
Safetrans
H. 5
BESPREKING VAN SAFETRANS.............................................................. 46
5.1 BESPREKING UITKOMSTEN..................................................................................................... 46 5.1.1 5.1.2
De golfgegevens ............................................................................................................................... 46 De bruikbaarheid ............................................................................................................................. 51
5.2 VERGELIJKING SAFETRANS EN DO-SUITE ............................................................................ 52
H. 6
AFRONDING.................................................................................................. 55
6.1 CONCLUSIE .............................................................................................................................. 55 6.2 LITERATUURLIJST................................................................................................................... 55
BIJLAGELIJST.......................................................................................................... 56
M.Visser
4
Safetrans
Samenvatting Met zesentwintig bedrijven is gewerkt aan een programma dat de veiligheid en voorspelbaarheid van risicovolle transporten moest verbeteren. Safetrans is dit geworden. Bij HMC echter, is er voor nieuwkomers helaas te weinig tijd om het programma uitgebreid te bestuderen en testen. Safetrans werkt met een aantal vaste programma’s en Databases waar gegevens die niet veranderen uit worden gehaald en Databases waar veranderingen naar geschreven worden of die per reis verschillen. De kennis van het programma wordt dan gebruikt om doeltreffend de scheepsgegevens in te kunnen vullen. Als dit gedaan is kunnen de omgevingscondities met ‘Voyage Motion Climate’ gegenereerd worden en bekeken in Excel. Een completere simulatie van een zeereis behaald men als in Safetrans tijdens de simulatie instellingen van een schip veranderd kunnen worden. Dit gebeurd in de ‘Monte Carlo Simulator’ door de ‘Captains Decision Mimic’ onder andere naar aanleiding van het weer, de bewegingen van het schip en de berekende risico’s. Ook van deze simulatie kunnen de berekende waarden in Excel bekeken worden. Tijdens het ‘Training system’ moet deze beslissingen zelf worden genomen en gelden de uitkomsten van de ‘Captains Decision Mimic’ als adviesmiddel. Hetzelfde geldt voor het ‘On-Board system’ waarbij ook daadwerkelijk gevaren wordt. De golfgegevens in de weer-database komen van Global Wave Statistics. Deze gegevens hebben als voordeel dat ze geschikt zijn voor berekening van lange termijn statistieken. Als basis zijn scheepsobservaties genomen die zijn gecorrigeerd. De nadelen zijn dat de golfhoogten slechts per seizoen veranderen en in vergelijking met instrumentwaarnemingen over het algemeen wat hoger uitkomen. Uiteindelijk is Safetrans een programma dat geschikt is voor zijn doel, maar tijdrovend om mee te werken. Ook kost het wat moeite om het programma onder de knie te krijgen.
M.Visser
5
Safetrans
H. 1
Inleiding
De taak van een warranty surveyor is het controleren en verifiëren van de voorbereidingen van het transport, de conditie van de lading, de middelen voor het zeevasten en het schip met haar uitrusting. Om deze controle betrouwbaarder en eenvoudiger te maken, worden programma’s ontwikkeld waarmee zowel aan boord als op kantoor een transporthandleiding gemaakt kan worden. Na het invoeren van een aantal scheeps- en ladinggegevens kan berekend worden wat voor krachten, onder anderen door weersomstandigheden op het te varen traject, op het schip en de lading kunnen komen te staan. Wanneer deze gegevens bij zowel de surveyor als het schip aanwezig zijn, kunnen beide partijen de benodigde maatregelen treffen. Hierdoor kan de controle en het afgeven van de vereiste certificaten sneller en eenvoudiger afgehandeld worden. Omdat het invoeren van scheepsgegevens in praktijk nogal moeite kost (1.1) is een duidelijke en overzichtelijke invoerhandleiding gewenst (1.2). Deze komt tot stand door verschillende soorten documentatie (1.3). De inhoud van komende hoofdstukken zal in 1.4 worden beschreven.
1.1
Probleemstelling
Bij Safetrans zijn zesentwintig verschillende bedrijven betrokken uit sectoren van de zware lading, oliebedrijven, rederijen en andere bedrijven. Zo’n vier jaar geleden is begonnen met het ontwikkelen van een programma om van te voren zware lading vervoer, het vervoer van platvormen en slepen te plannen. Om gevolgen van de reis in beeld te brengen moet een groot aantal scheepsgegevens van de sleep en sleepboot ingevoerd worden. Door mensen van HMC is dit geprobeerd zonder bevredigend resultaat. Ook wil men bij HMC weten of de wind en zeecondities die Safetrans heeft uitgerekend betrouwbaar zijn.
1.2
Doelstelling
Het doel van dit onderzoek is het maken van een duidelijke handleiding voor het invoeren van de scheepsgegevens die nodig zijn voor de berekeningen en die Safetrans maakt. Met deze handleiding zou het voor iemand die nog nooit met het programma heeft gewerkt mogelijk moeten zijn om de gegevens zo in te voeren dat men verder kan met het programma. Daarnaast zal ik de betrouwbaarheid van wind- en zeecondities uit Safetrans in het algemeen onderzoeken.
1.3
Onderzoeksmethode
De informatie welke gebruikt is tijdens dit onderzoek is grotendeels afkomstig uit het Safetrans en Do-Suite archief dat bij HMC aanwezig is. Verdere informatie is afkomstig van internetpagina’s en verschillende boekwerken. Deze zijn terug te vinden in de literatuurlijst. Omdat in de literatuur, het programma en de berekeningen veel Engelse termen voorkomen die duidelijker zijn als ze niet vertaald worden, zullen deze achter in de Bijlagen terug te vinden zijn. De betreffende termen zullen cursief worden weergegeven. In Bijlage XV is een lijst opgenomen met de betekenis en definitie van deze termen. Verwijzingen naar andere (sub)paragrafen van het verslag zijn onderstreept.
M.Visser
6
Safetrans Afkorting zijn altijd in HOOFDLETTERS geschreven, de betekenissen hiervan zijn als laatste Bijlage, Bijlage XVI terug te vinden. De handleiding zal aan de hand van de zogemaande punten van het inputgedeelte van Safetrans worden geschreven. Na een beschrijving van het programma zal elk punt dan voorts als paragraaf worden behandeld.
1.4
Opbouw van het verslag
Het verslag is van opbouw gelijk aan de volgorde waarmee het programma handeld. Eerst zal in Hoofdstuk 2 de achtergrond van Safetrans beschreven worden. Hiertoe behoren vaste gegevens en Databases waarin gegevens worden opgeslagen die afhankelijk zijn van de reis. De gemaakte handleiding en de daarbij gebruikte voorbeeld berekening zullen vervolgens in Hoofdstuk 3 worden opgenomen. Vervolgens zullen in Hoofdstuk 4 de berekeningsmethoden van Safetrans worden besproken. In Hoofdstuk 5 zal een validatie van de weergegevens en het programma gegeven worden. Het vergelijken van Safetrans met Do-Suite en eventuele programma’s als aanvulling hierop wordt ook in dit hoofdstuk gedaan. Tot slot wordt het verslag in Hoofdstuk 6 afgerond met de conclusie en de literatuurlijst.
M.Visser
7
Safetrans
H. 2
Achtergrond
Om op de juiste wijze scheepsgegevens in te voeren behoort men te weten hoe de programma’s en modules die de ingevoerde gegevens gebruiken met deze data omgaan en welke relatie de programma’s en modules met elkaar hebben. De relatie tussen de programma’s en modules en databases (DB’s) in te zien in Bijlage I. In de rechter kolom staan de vaste DB en programma’s. Aan de hand hiervan worden beslissingen uitgevoerd of geadviseerd. Een beschrijving van deze DB’s, programma’s en modules staat in paragraaf 2.1. Aan de hand van deze DB’s en modules wordt voor verschillende situaties uitgerekend hoe het schip zal reageren en wat tijdens de reis de te verwachten golfhoogten met daarbij horende perioden kunnen zijn. Dit wordt opgeslagen in een RAO-DB en een SDA-DB (2.2) en kan in Excel worden bekeken. Tijdens vier verschillende rekenprocessen (Hoofdstuk 4) kunnen weergegevens en de reactie daarop worden uitgerekend voor één bepaalde route. De verschillen zijn dat er met een vaste route en instellingen kan worden gevaren, de instellingen veranderd kunnen worden door de computer, de instellingen veranderd kunnen worden door een leerling of dat het echt aan boord wordt gebruikt.
2.1
Safetrans programma’s en vaste databases
Om de berekeningen uit te voeren gebruikt Safetrans de ingevoerde scheepsgegevens (Hoofdstuk 3) maar ook draaien er verschillende programma’s die gebruik maken van de scheepsgegevens die zijn ingevoerd. Dit zijn een viertal programma’s. De Route Planning & Display (RP&D) (2.1.1), Captains Decision Mimic (CDM) (2.1.2), Decision and Routing Support (DRS) en de forecast improver (2.1.4). De vaste databases (DB) bevatten gegevens die niet veranderen, maar wel kunnen worden ‘geüpdate’. DB’s die als een soort logboek worden gebruikt vallen ook onder de vaste DB’s. Dit zijn de Forecast DB (2.1.5), IMDSS (Integrated Marine Decision Support System) (2.1.6), Ship Motion Database (2.1.7), voyage statistics (2.1.8) en Accident DB (2.1.9). Een enkele keer wordt er aangegeven hoe men een bepaalde functie kan starten. De belangrijkste knoppen (zie afb. 2.1) zitten rechtsboven in het scherm: de Input, Run, Analyze, Monitor en Report.
Afb. 2.1 Belangrijkste knoppen
2.1.1 Route Planning & Display Het onderdeel Route Planning & Display wordt gevisualiseerd door middel van het programma MARPLOT (zie afb. 2.2).
M.Visser
8
Safetrans
Afb. 2.2 MARPLOT-scherm
MARPLOT is een apart programma dat ook los van Safetrans gebruikt wordt. Het omvat een rasterkaart waarop verschillende objecten kunnen worden getoond. Enkele voorbeelden hiervan zijn land, water, routes, grenzen dieptelijnen, safehavens en unsafe shore. Ook kunnen gebieden worden geselecteerd waarop men in wil zoomen. MARPLOT is niet goedgekeurd als navigatiekaart, dus alléén te gebruiken als middel om de routes te plannen. Een route is als volgt in te voeren (zie afb. 2.3):
Afb. 2.3 Route invoerscherm
M.Visser
9
Safetrans 1.
Voer het begin- en eindpunt in. Dit kan door: 1. standaard havens te selecteren, 2. muisklikken in de kaart, 3. coördinaten in te vullen.
2.
3.
4.
Klik op ‘calculate’ om de verheid van de route uit te rekenen. De optie ‘greatcircle’ en ‘rhumbline’ zijn enkel voor verheidberekening. Er wordt dan geen rekening gehouden met land. Door nogmaals op ‘calculate’ te klikken wordt de som van verheden gegeven in het vakje ‘total distance’. Klik op ‘copy to voyage’ om de route in MARPLOT weer te geven. Nu kunnen de waypoint door ze te slepen verplaatst worden. Nieuwe waypoints kunnen met de knop ‘add to voyage’ worden toegevoegd of door met de rechter muisknop op het gewenste punt te klikken en ‘insert point’ te kiezen. Klik op ‘export’ om de uiteindelijke route in Safetrans in te voeren en terug te keren naar het programma.
Andere functies in MARPLOT zijn bijvoorbeeld het bewerken van een waypoint, het aangeven van onveilige kustgebieden, verboden gebieden en safehavens. De knoppen voor deze acties zitten boven de kaart (zie afb. 2.4). Afb. 2.4 Functies MARPLOT
Als de gegevens voor het exporteren naar Safetrans ingevoerd zijn, zal Safetrans er verder mee rekenen. Waypoints zijn gedefinieerd als soft-, hard- of wishpoints. Een soft waypoint (blauw) hoeft niet te worden bereikt, bij een reroute kan hij zo overgeslagen worden. Een hard waypoint (rood) moet in elk geval worden bereikt, bijvoorbeeld vertrek- en aankomstpunt. Een wishpoint (groen) zit tussen beide in. Het schip moet het wishpoint op tenminste 300M naderen. Om een onveilig kustgebied (lichtblauw) aan te geven wordt op ‘new unsafe’ boven de kaart geklikt en daarna dubbelklikken in de buurt van waar het gebied moet komen. De grenzen worden bepaald door muisklikken welke ook weer versleept kunnen worden. Het gebied kan weer worden weggehaald door met de rechter muisknop op het gebied te klikken en ‘del. unsafe’ te selecteren. Safetrans zal het schip nu niet door het onveilige gebied leiden, er kan dus ook geen schuilplaats in worden aangegeven. Verboden gebieden (paars geaccentueerd) worden nooit doorkruist, behalve in de survival modus. Door op ‘forb. area’ te klikken kan in de kaart het verboden gebied worden aangegeven. Het kan op dezelfde manier worden verwijderd als een onveilig gebied. Let wel dat bij het maken van een route MARPLOT geen rekening houd met een verboden gebied. Er moet met de hand een koerslijn omheen worden gemaakt. Safehavens zijn rood met een gele stip in het midden. Ze worden geactiveerd door na op ‘safe haven’ te klikken de checkbox voor de haven te markeren. Informatie over de safehavens kan
M.Visser
10
Safetrans worden opgevraagd in hetzelfde menu of door te dubbel klikken op de roodgele stip. Deze informatie kan worden veranderd en opgeslagen. De bearing is de peiling die wordt gegeven als normaal op de kustlijn. Buiten de bovenstaande gegevens kunnen er nog veel meer gegevens zichtbaar worden gemaakt zoals waterdiepten, steden en golfhoogten. 2.1.2 Vessel Operating Module en Captains Decision Mimic De Captains Decision Mimic (CDM) is onderdeel van de Vessel Operating Module (VOM). De VOM verstrekt gegevens aan de CDM en voert de beslissingen uit die de CDM aan de hand van deze gegevens maakt volgens het onderstaande diagram:
Afb. 2.5 Flowdiagram VOM
De VOM krijgt gegevens van de IMDSS (2.1.6) of uit de Forecast DB (2.1.5), afhankelijk van of er een reis gesimuleerd wordt of dat Safetrans On-board (4.4) wordt gebruikt. De DB’s bevatten gegevens over het weer in het gebied. Het gebied waardoor gevaren wordt komt van de Routing. Dit is een route die is ingevoerd in MARPLOT. De criteria voor het slepen moeten ook worden ingevoerd in Safetrans, dit zijn de maximale waarden van verschillende metingen. Wat er gemeten of berekend is krijgt de VOM ook door, deze opgeslagen gegevens komen van de Monitoring & Data logging. De koers en snelheid van het schip kan door het koppelen van bijvoorbeeld GPS en log bij de VOM komen. Met de uiteindelijke beslissing (D) van de CDM zal de VOM het schip bijsturen of met de zelfde koers en vaart door laten varen. De stappen die de CDM uitvoert zijn in Bijlage II weergegeven. Uit de IMDSS-DB (2.1.6) (of bij On-board de Forecast DB) wordt het weerbericht gehaald en aan de hand daarvan bepaald de CDM of er gevaren zou kan worden. Zo niet dan word er omgevaren om slecht weer te omzeilen of blijft men op de beschutte schuilplaats liggen. Na 3 uur varen worden de bewegingen aan de hand van de IMDSS gegevens uitgerekend (2.2) en opgeslagen in de Ship Motion Database (2.1.7). Bij het On-board system komen deze
M.Visser
11
Safetrans gegevens van de sensoren. Het gaat hier om gegevens van het draaien en versnellen op verschillende plaatsen van het schip om de 3 assen Alle andere gegevens dan van het weer en scheepsbewegingen worden opgeslagen in de voyage statistics (2.1.8). Voorbeelden hiervan zijn de koers, afgelegde afstand en gegevens over de sleepkabel. De CDM gaat ook na of de kabel gebroken zou kunnen zijn (bij simulatie) door de hoogst berekende kracht op de kabel te vergelijken met de breeksterkte. Als laatste berekening komen de risico’s (2.1.9) in de RISK-module. Hierbij wordt uitgegaan van de oorzaken van een ongeluk en de gevolgen daarvan. Als het eindpunt is bereikt dan stopt de simulatie, zo niet dan word na drie uur varen van voren af aan weer met de handelingen begonnen. Alle gegevens krijgt de CDM dus van de VOM. Aan de hand van deze gegevens en de gestelde criteria wordt de waarde van de verschillende Decision Variables (DV’s) uitgerekend. De waarde van de DV’s leiden tot een uiteindelijke (combinatie van) beslissing. Met welke DV’s, criteria en beslissingen de CDM werkt is te zien in het volgende schema: Decision Variables Strategic; 1 Weervoorspelling 2 Mogelijkheid tot schuilen 3 Mogelijkheid tot re-routing 4 risico van vertraging 5 waarde van de gevolgen 6 kwetsbaarheid 7 kwaliteit van de bemanning Tactical; 8 Comfort 9 Risico tot kapseizen 10 Water aan dek/golf inslag 11 Risico sleepkabel te breken 12 Risico dat de kabel de grond raakt 13 Risico een orkaan tegen te komen
Operational Criteria Max Significant Wave height Wind 6 variables (acceleration, Green water on deck, Towline forces etc.)
Decisions Continue Head for open sea Change Route Change power/course (comfort) Avoid hurricane Wait for weather Go to survival mode Shorten towline length Rendering on Reduce towline tension
De DV’s zijn afhankelijk van het volgende: 1 tijd: waarde neemt af met de tijd vanwege het onnauwkeuriger worden van voorspellingen met de tijd. 2 soort vervoer: voor een sleepoperatie of een selfpropelled zijn andere weergegevens belangrijk. 3 windkracht en –richting, afstand tot kust of haven, waterdiepte bij de kust 4 aanwezigheid van hard waypoints of kust 5 vertraging en de gevolgen van de vertraging 6 waarde schepen en lading 7 redundancy voortstuwing, safety rating, gevaarlijke lading aan boord 8 safety rating 9 soort vervoer en de weersituatie 10 weersituatie 11 relatieve snelheid door het water. 12 breeksterkte en kracht op de sleepkabel 13 lengte, gewicht en kracht op de sleepkabel 14 weervoorspellingen M.Visser
12
Safetrans Alle DV’s krijgen een gewicht W en dus een relatieve waarde. W is afhankelijk van de toestand of is altijd aanwezig. Dat wordt bepaald door de gegevens uit de Accident DB (2.1.9). Uit de Accident DB komen de altijd aanwezige risico’s als brand, machinestoring en aanvaring. Elke beslissing is een compromis tussen:
1. veiligheid en kosten 2. comfort en Criteria
Gegevens die hetzelfde voorstellen worden gecombineerd tot een DV met een nieuw samengesteld gewicht.Om te kunnen reken met verschillende waarden van verschillende DV’s zetten we deze in een matrix en komen we tot de volgende combinatie van beslissingen (D): D=K + DV x A met voor
- K een startwaarde - A is een matrix met daarin de waarschijnlijkheid dat een kapitein die bepaalde beslissing zou nemen.
De waarschijnlijkheid pi van de beslissing: log(pi)=Ci + ΣWik x DVik Hierin staat i voor het aantal beslissingen, niet altijd zijn alle variabelen relevant voor een beslissing. Ci is een constante waardoor er altijd een waarschijnlijkheid zal zijn. Afhankelijk van de waarde van de DV’s komt de CDM met een (combinatie van) beslissing(en) die aan de VOM wordt doorgegeven. De VOM zal deze beslissing uitvoeren nadat ze zijn getoetst. Zo kan er bijvoorbeeld geen vermogen terug worden genomen om de sleeplijnbelasting te reduceren als dat al is gedaan voor ‘Crew comfort’. Een ander voorbeeld is koers veranderen voor ‘Crew comfort’ als dat toch geen zin heeft of niet kan in verband met de nabijheid van land. 2.1.3 Decision and Routing Support Het Decision and Routing Support (DRS) is een interface die wordt gebruikt bij de simulatie in training modus en bij het On-board system. Het werkt op dezelfde manier als de CDM bij de VOM (2.1.2) met als verschil dat de beslissing waar de CDM mee komt niet wordt uitgevoerd maar alleen als adviserend middel wordt gebruikt. Tijdens de simulatie of aan boord (4.3 en 4.4) moet achtereenvolgens op de knop ‘Monitor’ en ‘Decisions’ worden gedrukt (zie afb. 2.6) waarna het scherm Decisions (zie afb. 2.7) verschijnt.
Afb. 2.6 Sub-task bar
De andere keuzes in deze sub-task bar horen ook bij het DRS, ze worden besproken bij het On-board system.
M.Visser
13
Safetrans
Afb. 2.7 Decisions
In het Decisions-scherm kan er voor drie opties worden gekozen: -
Doorvaren met de standaard instellingen (percentage Maximum Continuous Rating, originele route en maximum lengte van de sleepkabel) Blijven liggen op de positie van dat moment Standaard instellingen veranderen
Bij de laatste optie moet natuurlijk ook worden aangegeven welke waarden de instellingen moeten krijgen. De koers kan veranderd worden, evenals het percentage MCR, de lengte van de sleepkabel kan verkort worden tot 400 m. of de sleepkabel kan worden gevierd. In MARPLOT kan een nieuwe route bepaald worden. Behalve de nieuwe route gelden deze instellingen alleen voor de komende tijdstap van drie uur (4.2). De DRS krijgt zijn gegevens niet zoals de CDM van de VOM maar van de waargenomen bewegingen van het schip door sensoren die aan boord zijn bevestigd. Weergegevens komen van de ontvangen weervoorspellingen. Bij het On-board system (4.4) komen de gegevens van de voorspellingen, gemeten weergegevens en eventueel van observaties zoals beschreven in de forecast improver (2.1.4). 2.1.4 Forecast improver De DRS (2.1.3) krijgt zijn weergegevens, als het On-board system wordt gebruikt, van de ontvangen voorspellingen, metingen en observaties via forecast improver. Deze module past de weervoorspellingen aan (verbeterd ze) naar de weersituatie waarin het schip zich op dat moment bevind. De eigen waarnemingen kunnen worden ingevuld door op de knop ‘F.C. Improver’ te drukken onder ‘Monitor’. In het scherm (zie afb. 2.8) zijn ook de andere (gemeten) gegevens te zien. Dit zijn de gegevens uit de voorspelling, de geschatte golfhoogten, wind van de windsensor en de totale deining van de sensor op de boeg.
M.Visser
14
Safetrans
Afb. 2.8 Forecast improver
De voorspellingen komen via de satelliet binnen en worden op de harde schijf opgeslagen. De golfhoogten worden geschat naar aanleiding van de gemeten bewegingen en versnellingen dat het schip maakt. Ook kan in dit scherm de improver worden in of uitgeschakeld.
M.Visser
15
Safetrans 2.1.5 Forecast DataBase De geïmporteerde weerberichten van weerstations worden in de forecast DB opgeslagen. Deze DB is bestaat dus alleen bij de On-board modus (4.4), de andere modi gebruiken de IMDSS-DB (2.1.6). De ontvangen gegevens kunnen rechtstreeks door de DRS gebruikt worden in het On-board system (4.4) of via de forecast improver waarbij de gegevens aangepast worden naar de metingen en observaties aan boord. 2.1.6 Integrated Marine Decision Support System Integrated Marine Decision Support System (IMDSS) is een DB waarin gegevens staan over wind, golven en stromingen. De golfgegevens komen uit de Global Wave Statistics (GWS) DB, windgegevens zijn uit het MRF-model van het National Weather Service en stroming uit de Ocean Drifter-DB van het National Oceanographic Data Center. In de Ocean Drifter-DB zijn de stromingen in een gebied verdeeld in 8 richtingen. De IMDSS-DB wordt gebruikt voor de VMC (4.1) en MCS (4.2). De IMDSS verstrekt gegevens waarmee de bewegingen van het schip kunnen worden berekend en dus ook de krachten die op de romp en de lading komen te staan. Dit gebeurd in de Response Amplitude Operator en de Significant Double Amplitude (2.2) door SHIPMO. De golfgegevens komen uit de GWS-DB. Hierin zijn observaties van golven en wind gebruikt van de afgelopen veertig jaar. Met een aparte module zijn onbetrouwbare gegevens niet meegenomen en zijn golfhoogten en perioden geoptimaliseerd naar aanleiding van de windobservaties. Hierbij wordt de golfperiode vergeleken met de windsnelheid. Op dezelfde manier wordt de golfhoogte met de periode gecontroleerd. Voor deze relaties bestaan tabellen met periodes die horen bij een bepaalde windsnelheid, voor golfhoogte en –periode zijn er ook tabellen in een DB. Hiermee worden de golfperiodes bepaald. Ze komen dus niet van de observaties zelf. Windobservaties uit de GWS-DB zijn niet gebruikt voor IMDSS, maar dienen enkel als controlemiddel. Ook zijn de cijfers genormaliseerd zodat veel observaties in een gebied een even zo grote waarde heeft als één gebied met minder observaties. Dit is belangrijk als er door verschillende gebieden gevaren wordt. Per seizoen (drie maanden) wordt er als uitgang één bepaalde golfhoogte verstrekt. GWS heeft de aarde in 104 gebieden verdeeld (zie afb. 2.9).
M.Visser
16
Safetrans
Afb. 2.9 GWS gebieden
De opgenomen wind- en stromingsgegevens in de IMDSS-DB zijn van slechts vier jaar. Dat betekent dat de uitkomsten niet voor lange termijn doeleinden kunnen worden gebruikt en dat een storm of cycloon de uitkomsten nadelig beïnvloed. Om dit te compenseren is een DB van de verplaatsing en intensiteit van gepasseerde cyclonen in de periode 1972-1995 opgenomen. Ook is er een aparte DB voor stromingen ten gevolge van cyclonen naar de Ocean drifter DB van het National Oceanographic Datacentre. De windgegevens zijn verbeterd aan de hand van de druk die op dat moment in het gebied heerste. De gebieden van IMDSS (zie afb. 2.10) zijn nauwkeuriger verdeeld dan bij GWS, namelijk gebieden van 2,5o bij 2,5o. In sommige gebieden is de breedte zelfs 1,25o.
M.Visser
17
Safetrans
Afb. 2.10 IMDSS gebieden
Uit de DB worden de IMDSS de wind-, golf- en stromingsgegevens verzameld en wordt er een nowcast en forecast bij gezocht uit de forecast-DB (2.1.5) die vergelijkbare gegevens hebben. Nu wordt de berekende weervoorspelling getoetst naar de gevonden weervoorspellingen. De getoetste voorspellingen worden opgeslagen (in de IMDSS-map, dus niet in de Forecast DB) voor verder gebruik. 2.1.7 Ship Motion Database In deze DB worden de bewegingen die het schip om zijn drie assen (zie afb. 2.11) maakt opgeslagen.
Afb. 2.11 Bewegingen van een schip
M.Visser
18
Safetrans De bewegingen worden uitgerekend door de Response Amplitude Operator (2.2.1) met de gegevens van de IMDSS of bij het On-board system komen deze gegevens van de sensoren. De CDM (2.1.1) en DRS (2.1.3) gebruiken deze gegevens weer in combinatie met de weergegevens om te bepalen of het schip in dat gebied kan varen of niet. 2.1.8 Voyage statistics In de voyage statistics DB worden alle andere gegevens dan weer en beweging opgeslagen. Voorbeelden hiervan de koers, afgelegde afstand en gegevens over de sleepkabel. De voyage statistics worden niet teruggekoppeld, de gegevens zijn alleen als een soort log te zien. Gegevens die zijn ingevuld in het logboek (zie afb. 2.12) worden ook bij de voyage statistics opgeslagen.
Afb. 2.12 Het logboek
In het logboek worden dezelfde gegevens ingevuld op dezelfde momenten als in het al bestaande logboek en zou dus het papieren logboek kunnen vervangen. 2.1.9 Accident DataBase en Risk module In de Accident DB staan beschrijvingen van 1113 ongelukken die gemeld zijn door 6 bedrijven. De beschrijvingen bestaan uit gegevens zoals het soort ongeluk (drift, gebroken sleepkabel of kapseizen), de positie, de oorzaak en gevolgen hiervan. De Risk-module heeft als input de gegevens uit de Accident DB, maar ook de omgeving speelt een rol, dus gegevens uit MARPLOT en weergegevens uit de IMDSS-DB of forecast DB. In de praktijk zorgen een aantal eerste gebeurtenissen voor een ongeluk wat een opeenvolging van consequenties heeft. Dit is gevisualiseerd in afb. 2.13.
M.Visser
19
Safetrans
Afb. 2.13 Procedure risico analyse
Omdat de gebeurtenissen afhankelijk zijn van elkaar zal er worden uitgegaan van een bepaald ongeluk met een opeenstapeling van consequenties. De rechter driehoek valt in de Riskmodule dus weg Alle gebeurtenissen zijn van een aantal dingen afhankelijk en hebben hun eigen consequentie en categorie. Dit is ingedeeld in de onderstaande tabel: Ongeluk Kapseizen Aanvaring Brand/explosie Zinken Aan de grond raken Stabiliteitsprobleem
Omstandigheid Extreem weer Constant aanwezig Constant aanwezig Extreem weer Nabijheid van de kust Constant/Weer
Mogelijke Consequentie Verlies van alles Zinken/drift Schade/drift Verlies van alles Schade Verlies van alles
Schade aan motoren Verlies van controle Schade aan schip
Constant aanwezig Extreem weer Extreem weer/versnellen Extreem weer/versnellen Schokbelasting/sleep kabel aan de grond/slechte staat kabel In rust/manoeuvreren Constant aanwezig
Drift Langzame drift Schade/verlies van alles
Categorie Toestand afhankelijk Constant/drift Constant/drift Toestand afhankelijk Toestand afhankelijk Toestand afhankelijk/constant Constant Drift Toestand afhankelijk
Schade/verlies van alles
Toestand afhankelijk
Drift
Drift
Drift Schade
Drift Constant
Zeevasten Gebroken sleepkabel
Sleepkabel raakt vast Overig
De verschillende categorieën staan voor het volgende: Drift:
De gebeurtenis zal ongecontroleerd afdrijven tot gevolg hebben en mogelijk aan de grond lopen De gebeurtenis kan elk moment voorkomen
Constant: Toestand Afhankelijk: De gebeurtenis is afhankelijk van de omgeving
Het ongeluk drift op zich wordt apart berekend omdat die het gevolg is van meerdere gebeurtenissen en omstandigheden.
M.Visser
20
Safetrans De risico’s worden naar mate de van gevaar ingedeeld in vijf klassen. Dit kan in drie categorieën gebeuren: -
Risico personeel Economisch risico Risico voor het milieu
Er wordt een risico van een ongeluk uitgerekend voor de vijf gevaren klassen. Elke klasse heeft zijn eigen waarschijnlijkheid per ongeluk, voor het risico voor het personeel is er ook nog de waarschijnlijkheid dat er iemand overlijdt. Deze is ook bekend per ongeluk en klasse. Een tabel hiervan is hieronder weergegeven, de waarschijnlijkheid van een ongeluk heeft een zelfde soort opbouw.
Afb. 2.14 Waarschijnlijkheid voor overlijden per ongeluk en klasse
In zo een zelfde tabel wordt het risico voor het personeel van een ongeluk per klasse uitgerekend met de volgende formule: Risico van overlijden = frequentiekapseizen x klasse x waarschijnlijkheidin die klasse x waarschijnlijkheidoverlijden x aantal bemanning Hierbij komt de frequentie van kapseizen uit de Accident-DB. Voor het economische risico geld een omzet matrix die het eerste deel van de formule om het risico voor het personeel om te zetten in een economisch risico. De matrix die omgezet wordt is een zelfde matrix als in afb. 2.14 maar dan slechts berekend tot het volgende deel: Risico = frequentiekapseizen x klasse x waarschijnlijkheidin die klasse Als dit wordt ingevuld in matrix [Risico] komen we tot de volgende economisch risicomatrix: [economisch risico] = [Risico] x [omzetmatrix]
M.Visser
21
Safetrans Voor het risico voor het milieu geld dezelfde formule als bij het risico voor het personeel, alleen is de matrix waarschijnlijkheidoverlijden (afb. 2.14) anders en is het aantal bemanning de hoeveelheid gevaarlijke lading aan boord, dus: Risico milieu = frequentiekapseizen x klasse x waarschijnlijkheidin die klasse x waarschijnlijkheidmilieuramp x hoeveelheid gevaarlijke lading Wat de uiteindelijke waarschijnlijkheden en risico’s worden is te zien en het Excelblad ‘Risk Exposure Results’ (zie Bijlage III) van de MCS (4.2)
2.2
Reis-afhankelijke databases
de volgorde waarop in Safetrans de berekeningen moeten worden uitgevoerd is in vier stappen verdeeld, namelijk: 1 2a 2b 2 4a 4b 4c
Voer scheepsgegevens in bij de punten Begin met het draaien van het On-board system onder ‘run’ Reken de RAO gegevens uit onder ‘run’ en pas de gegevens eventueel aan onder ‘analyze’ (connected) Reken de SDA gegevens uit onder ‘run’ en pas de gegevens eventueel aan onder ‘analyze’ (connected) Reken de VMC gegevens uit onder ‘run’ onder ‘analyze’ (connected) Reken de MCS gegevens uit onder ‘run’ onder ‘analyze’ (connected) Start het Training System
Bij een simulatie moet na het invoeren van de scheepsgegevens (Hoofdstuk 3) de Response Amplitude Operator DB (2.2.1) worden aangemaakt. In deze DB staan gegevens over hoe het schip reageert op de golven onder verschillende inslaghoeken. Vervolgens moet de Significant Double Amplitude DB (2.2.2) worden aangemaakt. Hierin staan per golfhoogten het aantal waargenomen periodes. 2.2.1 Response Amplitude Operator DataBase Na op ‘run’ te hebben gedrukt verschijnt de Session Manager (zie afb. 2.15). Hierin moet worden gekozen voor ROA Databases Calculator.
M.Visser
22
Safetrans
Afb. 2.15 Session manager
De definitie voor een Response Amplitude Operator luid: Amplitude van beweging Amplitude van de golf
= RAO
De eenheid van de RAO is dan ook m/m (meter uitslag per meter Hs) of rad/m (radialen verdraaiing per meter Hs). De RAO-waarden zijn dus afhankelijk van de amplitude van beweging, welke varieert met de natuurlijke bewegingsfrequentie en de amplitude van de golf. Als de golffrequentie (omgekeerd evenredig aan de golfperiode) gelijk is aan de natuurlijke bewegingsfrequentie is de bewegingsamplitude het grootst. Omdat het schip vaart heeft, zal de schijnbare golffrequentie (oftewel de frequentie van inslag) groter of kleiner worden. Dit maakt de RAO afhankelijk van de periode van inslag en de natuurlijke bewegingsfrequentie. Safetrans gaat hier als volgt mee om. Eerst wordt voor de in MARPLOT (2.1.1) bepaalde route de bewegingen van het schip berekent voor elke (vijftien) significante golfhoogte (Hs). De bewegingen van het schip hangen af van de periode uit GWS (2.1.6) en de natuurlijke frequentie. Met deze periode uit GWS en de snelheid van het schip kan voor verschillende richtingen de periode van inslag berekend worden. Voor elk gebied dat doorkruist wordt zal per seizoen (vier + jaarlijks), per golfrichting (acht + alle richtingen) een spreidingsdiagram worden gemaakt. Naar aanleiding van dit diagram worden de bewegingen van het schip veroorzaakt door de golven uitgerekend. Dit gebeurd voor vierentwintig richtingen van varen bij vijf snelheden en vijf maximale slingerhoeken met het programma SHIPMO.
M.Visser
23
Safetrans SHIPMO deelt het schip op in twintig delen en rekent de krachten op de delen uit en integreert dit. Dit resulteert in de bewegingen van het schip, absoluut en relatief aan het water. De uitslagen van de rotaties en verplaatsingen om de X-, Y- en Z-as in het gewicht zwaartepunt (zie afb. 2.11) worden opgeslagen in de ship motion DB (2.1.7). Deze gegevens staan ook in grafieken voor de zes bewegingsvrijheden en in een grafiek. Hierin staat de uitslag tegen de golffrequentie. Voor de volgende bewegingen kunnen in Excel de RAO-waarden bekeken worden: motion X COG motion Y COG motion Z COG motion roll COG motion pitch COG motion yaw COG driftforce X driftforce Y driftmoment Z relative water motion BOW relative water motion Station 10 P relative water motion Station 10 SB
(Station 10 zit op de halve scheepslengte)
Deze waarden zijn afhankelijk van de snelheid en vaarrichting dus die moeten eerst worden ingevuld. De slingerhoek wordt gebruikt om het dempingeffect te berekenen. In de sheet waarin de RAO’s van een van deze bewegingen zijn weergegeven kunnen de waarden eventueel met de hand worden aangepast. Met de knop Update RAO kan dit worden opgeslagen in de RAO-DB. In de Session Manager (afb. 2.15) kan er ook voor worden gekozen om een zogenaamde zerofied RAO-DB te creëren. Hiervoor moet een aparte RAO-DB beschikbaar zijn. Deze kan bijvoorbeeld gebruikt worden als de DB met een ander programma berekend is. De data moet wel in het juiste formaat aan Safetrans worden aangeboden. 2.2.2 Significant Double Amplitude DataBase Na op ‘Run’ te hebben gedrukt verschijnt de Session Manager (zie afb. 2.15). Hierin moet worden gekozen voor SDA Databases Calculator. Zoals de RAO-waarden afhankelijk zijn van de golfperiode, zijn de SDA-waarden afhankelijk van de RAO-waarden. Bovendien zijn de SDA-waarden afhankelijk van het golfspectrum gekozen bij invoerpunt wave conditions (3.3.1). In Excel moet weer de snelheid en richting worden ingevoerd. Nu wordt hiervoor per Hs een aantal piekperioden gegeven. Daarnaast staan voor elke piekperiode en Hs de SDA-waarden (bewegingsamplituden) en gemiddelde periode hiervan. Alleen voor de driftforces is geen SDA-waarde en amplitude gegeven maar de gemiddelde kracht in kN omdat dit geen periodieke bewegingen zijn.
M.Visser
24
Safetrans In een ander sheet staan al deze gegevens in spreidingstabellen weergegeven (zie Bijlage IV). Ook zijn de SDA en gemiddelde periode in aparte diagrammen getekend. De SDA-module haalt zijn gegevens uit MARPLOT, de RAO-DB en GWS. In het eerste scherm waarin de snelheid en richting moeten worden ingevuld kan er voor meer bewegingen worden gekozen dan bij de RAO. Buiten de bewegingen bij de RAO-module kan nog worden gekozen uit: motion X BOW motion Y BOW motion Z BOW acceleration Z BOW
M.Visser
25
Safetrans
H. 3
Safetrans invoerhandleiding
Nu we een idee hebben welke programma’s en modules Safetrans bevat en hoe deze in relatie met elkaar staan is het tijd om de scheepsgegevens in te voeren. Het invoergedeelte is verdeeld in drie mappen met hun eigen punten: Project (3.1), Case (3.2) en Run (3.3). Per punt (zie afb. 3.1) zal worden behandeld wat er ingevoerd moet worden en wat ermee wordt gedaan.
Afb. 3.1 Safetrans mappen en punten
Bij berekeningen zal als voorbeeldreis een sleepreis gebruikt worden. De Castoro X zal door de Smit Lloyd Sound van Rotterdam naar de Golf van Mexico gesleept worden. Deze reis is ook gemaakt en duurde van 7 mei 1996 tot 23 mei 1996. Scheepsgegevens van de Castoro X en de SL Sound zijn te vinden in Bijlagen V tot en met IX en alles wat is ingevoerd in Safetrans staat in Bijlage X. Inputs kunnen op drie verschillende manieren worden ingevoerd: -
cijfers intypen keuze uit een pull-down menu (klik op het driehoekje) een hokje aanvinken door er in te klikken,
Posities in of rond het schip zijn in X-, Y- en Z-coördinaten volgens vaste teken- en referentieafspraken tenzij anders vermeld. De afspraken staan vermeld in Bijlage XI.
M.Visser
26
Safetrans
3.1
Project
In deze map is slechts één punt in te vullen, de ‘Project settings’. De punten zijn in de drie mappen gezet omdat zo meerdere cases voor een project gemaakt kunnen worden zonder steeds opnieuw het project te bepalen. Zo geld voor een case hetzelfde, daarin kunnen verschillende runs gemaakt worden zonder elke keer een nieuwe case te maken. Zoals in Windows kan, zijn de mappen ook te kopiëren, plakken en te wissen. In Project Settings moet het soort lading worden ingevuld, en of het getransporteerd wordt (en het type transport) of dat het om een offshore operatie (met positie) gaat. Op de offshore zal verder niet worden in gegaan. Van het type transport moet worden aangegeven of het om een sleep gaat, en of dat boven of onder water is, of dat het een schip is dat zichzelf voortstuwt. In ons geval vullen we Wet tow in. Het soort lading en transport wordt gebruikt in de Risk-module (2.1.9).
3.2
Case
Deze map is in principe een map met de standaard gegevens van de schepen, ze zitten in een aparte map omdat ze zo gemakkelijk naar een ander project kunnen worden gekopieerd. Dan moet er natuurlijk wel met hetzelfde schip of sleepcombinatie gevaren worden. In de Case Settings (3.2.1) worden de gevolgen van eventueel verlies of vertraging gedefinieerd. De vorm van de schepen worden in Hull (3.2.2) ingevoerd. De vaste appendages van het schip, zoals schroef en roer komen in Appendages (3.2.3) aan bod. 3.2.1 Case Settings Ook alle hier ingevoerde inputs worden gebruikt door de risk-module, de CDM (2.1.2) rekent ook met deze getallen. Als het bedrijf aan de ISM-code voldoet, moet het vakje worden aangevinkt. De kosten die gepaard gaan met eventueel verlies van de schepen moet worden benaderd, evenals de waarde van de lading. Een schip wordt in Safetrans omschreven als Hull, hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen Hull 1 en Hull 2. Hull 1 is altijd het gesleepte object en Hull 2 altijd de sleepboot. Als er meerdere sleepboten zijn moeten de gegevens voor één sleepboot ingevuld worden. De anderen worden in Safetrans aangenomen hetzelfde te zijn. Het aantal sleepboten kan bij het punt ‘Propulsion’ (3.3.7) worden aangegeven. Tenslotte moet de delay penalty class gegeven worden, oftewel hoe erg het is als er vertraging optreed. 3.2.2 Hull Bij dit punt moet de vorm van het schip omschreven worden. Als eerste moet de vorm van het schip worden gemaakt door coördinaten van de scheepshuid aan te geven. Er kan gekozen worden voor een verstrekt bestand(.xcd is het formaat) of creëren zelf zo een bestand. Ik heb zelf een bestand van de Castoro X gemaakt. Door op ‘create’ te drukken komen we in het XCD definition-scherm (zie afb. 3.2). Hierin kan een naam worden gegeven aan het bestand en moet de Lpp en halve breedte ter hoogte van de waterlijn ingevuld worden. M.Visser
27
Safetrans
Afb. 3.2 XCD definition
Door op ‘New’ te drukken verschijnt het scherm Frame definition (afb. 3.3) waarin de Xwaarde (lengte vanaf de voorste loodlijn) van de doorsnede worden ingevuld en hoeveel punten er in het frame zitten. Dat er vanaf de voorste loodlijnen gerekend wordt is tegen de tekenafspraken in. Nu moeten de Y- (hoogte) en Z-ordinaten (breedte) worden ingevuld.
M.Visser
28
Safetrans
Afb. 3.3 Frame definition
Het eerste coördinaat zit altijd in de CL. De coördinaten worden ingevuld voor één helft van het schip omdat het symmetrisch is. Ook moet er aangegeven worden hoe de lijn voor en na het coördinaat loopt. De afkortingen staan voor het volgende: -
TN = in een bocht of in een recht stuk TK = van linkse bocht naar rechtse bocht TG = ervoor een bocht, erna recht TR = ervoor recht, erna een bocht
Met de knop ‘Show’ worden de coördinaten in een grafiek gezet. In de onderstaande afbeelding zijn een aantal frames over elkaar heen geplakt om een idee te krijgen van een vorm van het voorschip. Er achter is het een vierkante bak met dezelfde coördinaten als op tien meter vanaf de voorste loodlijn (X = 10m.).
M.Visser
29
Safetrans
Afb. 3.4 Graph Hull file
Als de vorm bepaald is kan het worden opgeslagen als xcd-bestand. Voorwaarde hiervoor is wel dat er een frame op Lpp/2 gemaakt is. Bij het punt zijn nu Lpp en de breedte ingevuld en moet alleen de holte nog bepaald worden. Voor Hull 2 (de sleepboot) geld hetzelfde verhaal, hiervoor heb ik SmallTug.xcd genomen die al bij Safetrans in de DB zit. 3.2.3 Appendages In dit punt worden vaste scheepsgegevens, anders dan de huid, ingevoerd om gebruikt worden voor berekeningen van slinger demping. De bilge radius (kimronding) is daar één van, ik heb een diameter van anderhalf m. genomen, een grote tanker had twee m. De bilge keel is de kimkiel waarvan de hoogte, lengte en beginpunt (zie afb. 2.5) moet worden ingevoerd. De Castoro X heeft geen kimkiel.
Afb. 3.5 Kimkiel
Ook heeft de Castoro geen voortstuwing. Bij de roeren en vinnen vullen we dus niets in. De Sound heeft twee verstelbare schroeven in een stuwring. De waarden van het roeroppervlak en de positie van het werkpunt is een schatting, evenals de aspect ratio. De laatste is de Hoogte/Lengte van het roer. M.Visser
30
Safetrans Als het schip nog extra vinnen heeft moeten deze hier worden ingevuld in verband met de slinger demping. Ook hiervan moet het oppervlak, de positie van het werkpunt en de Hoogte/Lengte-verhouding worden ingevuld. De Castoro X en de SL Sound hebben beide geen extra vinnen.
3.3
Run
Run is een map en moet niet verward worden met de knop rechtsboven die ook ‘Run’ heet. In deze map worden gegevens ingevoerd specifiek voor een bepaalde reis of route. Ook deze map kan worden verwijderd of gekopieerd naar een andere Case. In de Wave Conditions (3.3.1) wordt het golfspectrum gedefinieerd. De stabiliteitsgegevens worden in Loading (3.3.2) ingevuld. Gegevens over de route worden met MARPLOT in de Route Settings (3.3.3) ingevuld. In de Resistance Curve (3.3.4) staat welke weerstand de schepen bij welke snelheid hebben. De coëfficiënten van de stromings- en windweerstand worden ingevuld in respectievelijk Current Forces (3.3.5) en Wind Forces (3.3.6). Gegevens over de schroef en hoeveel vermogen en snelheid hieruit komt zal in Propulsion (3.3.7) komen te staan. Bij Towline And Winch (3.3.8) wordt aangegeven uit welke onderdelen de kabel uit bestaat en waar hij bevestigd is. Als de winch de kabel kan laten vieren bij een te hoge spanning moeten er gegevens over de winch worden ingevuld. Waar niets hoeft worden ingevuld zijn de Computed Signals (3.3.9) en de Measured Signals (3.3.10) waarin respectievelijk de berekende en gemeten signalen bekeken kunnen worden. Wilt men dan bepaalde signalen een waarde niet overschrijden wordt dit in de Criteria (3.3.11) aangegeven. De gegevens die de Risk-module nodig heeft om mee te rekenen, maar die nog niet zijn ingevoerd, worden bij het laatste punt, de Risks (3.3.12) ingevoerd. 3.3.1 Wave Conditions De RAO en SDA (2.2) hebben als input een bepaald spectrum nodig. Het spectrum is te zien als een grafiek (zie afb. 3.6) waarin de golfenergie tegen de frequentie is uitgezet. Het spectrum is afhankelijk van de afstand over het wateroppervlak waarover de wind waait (de fetch), windkracht, en de tijd dat deze wind waait.
Afb. 3.6 Golfspectrum
M.Visser
31
Safetrans In Safetrans kan er gekozen worden tussen drie spectra: -
Standard Jonswap Pierson Moskowitz Mitsuyasu
Pierson Moskowitz (P-M) is het oudste spectrum. Het is alleen afhankelijk van de windkracht, dus niet van de fetch en de tijd. Om deze reden is het spectrum niet te gebruiken bij ondiep water. Een verbetering op het P-M spectrum is de Jonswap. Tot deze grafiek is gekomen door metingen in de Noordzee, het zogenaamde JONSWAP-project. Men kwam tot de conclusie dat de top van de grafiek 3.3 maal te laag zat. In Jonswap is dit aangepast, ook is het bij Jonswap-spectrum is wel rekening gehouden met de fetch en tijd. P-M en Jonswap zijn te vergelijken in afb. 3.6. Het Mitsuyasu-spectrum is een functie van de golfhoogte en golfperiode en is dus niet in een grafiek te zetten bij P-M en Jonswap. De piek versterkingsfactor γ is dus bij P-M γ = 1, de Jonswap γ = 3.3 en bij Mitsuyasu γ = variabel. 3.3.2 Loading Hierin moeten alle stabiliteitsgegevens worden ingevuld. De meeste zijn in het stabiliteitsboek op te zoeken of worden al bij de ladinggegevens vermeld, andere staan daar niet standaard in en moeten worden uitgerekend. De volgende getallen komen uit de gegevens die in Bijlagen V tot en met IX staan. Voor de stabiliteit is de aankomstconditie genomen omdat dan de slechtste stabiliteit bereikt is door onder meer het leeg raken van de tanks, wel kan het water er bij dat soort schepen er meestal zo weer aflopen. -
Diepgang voor en achter Deplacement Lateraal en transversaal oppervlakte van de lading (er is geen lading) Water aan dek. Geen want het loopt er zo weer af.
De volgende gegevens zijn berekend: -
k.. De straal waarom het schip om de drie assen roteert (kxx, kyy en kzz,) is een vast getal. De straal k wordt berekend met de formule: k ... = met als
M.Visser
I ... m I.. = het traagheidsmoment in die richting m = de totale massa van het schip
32
Safetrans Omdat I ook niet bekend is gebruiken we de aannames: kxx ≈ 0.3 * B ≈ 0.3 * 30.48 ≈ 9.1 m. kyy ≈ 0.25 * Lpp ≈ 0.25 * 127.82 ≈ 32.0 m. kzz ≈ kyy ≈ 32.0 m. De stralen worden gebruikt in de RAO- en SDA-berekeningen. -
Het vrijboord ter hoogte van de boeg = hoogte voordek – diepgang voor = 9.14 – 5.82 = 3.32m. Het vrijboord wordt gebruikt in de Risk-module (2.1.9) om de kans op water aan dek te berekenen. Omdat de zee meestal van voren inkomt moeten de waarden ter hoogte van de boeg worden genomen. Met schepen met een laag vrijboord waar het water zo aan dek kan lopen is dus geen rekening gehouden.
-
Het frontaal en lateraal oppervlak (wat boven water uitkomt) is opgemeten uit de tekening en is in principe dus ook een grove schatting. Dit wordt gebruikt om de bewegingen van het schip uit te rekenen.
De rest zijn aangenomen getallen of wordt door Safetrans berekend. Voor de SL Sound komen de diepgangen, deplacement, positie zwaartepunt, GM en de vrije vloeistof correctie uit de scheepsgegevens. Het frontaal oppervlak is geschat. De straal waar het schip om roteert en het vrijboord is weer uitgerekend zoals bij de Castoro.
3.3.3 Route Settings Hierin moet het percentage MCR worden ingevuld. De MCR is het hoogste toerental waarbij de motor langdurig belast kan worden. Het ingevulde percentage zal tijdens de simulatie niet overschreden worden, behalve als men in het survival scenario zit of om een orkaan te ontwijken. De gemiddelde snelheid wordt ingevuld om in de VMC en MCS de ETA te berekenen. De verheid is rond de 5000 M, dus de gemiddelde snelheid die tijdens de reis die echt uitgevoerd is:
M kn = uur
Verheid =
afs tan d tijd
Verheid =
5000 = 13 kn (23 − 7 ) * 24
In de andere modules (Hoofdstuk 4), training system en On-board system, wordt de gemiddelde snelheid tijdens de reis uitgerekend, en hiermee de ETA.
M.Visser
33
Safetrans
Als laatste moet onder de knop ‘Define Route’ de route worden bepaald. Dat gebeurd in MARPLOT (2.2.1). 3.3.4 Resistance Curve
Bij dit punt moeten voor de sleep en sleepboot drie tot tien coördinaten van de weerstandskrommes in rustig water in een tabel worden ingevoerd. In de kromme staat de weerstand uitgezet tegen de snelheid. Deze gegevens worden gebruikt om het afdrijven door de stroming te berekenen. Deze gegevens zijn niet in de standaard gegevens te vinden en hangen af van de scheepsvorm, diepgang en trim. Eigenlijk zou de kromme door de scheepsbouwer meegeleverd moeten worden of zal de waarden van de weerstand bij verschillende snelheden geschat moeten worden. 3.3.5 Current Forces
Ook hier moet weer een tabel worden ingevuld. In de Current Forces-tabel worden voor stromingsrichtingen van achter in tot voor in met een increment (ε) van vijftien graden de weerstandscoëfficiënten ingevuld. Er worden twee lineaire coëfficiënten ingevuld, in Xrichting, in Y-richting en één weerstandscoëfficiënt voor de draaiing om de Z-as. De gegevens hoeft alleen maar voor het gesleepte object te worden ingevuld. De data wordt gebruikt om de bewegingen van het schip mee uit te rekenen met de RAO (2.2.1). Ook deze gegevens zijn niet bij de standaard gegevens te vinden, daarom kan er ook voor standaard coëfficiënten worden gekozen voor de scheepstypes -
Barge Tanker (full) Tanker (ballast) Generic cargo vessel
Omdat de Castoro vrij vierkant is maar toch een enigszins afgerond voorschip heeft en niet zo beladen is lijkt de tanker in ballast mij een goede keuze. Safetrans rekent nu zelf de coëfficiënten uit. Om de waarden aan de verschillende afmetingen van schepen aan te passen wordt er in de formules gewerkt met de laterale en frontale oppervlak van het carène gerekend. De formule om een weerstandcoëfficiënt C voor een bepaalde hoek ε uit te rekenen gebruikt Safetrans de formule: C...currentε =
Met
F...ε 1 / 2 * ρ * v * Alateraal / transversaal
…= F= ρ= v=
M.Visser
2
richting X, Y of Z kracht dichtheid zeewater (1.025) stromingsnelheid
34
Safetrans
C= A=
weerstandscoëfficiënt carène oppervlak (lateraal in X-richting of transversaal in Y- en Z-richting)
Voor de draaiing om de Z-as wordt de volgende formule gebruikt: C Znεcurrent =
M Zε 1 / 2 * ρ * Lpp * v 2 * Alateraal / transversaal
Met Lpp de lengte tussen de loodlijnen en MZε het slingerend moment. De coëfficiënt is in de Z-richting afhankelijk van het laterale oppervlak. 3.3.6 Wind Forces
Voor de wind geld in principe hetzelfde als voor de Current Forces (3.3.5) met als verschil dat niet alleen de invloed van de wind op het schip, maar ook de invloed op de lading moet worden ingevuld. Naast de lineaire weerstandscoëfficiënten zoals bij de stromingsweerstand en de windweerstand van het schip ingevuld moet worden, wordt ook de draaiingweerstand gevraagd voor de lading. De basisformule voor de lineaire weerstandscoëfficiënt is hetzelfde als bij de stromingsweerstand, en moet in de drie richtingen toegepast worden voor alle incrementen (ε). De basisformule voor de coëfficiënt van de draaiingweerstand is: Cm...windε =
M ....lading ε
1 / 2 * ρ * v 2 * (Alateraal / frontaal )
3/ 2
Met voor A weer het carène oppervlak lateraal in X-richting en transversaal in Y- en Zrichting, in de formules als … geschreven. Er bestaat ook een andere manier om de coëfficiënten te berekenen. Een voorbeeldberekening van een zware ladingschip met een booreiland is te zien in Bijlage XII. Er wordt in deze manier eerst een lineaire weerstandscoëfficiënt (Cd) voor het schip èn de lading samen en één voor de lading apart uitgerekend. Dit is een samenstelling van verschillende Cd van verschillende onderdelen op het schip en lading. De totale Cd wordt zowel frontaal als lateraal berekend voor het geheel, het schip en de lading met de formule: Cd =
∑ A*C *C ∑A d
height
waarbij Cheight een hoogtecorrectiefactor is
Hetzelfde gebeurd voor het werkpunt (CoEfflateral/vertical) van de wind in X-, Y- en Z-richting met de formule: CoEff ... =
M.Visser
∑ A * CoEff ∑A
...
35
Safetrans
De verschillende coëfficiënten, afhankelijk van het increment (ε), worden met de volgende formules uitgerekend: C X (ε ) = C d *
cos(ε ) δ C X * A frontaal * sin 2 (2ε ) 1 − 2 1 − CY * Alateraal sin (ε )
CY (ε ) = C d * 1+
C N (ε ) =
* sin 2 (2ε ) 2 1 − C X * A frontaal
δ CY * Alateraal
( )
CY 90 o * (CoEff lateraal − 1 / 2 Lpp ) * (sin (2ε ) + R ) Lpp
Voor de lading wordt CN(ε) anders, namelijk: C N (ε ) lading =
Met
( )
CY 90 o * (CoEff lateral − 1 / 2 Lpp ) * (sin (2ε ) + R ) Alading , lateraal
R = ε/90 R =180o-ε/90o R = -ε+180o/90o R = ε-360o/90o
Waarin:
C= Cd = ε= A= δ= Lpp = CoEff = R=
voor 0o ≤ ε < 90o voor 90o ≤ ε < 1800 voor 180o ≤ ε < 270o voor 270o ≤ ε < 360o weerstandscoëfficiënt in een bepaalde richting weerstandscoëfficiënt van een bepaald onderdeel increment oppervlak liftcoëfficiënt (uit een standaard tabel) lengte tussen de loodlijnen positie werkpunt correctie voor het kwadrant
Voor de coëfficiënten van het draaiingmoment (CM…) in een bepaalde richting, die alleen voor de lading worden uitgerekend, gelden de volgende formules: C MX = CY , lading *
C MY = C X , lading *
C MZ = CY , lading *
M.Visser
CoEff verticaal , lading Alateraal , lading
CoEff verticaal , lading A frontaal , lading − (1 / 2 Lpp − CoEff verticaal , lading ) Alateraal , lading
36
Safetrans
Voor de Castoro zullen de waarden voor de lading nul zijn omdat de lading die aan dek staat te verwaarlozen is. Voorbeeldberekeningen van een schip mèt lading zijn te vinden in Bijlage XII. 3.3.7 Propulsion
Bij het punt ‘Propulsion’ vult men de gegevens over de voorstuwing in. Van de sleep wordt ingevuld hoeveel schroeven het heeft en wat de diameter daarvan is. Omdat een draaiende schroef een extra weerstand oplevert moet hier een optelfactor voor worden berekend met de formule: t=
met
R'− R R'
t = Trust deduction factor (optelfactor) R = normale weerstand van de sleep R’ = weerstand van de sleep met een draaiende schroef
De Taylor wake fraction is de relatie tussen de snelheid van het schip en de snelheid van het water na de schroef. De formule hiervoor is: w=
met
Vs − Va Vs
w = Taylor wake fraction Vs = snelheid schip Va = snelheid van het water na de schroef
Als de snelheden niet bekend zijn kan het getal uit de onderstaande grafiek gehaald worden met de blokcoëfficiënt. De blokcoëfficiënt is afhankelijk van de scheepsvorm, hoe meer het schip een blokvorm heeft, hoe hoger de blokcoëfficiënt en dus de Taylor wake fraction.
Afb. 3.7 Taylor wake
M.Visser
37
Safetrans
Verder moeten de trail speed, trail power en bollard pull (paaltrek) worden ingevuld. De eerste twee zijn de snelheid en vermogen bij 100% MCR. De paaltrek is ongeveer 0.12 kN/kW, maar van de SL Sound is het al gegeven, namelijk 127 ton. Van de Castoro is alles nul omdat deze geen voortstuwing heeft. Voor de sleepboot moeten het aantal schroeven, de Trust deduction factor, trail speed en bollard pull worden ingevuld. Behalve de Trust deduction factor staat dit in de standaard gegevens. Voor de Trust deduction factor neem ik 0.2 aan. 3.3.8 Towline And Winch
Hierin worden de gegevens over de sleepkabel ingevoerd. Met deze gegevens worden gegevens over de kabel uitgerekend in de berekeningsprocessen (Hoofdstuk 4), ook wordt en de data wordt in de Risk-module (2.1.9) gebruikt. Towline data is alleen bedoeld voor de gebruiker om de kabel een naam te geven. Dan moet er worden ingevuld waar de kabel is vastgemaakt. Dit geeft de begin en eindpositie aan van de sleeplijn (zie afb. 3.8). Attachment Hull 1 Draad Ketting
Attachment Hull 2
Afb. 3.8 Sleepkabelbevestiging
De bevestiging bestaat uit drie delen, de stalen draad die aan het schip bevestigd zit en de ketting die naar de hoofdsleepdraad leidt. Van de laatste moeten de coördinaten worden ingevuld. Ook moet hiervan de breeksterkte worden ingevuld. Vervolgens moet per deel de onderstaande tabel worden ingevuld:
Afb. 3.9 Omschrijving sleepkabel
M.Visser
38
Safetrans
Hier worden de karakteristieken van elk deel gegeven. Segment 1 is altijd aan de kant van de sleepboot. De lengte is de maximaal beschikbare lengte in de X-richting. Bij een ketting is de diameter de diameter van het staal. Verder moeten de elasticiteitsmodulus, de massa per meter en de omrekenfactor voor het gewicht in water ten opzichte van het gewicht in lucht worden ingevuld. Als deze niet bekend zijn kan voor verschillende materialen de volgende waarden worden gebruikt: Type Ketting Staaldraad Tros Stalen tussenstuk
Elasticiteitsmodulus 5.5*107 7.5*107 0.05*107 210*107
Type Ketting Staaldraad Tros
Massa 22000*d2 4182*d2 646*d2
Type Ketting Staaldraad Tros Stalen tussenstuk
Relatief gewicht 0.87 0.81 0.10 0.87
d = diameter Deze gegevens zijn gebaseerd op staal klasse 3 voor de ketting en een nylon tros. Van de winch moet worden aangegeven of de winch de spanning op de kabel kan verminderen door meer draad te geven (Rendering). Als dit mogelijk is moet ook de diameter van de winch worden gegeven als de sleepdraad compleet op de winch zit. Ook de maximale viersnelheid moet worden ingevuld. Dit ligt meestal rond de 2 m/s. Het Rendering level is het percentage van de breeksterkte waarbij de winch slack begint te geven. Een waarde van zestig procent wordt hiervoor geadviseerd. 3.3.9 Computed Signals
In dit punt wordt een overzicht gegeven van de door de RAO berekende signalen. Standaard worden de signalen die bij de SDA (2.2.2) ook kunnen worden gekozen getoond, behalve de versnelling. Daarnaast kunnen er nog twintig signalen extra worden gekozen. Dat kunnen rechtlijnige bewegingen, snelheden en versnellingen zijn in X-, Y- en Z-richting maar ook relatieve watersnelheid of –versnelling. Tevens kunnen signalen gecombineerd worden. Van deze extra signalen moet ingevuld worden voor welke positie het signaal berekend moet worden, dit kan ook een punt buiten het schip zijn. In dat geval moet het hokje ‘Overhang’ worden aangevinkt. Er wordt dan gerekend met golven die niet door het schip verstoord worden, daarom is het beste om een punt ver buiten het schip te nemen. Bij lineaire combinatie van signalen kunnen twee signalen gecombineerd worden. Er wordt dan een combinatie van krachten uitgerekend die een resulterende kracht vormen die op de twee punten staat. De onderlinge verdeling van de resulterende kracht wordt dan ook berekend. M.Visser
39
Safetrans 3.3.10 Measured Signals
Bij dit punt kunnen van verschillende bewegingsensoren verschillende metingen worden aangevinkt. Als een meting is aangevinkt zal het signaal onder de knop ‘Monitor’ te zien zijn. Te selecteren signalen kunnen bewegingen, snelheden en versnellingen zijn, maar bijvoorbeeld ook de positie, tijd en windsnelheden kunnen worden getoond. Een signaal kan worden aangemaakt, gekopieerd en verwijderd. Ook moet de referentiepositie worden opgegeven. Dit punt kan alleen gebruikt worden bij het On-Board system (4.4). 3.3.11 Criteria
Bij de Criteria vult men van twee standaardsignalen (Hs en Vwind) en bij een sleepreis ook nog de kracht op de sleepkabel de waarden in die men niet wilt overschrijden. De MCS (4.2) zal proberen deze criteria niet te overschrijden. Er kunnen maximaal acht criteria worden bepaald. De Safety Factor is de factor die tussen de ingevoerde Operational Value en de berekende waarde moet blijven zitten. De Risk-module berekend de mogelijke schade aan het schip met de omstandigheden waarvan het meest waarschijnlijke maximum de input bij dit punt overschrijd. 3.3.12 Risks
Dit is het punt waar de Risk-module zijn meeste informatie uithaalt. Als eerste moet er een aantal dingen worden aangegeven. Zo moet worden aangevinkt of het sleepgerei is geïnspecteerd en of het ook aan de door de reder en de overheid gestelde eisen voldoet. Als het sleepgerei door een officiële surveyor is geïnspecteerd, getest en goedgekeurd voordat er aan de operatie begonnen is kan dit hokje ook worden aangevinkt. Als er een reservedraad op voorraad is die gelijk of beter is dan de primaire draad kan hiervoor ook een vakje aangevinkt. Het laatste vakje voor het sleepgerei kan worden aangevinkt als de reservedraad ook klaar is om te gebruiken. Van de primaire draad moet ook nog de leeftijd worden ingevuld. Van de sleep moet worden aangegeven wat voor soort object het is en of het een eigen voortstuwing heeft, dingen als een boegschroef vallen hier ook onder. Hierdoor kan de drift worden vertraagd als de sleepkabel breekt. Om het risico voor het milieu en het personeel te bereken (2.1.9) moet de hoeveelheid brandstof dat bedoeld is voor de voortstuwing en het aantal personen aan boord worden ingevuld. Van de lading moet worden ingevuld hoeveel olie het bevat en over hoeveel tanks dat is verdeeld. Als er een ander soort gevaarlijke stoffen (zoals chemicaliën) wordt vervoerd moet het vakje worden aangevinkt, ingevuld over hoeveel tanks dit zit verdeeld en hoe hoog de schade aan het milieu zou kunnen zijn bij een ramp. In het geval van een selfpropelled transport kunnen sleepgegevens niet worden ingevuld. Van het schip moet dan wel worden aangevinkt of het bij uitval van hoofdmotor en stuurgerei zichzelf nog kan voortbewegen én sturen.
M.Visser
40
Safetrans
Om het risico voor het milieu en het personeel te kunnen bereken (2.1.9) moet de hoeveelheid brandstof dat bedoeld is voor de voortstuwing en het aantal personen aan boord worden ingevuld.
M.Visser
41
Safetrans
H. 4
Berekeningsprocessen
De volgorde waarop in Safetrans de berekeningen moeten worden uitgevoerd zijn in 2.2 reeds vermeld. Tot nu toe zijn alleen nog maar DB’s en het invoeren van de scheepsgegevens behandeld. Om de data hieruit te analyseren kan men op verschillende manieren te werk gaan. Met het Voyage Motion Climate (4.1) wordt een vooraf vastgestelde reis in een bepaalde tijdzone gesimuleerd en worden de reis- en weergegevens tijdens die reis getoond. De Monte Carlo Simulator (4.2) kan de route wel veranderen, dat doet hij naar een aantal beslissingsvariabelen. Alle mogelijke signalen zijn op verschillende manieren gevisualiseerd. In de Training mode (4.3) moet de leerling aan de hand van de beslissingen en gegevens over het schip en haar omgeving zelf de beslissingen nemen. Men kan bijvoorbeeld de route, koers of snelheid te veranderen. In het On-board system (4.4) moeten de veranderingen ook daadwerkelijk uitgevoerd worden. De weer- en bewegingsgegevens zullen dan ook live worden bijgehouden en getoond.
4.1
Voyage Motion Climate
In de Session Manager (zie afb. 2.15) moet gekozen worden voor Voyage Motion Climate. Nu moet worden ingevuld op welke datum de simulatie gestart moet worden. Vanaf hier laat de Voyage Motion Climate (VMC) het schip ook vertrekken en rekent de reis- en golfstatistieken voor het traject uit. De route of instellingen van bijvoorbeeld motor of roer zal niet veranderd worden naar de omstandigheden. De weergegevens komen uit de IMDSS-DB en de reacties van het schip daarop uit de RAODB (2.2.1). Veel berekeningen worden met standaard statistiekformules gedaan. Onder de knop ‘Analyze’ moet VMC worden gekozen om in Excel de resultaten te bekijken. Als met de knop ‘Get Voyage Motion Climate Results’ de resultaten uit de DB worden geladen verschijnt de samenvatting in beeld met als reisgegevens de afstand, duur en snelheid. Van de golven worden de periode en maxima van de Hs getoond. In een spreidingsdiagram staan de waarschijnlijkheden dat een Hs een bepaalde piekperiode heeft, dit is ook weergegeven in een grafiek. In de Signal Result kan van de onderstaande signalen worden bekeken hoeveel bewegingen er tijdens de reis zijn gemaakt en wat de gemiddelde periode hiervan was. Ook het waarschijnlijkste maximum wordt getoond.
M.Visser
42
Safetrans
Als laatste wordt van verschillende meetwaarden de Probability of exceedance getoond wat in een Weibull-grafiek zichtbaar wordt gemaakt. Deze grafiek wordt gebruikt om de lange termijn statistieken zichtbaar te maken. In het sheet Leg Results wordt weer een reissamenvatting getoond, maar dan per leg. Daarin staat in welk (IMDSS)grid de leg gevaren is, wat de afstand van de leg was, hoelang daarover is gedaan met welke snelheid. Verder staan de stroomrichting en snelheid voor elke leg weergegeven. In de laatste sheet staan twee diagrammen met snelheid in verschillende omstandigheden. In de bovenste staat de snelheid bij een bepaalde wind/stroomrichting, uitgerekend voor verschillende Hs-en en piekperioden. In de onderste moet de Hs worden aangegeven en wordt bij verschillende wind/stroomrichtingen en piekperioden de snelheid gegeven. Deze twee diagrammen staan ook weer in een grafiek weergegeven. De VMC is dus bedoeld om de weergegevens in een bepaalde tijdzone te bekijken.
4.2
Monte Carlo Simulator
In de Session Manager moet gekozen worden voor Monte Carlo Simulator. Nu moet worden ingevuld op welke datum en tijd de simulatie gestart moet worden. Voor de IMDSS cycloneDB (2.1.6) moet worden aangegeven in welk jaar de stormgegevens gebruikt moeten worden. Verder kan nog worden aangegeven of tijdens de simulatie MARPLOT (2.1.1) moet worden gedraaid en of Safetrans de route mag veranderen voor de veiligheid of betere omstandigheden. Onder de knop ‘Analyze’ moet MCS worden gekozen om in Excel de resultaten te bekijken. Door in het blad ‘MCS Summary List’ één of meerdere simulaties te selecteren en op ‘Get Voyage Result’ te drukken word voor de volgende sheets de resultaten uit de DB worden geladen: 1 MCS Signal Summary 2 MCS Timetraces Summary 3 Risk Exposure Results Boven in alle bladen staan van die reis, of het gemiddelde van meerdere reizen, de tijd van vertrek en aankomst, reisduur en –afstand en de gemiddelde snelheid. Als er meerdere reizen gesimuleerd zijn kunnen de lange termijn statistieken berekend worden. Hoe meer reizen hoe beter. Doordat er steeds met verschillende mogelijke weercondities gewerkt wordt verschillen de resultaten ook steeds. Dit wordt gerealiseerd door voor dezelfde reis steeds een ander jaar te nemen voor de cyclone-DB (2.1.9) die apart in de IMDSS-DB zit. Hierdoor zal men steeds verschillende stormen tegenkomen. In de Signal Summary kunnen signalen over de reis worden geselecteerd die tijdens de simulatie voor elke tijdstap zijn uitgerekend. Er is een splitsing gemaakt in twee soorten
M.Visser
43
Safetrans
signalen. Signalen met statistieke waarde en signalen die onvoorspelbaar veranderen met de tijd. De eerste zijn bewegingen van het schip. De signalen zijn dus dezelfde als bij de RAO- en SDA-DB (2.2). De resultaten worden hetzelfde weergegeven als de Signal Result in de VMC. De tweede categorie zijn signalen van de golven en wind, maar ook koers, snelheid, ingestelde MCR en drift. Signalen over de sleepkabel, beslissing variabelen, beslissingen en een aantal statistieke gegevens kunnen ook per tijdseenheid bekeken worden (Bijlage XIII). In het sheet MCS Timetraces Summary moet een tijdstap worden geselecteerd waarna de waarde van alle signalen, zowel statistiek als tijdsafhankelijk, op het moment van die tijdstap getoond worden. De weergave van een signaal bestaat uit een tabel en een grafiek met het signaal tegen de tijd. In de ‘Risk Exposure Results’ (zie Bijlage III) worden de berekende waarschijnlijkheidswaarden (2.1.9) per risico voor alle klassen gegeven. Ook de gevolgen in de drie categorieën zijn weergegeven.
4.3
Training system
In de Session Manager moet gekozen worden voor Training system. De manier van berekeningen maken is bij deze module gelijk aan de MCS met als verschil dat de VOM (2.1.2) de beslissing van de CDM niet uitvoert. Nu wordt door dat de leerling gedaan. De beslissing van de CDM wordt alleen als adviserend middel beschouwd. De waarden van de verschillende decision variables worden weergegeven door de DRS (2.1.3). De positie, krachten, bewegingen en weergegevens kunnen ook bekeken worden met verschillende functies (2.3.4) onder de knop ‘Monitor’. Live metingen zijn in de simulatie natuurlijk niet meegenomen, de data wordt uit de DB’s gehaald. Na interpretatie van deze waarden kan de leerling zo blijven varen, wachten of de instellingen veranderen. Tijdens de simulatie blijft MARPLOT altijd op de achtergrond draaien zodat de positie bekeken en veranderd kan worden.
4.4
On-board system
Dit is de meest uitgebreide van alle berekeningsprocessen. Het verschil met de andere modules is dat het geen reis simuleert maar dat alle gegevens live worden bijgehouden. De gemeten gegevens van onder andere bewegingsensoren, GPS en ontvangen weerberichten worden gekoppeld met het Data Acquisition and Pre-Processing System. De ontvangen gegevens worden elk half uur opgeslagen in de Voyage statistics (2.1.8). In de Session Manager moet gekozen worden voor On-board system. MARPLOT zal meteen opstarten. Onder de knop ‘Monitor’ moet nu voor ‘Decisions’ gekozen worden om de DRSinterface op te starten en vervolgens ‘Import’ om weerberichten te ontvangen. Die moeten worden opgeslagen waarna ze nog verbeterd kunnen worden met de forecast improver (2.1.4). Om de weervoorspelling in MARPLOT te bekijken moet men achtereenvolgens op ‘Analyze’, ‘Weather Map’ en ‘Weather’ geklikt worden. De druk, Hs, en windsnelheid van het laatste weerbericht kunnen worden geselecteerd in de wizard. Een andere manier is om na ‘Analyze’ op ‘Forecast’ en ‘View’ te klikken. Nu kunnen verschillende signalen (tegelijkertijd) gekozen worden om weer te geven. De bewegingen van het schip zitten hier ook weer bij.
M.Visser
44
Safetrans
Met ‘View’ kan de forecast improver wel worden ingeschakeld en kan er bovendien een correctiefactor worden toegepast. Bijvoorbeeld als de berekende gegevens constant een bepaalde afwijking van de werkelijke gegevens bleken te hebben. Gegevens over schuilhavens kunnen worden bekeken door na ‘Analyze’ op ‘Safe Haven’ en ‘View’ te klikken. De berekende en gemeten gegevens kunnen geselecteerd worden om in een grafiek te bekijken door na ‘Analyze’ op ‘History’ en ‘View’ te klikken en de gewenste signalen te selecteren. Er kan gekozen worden om de gegevens van de laatste week of van de hele reis te bekijken. Met ‘Polar capability plot’ kan dit ook door na ‘Analyze’ op ‘Polar cap.’ en ‘View’ te klikken. Nu kunnen alleen de berékende signalen van het moment zelf bekeken worden. Die worden berekend met de gemeten golf en windgegevens van de meters of de gebruiker verkiest de gegevens waarmee gerekend wordt zelf te bepalen. De ingevoerde maxima worden samen met de berekende gegevens getoond. De geméten signalen van dat moment kunnen in een grafiek worden gezet door na ‘Analyze’ op ‘Measurement’ en ‘View’ te klikken. De data komt van de bewegingsmeters. De waarden waarbij een waarschuwing moet worden gegeven kunnen in de wizard waar het signaal wordt gekozen ook worden bepaald. Deze minima en maxima komen samen met het gemeten signaal in de grafiek. Om te kijken wat de meest waarschijnlijke sleepkabelbelasting zal zijn, wordt de ‘Towing Capacity Plot’ gebruikt door na ‘Analyze’ op ‘Tow Cap’ en ‘View’ te klikken. Het percentage MCR, of rendering toegepast wordt en de lengte van de kabel moeten worden ingevoerd. De belasting wordt nu voor verschillende golfhoogten uit vijf richtingen getoond.
M.Visser
45
Safetrans
H. 5
Bespreking van Safetrans
We hebben nu een overzicht hoe het programma werkt en kunnen een reis simuleren op verschillende manieren. In Excel kunnen we ook naar de berekende uitkomsten kijken of ze in grafiekjes zetten. Een bespreking van de weergegevens en bruikbaarheid van de gepresenteerde gegevens (5.1) zal in de komende paragrafen behandeld worden. Om te concurreren met soortgelijke programma’s zal het beter moeten zijn dan zijn voorgangers. In 5.2 zal Safetrans worden vergeleken met het oudere Do-Suite.
5.1
Bespreking uitkomsten
Omdat de bewegingen van het schip en de beslissingen afhankelijk zijn van de golfgegevens (5.1.1) is het belangrijk een weloverwogen keuze te maken tussen verschillende aanbieders van DB’s. Buiten dit is het belangrijk dat het programma doet waar het voor gemaakt is. Dit hangt grotendeels af van de wensen van de gebruiker, deze zal voor zichzelf beslissen of het programma geschikt is om mee te werken (5.1.2). 5.1.1 De golfgegevens
De bedoeling van Safetrans is dat de gegevens overeen komen met de werkelijkheid en dat ze gebruikt kunnen worden voor het bepalen van lange termijn statistieken. HMC heeft gekozen voor de golfdata van GWS en deze geïmplementeerd in IMDSS (2.1.6). Er zal een vergelijking gemaakt worden tussen HMC/GWS (HMC/Global Wave Statistics van British Maritime Technology Lt.) en ARGOSS (ofwel routeclimate), die met satellietmetingen werkt. De eigenschappen van HMC/GWS en ARGOSS zullen met elkaar vergeleken worden. Andere DB’s op basis van satellietwaarnemingen zullen apart aan bod komen. HMC/GWS werkt met slechts één constante Hs per seizoen. Deze zijn uitgerekend uit door zeelui waargenomen golfhoogten. Op de website claimt British Maritime Technology de enige te zijn die goede lange termijnverwachtingen kan geven daar zij de enige zijn die al lang genoeg waarnemingen doen. In het veelgebruikte Ocean Wave Statistics zijn op de zelfde manier als bij GWS veel waarnemingen opgenomen. GWS is hier echter een verbetering van. Ook gelijken de gegevens van GWS met instrumentwaarnemingen omdat de observaties zijn gecorrigeerd met het NMIMET-proces (voor de correctiemethode, zie Bijlage XIV), met Ocean Wave Statistics is dat niet gedaan. De zijn gebieden heel groot, de aarde is verdeeld in 104 gebieden. ARGOSS heeft een DB van vele satellietwaarnemingen die voor elke maand van de afgelopen vijftien jaar zijn vastgelegd. Ze zijn gekalibreerd naar metingen van wave buoy data, waar GWS volgens de website mee overeenkomt. Hs komt altijd lager of gelijk uit dan GWS. De meetgebieden zijn veel kleiner, de aarde is verdeeld in 2307 gebieden. De waarschijnlijkheid dat een bepaalde golfhoogte overschreden wordt (zie onderstaande formule) is over de complete reis ongeveer 5%. Wat de waarschijnlijkheid van overschrijding
M.Visser
46
Safetrans
wordt, is berekend met dezelfde formule als HMC/GWS maar dan zonder correctie. Voor Safetrans geldt een waarschijnlijkheid van ongeveer 5% per gebied.
(
(
i i Pexc ( x ) = 1 − ∏ 1 − Max Preg , j( i ), k ( i ) ( x ), Phur , j( i ), k ( i ) ( x )
))
di / 3
i
Met: -
Pexc = probability of exceedance (waarschijnlijkheid dat een golfhoogte overschreden wordt) x= golfhoogte Preg = regular probability (kan uit een Weibull-kromme gehaald worden) Phur = hurricane probability (waarschijnlijkheid van een orkaan) j(i) = cluster van segment i k(i) = maand waarin in segment i is gevaren di = totale tijd waarin in cluster i is gevaren
Een overzicht met de verschillen tussen GWS en ARGOSS:
Verschil Hs veranderd Waarnemingen van Waarnemingen sinds Aarde verdeeld in Waarschijnlijkheid van overschrijden Hs Gecorrigeerd voor rustige periodes?
HMC/GWS Elk seizoen Menselijke observaties 40 jaar 104 gebieden Constant 5% Ja
ARGOSS Elke maand Satelliet 15 jaar 2307 gebieden Variabel, per reis 5% Nee
Eerst worden bij GWS de onrealistische waarnemingen gefilterd volgens de NMIMETmethode (Bijlage XIV), later wordt ook nog eens voor rustige periodes gecorrigeerde. De correctie wordt in IMDSS berekend zoals bij het onderstaande voorbeeld. In Gebied 85 is 88.4 uur gevaren, dat is dus 29.5 periodes van 3 uur. De waarschijnlijkheid (P) van een Hs in GWS is dan: Corr =
n Hs> 4 m d * 3 m
PHs = Corr 1 − Pdesign
Met:
nHsign>4m = m= d= Pdesign =
aantal keer dat een hoogte groter dan 4 m. is waargenomen totaal aantal waarnemingen (inclusief hoogten < 4m) duur van de reis in uren 0.05
De Hs die bij deze waarschijnlijkheid hoort is op te zoeken in de onderstaande tabel.
M.Visser
47
Safetrans
Afb. 5.1 Relatie tussen de waarschijnlijkheid van een Hs en het aantal observaties
De correctie voor de rustige periodes is als volgt: Corr =
dus
210 88.4 * = 6.17 1003 3
PHs = 6.17 1 − 0.05 = 0.9917
de gecorrigeerde Hs wordt nu geïnterpoleerd: Hs = 7 +
0.9917 − 0.9795 * (7 − 6 ) = 7.94 m. 0.9925 − 0.9795
Zonder correctie komt Hs uit op 9.5 m. (P = 0.998) en met correctie word Hs dus 7.94 m. In de onderstaande grafieken vergelijken we ARGOSS met GWS gecorrigeerd en ongecorrigeerd.
Afb. 5.2 Hs op het kritiekste punt
M.Visser
48
Safetrans In de grafieken zien we dat na de correctie GWS in de buurt van ARGOSS komt maar er boven blijft. Ook zien we dat de overgang bij ARGOSS veel fijner is omdat deze per maand verschilt tegenover elk seizoen bij GWS. Dit verschil is in de volgende grafiek, van een reis tussen Halifax USA en Newcastle UK helemaal goed te zien.
Afb. 5.3 Hs op het kritiekste punt tussen Halifax en Newcastle
De golfhoogten van GWS komen hierin echter weer meer in de buurt van ARGOSS. De verschillen in uitkomsten variëren dus per gebied. GWS heeft een aantal voor en nadelen ten opzichte van de concurrentie: Voordelen: -
DB van veertig jaar, door deze tijd zijn voorspellingen voor de lange termijn mogelijk. Ook maakt het de voorspelling van extreme golfstatistieken mogelijk.
Hextreme = Hsig
-
ln
3 * 3600 Tzero 2
In plaats van verdeeld over aarde zijn de observaties toegespitst op scheepsroutes omdat er ook met scheepsobservaties gewerkt wordt. Dit maakt de statistieken betrouwbaarder op deze routes.
Nadelen: -
M.Visser
Slechte manier om aan de periode te komen, namelijk via de golfhoogten. Deze zijn dus minder betrouwbaar. Er is weinig data waar weinig gevaren wordt omdat alleen scheepsobservaties zijn verwerkt. Doordat de golfhoogten per kwartaal worden gegeven kan de eerste en de laatste maand flink schelen met de werkelijkheid omdat het gemiddelde is genomen. Omdat met relatief grote gebieden gewerkt wordt (afb. 2.9) kan de golfhoogte richting de grenzen hiervan ook flink schelen.
49
Safetrans Satellietmetingen in het algemeen hebben ten opzichte van GWS ook hun voor en nadelen, enkele eerder genoemde eigenschappen zullen hier nogmaals genoemd worden: Voordelen: -
Betere kwaliteit van de metingen onder acceptabele omstandigheden. De aarde is in minder gebieden verdeeld wat de uitkomsten nauwkeuriger maakt. Ook over gebieden waar weinig gevaren wordt bestaat veel informatie. De satellieten meten meer dingen. Bij GWS wordt de periode berekend met een model, maar satellieten meten dit wel, ook wordt het spectrum van de richting waarin de golven zicht voortplanten gemeten.
Nadelen -
-
-
De metingen kunnen ernstig verstoord worden, door zware regenval (bijvoorbeeld bij orkanen) kan tijdens deze situatie geen goed weerbeeld gegeven worden. De gegevens worden pas de laatste jaren gemeten waardoor hiermee geen voorspellingen voor de lange termijn gemaakt kunnen worden. Ook verhogen metingen van niet vaak voorkomende extreem hoge waarden de berekende gemiddelde waarden omdat het relatieve gewicht van de meting hoog is. De baan om de aarde van een satelliet is niet periodiek. Hij zou een storm kunnen missen omdat een punt slechts eens in de tien tot vijfendertig dagen wordt gepasseerd, honderden kilometers van de vorige baan verwijderd. Omdat het bereik van stormen door een orkaan kleiner is, zou de satelliet die dus kunnen missen. Een satelliet de lucht in schieten kost enorm veel geld, hiervoor moeten dus investeerders worden gevonden. Omdat het systeem vrij nieuw is en niet opvallend veel beter is dan bestaande systemen is dit lastig.
Als we de resultaten van GWS vergelijken met satellietmetingen van ClioSat zien we dat de resultaten van GWS ongeveer dertig procent hoger liggen dan die van ClioSat. In de onderstaande tabel zien we van veertien reizen in vier jaargetijden de gemiddelde, minimum en maximum Hs en de standaard deviatie, die de nauwkeurigheid aangeeft. De drie tabellen zijn hoogten voor (van links naar rechts) één reis, één jaar en tien jaar.
Afb. 5.4 Hs van GWS en satelliet van 14 reizen in 4 jaargetijden
Ook verschillen de DB’s in het moessongebied omdat ze allemaal andere maanden in een bepaald moesson-seizoen hebben zitten. In GWS verschilt de maand ook nog per gebied. December tot en met februari is de moesson noord-oost en mei tot en met september zuidwest. Dit is in de verschillende DB’s dus in verschillende maanden verdeeld. Orkanen bestaan ook maar in een paar (GWS-)gebieden. Alleen orkanen kunnen ontweken worden, en moessons niet.
M.Visser
50
Safetrans
5.1.2 De bruikbaarheid Voor de effectiviteit van een programma is de bruikbaarheid erg belangrijk. Als het niet doet waar het voor ontworpen is of als men niet met een programma om kan gaan zal het ook niet gebruikt worden. De bruikbaarheid van Safetrans meteen het grootste minpunt van het programma. Om te beginnen moeten er te veel gegevens worden ingevoerd. Op een rijtje gezet zijn dit vier pagina’s (Bijlage X). Buiten dat het invullen veel tijd kost staan veel gegevens die moeten worden ingevoerd niet in de scheepsgegevens. Dat hebben we gemerkt in Hoofdstuk 3. Verschillende getallen moeten berekend worden door de gebruiker als ze niet voor handen zijn. Buiten dat deze gegevens toch ingevuld kunnen worden lijkt het mij handig om bij deze gegevens optie te zetten om getallen die nodig zijn voor deze berekening zo in te kunnen voeren dat Safetrans de berekeningen zelf uitvoert. Dit zou bijvoorbeeld kunnen met een knop ‘Calculate’ naast de input, waarna een wizard start die de gebruiker een keuze laat maken tussen eventueel verschillende beschikbare formules. Daarna zal de gebruiker de getallen die nodig zijn voor de berekening invullen en op ‘Calculate’ drukken om de uitkomst in het vakje in te laten vullen waarna de wizard gesloten kan worden. Tenslotte moet men voor het vinden en begrijpen van de resultaten die in Safetrans getoont kunnen worden over een grondige kennis van de mogelijkheden van presentie en beschikbare data beschikken. Ook moet men om kunnen gaan met statistieke waarden. Een ander nadeel van computerprogramma’s in het algemeen is dat er na verloop van tijd grotere DB’s en betere rekenmethoden beschikbaar zijn. Het programma zal dan moeten worden geüpdate of gebruikers zullen na verloop van tijd overstappen naar een ander programma dat wel gebruik maakt van de grotere DB’s en betere rekenmethoden. Ondanks de bovengenoemde punten doet Safetrans wel precies waar het voor gemaakt is. Dat is primair het voorspellen van de bewegingen aan de hand van de weercondities die tijdens een reis worden ondervonden. De voorspellingen van deze statistieken worden ook voor de langere termijn goed berekend. Het zogenaamde weather routing, het veranderen van de route om in gunstiger weer te komen, is met Safetrans goed mogelijk. Dat is omdat er een DB met weervoorspellingen aanwezig is. Een belangrijke mogelijkheid van Safetrans is dat de risico’s berekend worden die op verschillende manieren te zien zijn. Dankzij deze extra gegevens kan de gebruiker een gefundeerde beslissingen nemen. Bij het interpreteren van de gegevens moet er wel rekening mee worden gehouden dat de berekende waarden niet de maximale waarden zijn. Er is altijd een kans dat bijvoorbeeld de maximale golfhoogte in tien jaar tijdens een bepaalde reis overschreden kan worden. Bij de golfhoogten is de kans op overschrijding altijd vijf procent. Ook bij de risicoberekeningen hoeft het risico niet altijd als de berekende waarden te zijn. Wel zijn de gegevens waar Safetrans mee komt goed te gebruiken maar er kan niet blind op worden gevaren. Blind varen kan op geen enkel apparaat, dat is een teken van slecht zeemanschap. Er moet altijd rekening worden gehouden met fouten en nauwkeurigheden van het apparaat. Safetrans is dus een programma dat veel tijd en kennis nodig heeft om mee te kunnen werken. Aan de andere kant zijn er veel dingen mogelijk die met minder complexe programma’s niet
M.Visser
51
Safetrans mogelijk zijn. Het gebruik van Safetrans naast andere programma’s zou dus een optie kunnen zijn. Wil men alleen weten welke golven men tegenkomt kan GWS of een soortgelijk programma ook zonder Safetrans gebruikt worden. Ook bestaan er programma’s om de reactie op deze golven uit te rekenen zoals VAC (Voyage Acceleration Climate) waarbij de route niet veranderd kan worden en rekening wordt gehouden met de golfhoogte en -richting. Als voorstudie, of als er lagere eisen zijn gesteld aan het programma zoals beschreven in de bovenstaande alinea verdienen dit soort programma’s de voorkeur vanwege hun eenvoud en snelheid in gebruik. Met de berekeningsmethodes is zelden met alles rekening gehouden. Zo berekend VAC bijvoorbeeld geen niet-lineaire slingerdemping en wordt geen rekening gehouden met snelheidverlies door golven. Safetrans verdient juist de voorkeur als weergegevens en risico’s nauwkeurig en uitgebreid berekend moeten worden. Te denken is aan reizen waarbij een verhoogd risico gelopen wordt op slecht weer. Van te voren kan dan de statistisch meest gunstige route bepaald worden. Een ander voorbeeld is een reis waarvan de lading een dusdanig hoge waarde heeft dat voor een heel hoog bedrag verzekerd wordt. Safetrans kan nu gebruikt worden om voor alle partijen van te voren aan te tonen dat het veilig om te gaan varen. Ook kan het gebruikt worden door scheepsbouwers om na te gaan wat de te verwachten levensduur van een schip is dat al wel ontworpen is maar nog niet gebouwd. Als al bekend is in welk gebied het schip ongeveer gaat varen kan naar aanleiding van de lange termijn statistieken de levensduur worden berekend. In deze gevallen in er genoeg tijd beschikbaar waardoor het argument dat het gebruiken van Safetrans veel tijd kost niet meer van toepassing is. Ook wordt het in deze gevallen gebruikt door mensen die zijn opgeleid om met de gegevens waar Safetrans mee komt om te gaan waardoor het een ideaal programma is voor deze toepassingen.
5.2
Vergelijking Safetrans en Do-Suite
In paragraaf 5.1.2 is het programma geëvalueerd, een aantal opmerkingen zullen bij het vergelijken van Safetrans met Do-Suite terugkomen. Do-Suite is een oudere versie van Safetrans. De verschillen en overeenkomsten zullen puntsgewijs worden besproken. -
Do-Suite heeft een kop-staart werking (duidelijke invoer → uitvoer), Safetrans mist dit. Do-Suite is in meerdere stappen (afb. 5.5) verdeeld.
M.Visser
52
Safetrans
Afb. 5.5 Do-Suite beginscherm
Eerst wordt er een project begonnen. Vervolgens wordt een reis geselecteerd waarna voor die reis de weersomstandigheden uit GWS worden bepaald. Dan wordt aangegeven hoe het schip beladen is en wordt met deze gegevens de rotatiestraal (k..) uitgerekend. Op basis hiervan worden de bewegingen van het schip berekend en kunnen verschillende waarden, zoals krachten op de lading en zeevasten, bekeken worden. Bij Safetrans moeten alle gegevens in één keer worden ingevuld en zal achteraf naar de uitkomsten gezocht moeten worden. -
Do-Suite werkt ook met GWS, alleen een oudere versie waardoor er minder data beschikbaar is. Do-Suite rekent met één design waveheight voor een hele reis de Hs-en per gebied uit, lange termijn statistieken worden niet uitgerekend. Een reis is met verschillende DB’s gesimuleerd, een samenvatting van de uitkomsten zijn te zien in de onderstaande tabel.
M.Visser
53
Safetrans
Afb. 5.6 Reissamenvatting met GWS, Cliosat en Do-Suite
-
In Do-Suite worden geen risico’s van de reis uitgerekend. Bij Safetrans wordt dit extra argument wel in de berekeningen meegenomen. Aan de hand van onder andere de risico’s en weergegevens wordt ook een beslissing gemaakt over wat op dat moment volgens de berekeningen het beste gedaan kan worden. Dit is tijdens de simulatie het zogenaamde weather routing. Dit heeft Do-Suite ook. Met de training en bij het Onboard system (Hoofdstuk 4), welke modules in Do-Suite niet mogelijk zijn, worden beslissingen omgezet in een advies.
-
Do-Suite is specifiek voor zware lading transport ontwikkeld, Safetrans is ook bruikbaar voor sleepreizen en transport van offshore velden.
-
Do-Suite heeft een ‘print manual’ optie, Safetrans heeft dit niet. Hierbij kunnen alle ingevoerde gegevens overzichtelijk onder elkaar worden neergezet. Ook formules en tabellen naar aanleiding waarvan Do-Suite werkt kunnen worden uitgeprint. Bij Safetrans kunnen de gegevens niet worden uitgeprint, wel kunnen de ingevoerde gegevens in het programma zelf gemakkelijk worden opgezocht bij de punten.
-
Omdat er aan Safetrans veel bedrijven hebben meegewerkt is het bekend op de markt. Dit maakt het makkelijker om het programma te promoten en verkopen.
M.Visser
54
Safetrans
H. 6
Afronding
In dit afsluitende hoofdstuk zullen de bevindingen over het programma (6.1) kort worden geformuleerd en zullen de bronnen (6.2) van de informatie voor dit verslag vermeld staan.
6.1
Conclusie
Safetrans is een bruikbaar programma en geschikt voor zijn doel maar vergt, zoals vele programma’s, wat tijd om onder de knie te krijgen. Ook de voorbereiding voordat daadwerkelijk met Safetrans gewerkt kan worden kost wat tijd. Safetrans bevat namelijk vele DB’s en er moeten erg veel scheepsgegevens ingevoerd worden. Ten opzichte van andere programma’s is Safetrans erg uitgebreid en kent het vele mogelijkheden die andere programma’s niet hebben. Om de mogelijkheden en resultaten waar Safetrans mee komt te begrijpen, is een grondige kennis van schepen en statistiek nodig. Tijdens het invoeren van de scheepsgegevens zal men ondervinden dat niet alle gevraagde gegevens zonder moeite ingevuld kunnen worden. Sommige getallen moeten berekend worden terwijl voor andere inputs aannames gedaan moeten worden. Dit komt niet ten goede aan de nauwkeurigheid van het programma. Ook zijn de golfhoogten uit de weer-DB volgens meerdere onderzoeken aan de hoge kant, wat tot gevolg heeft dat de berekende bewegingen die het schip maakt iets te groot worden. De presentatie van de berekende gegevens is prettig, deze kunnen op verschillende manieren bekeken worden. Zo staan veel signalen in grafieken uitgezet tegen de tijd of een ander signaal en in tabellen. Ten opzichte van het oudere Do-Suite is Safetrans uitgebreider en werkt het met DB’s die meer up to date zijn. Het invoeren van ladinggegevens is simpeler geworden, maar minder gedetailleerd. Doordat Safetrans uitgebreider is, wordt het moeilijker om te begrijpen wat er gebeurd. Als men echter weet hoe beide programma’s werken verdient Safetrans de voorkeur.
6.2
Literatuurlijst
Boekwerken Rawson, K.J. en Tupper, E.C. Basic Theory, volume 1 Derde druk,1978 Rawson, K.J. en Tupper, E.C. Basic Theory, volume 2 Achtste druk,1997 Berghout, T. Easy Do-S it Almere, 2002
M.Visser
55
Safetrans World Meteorological Organization Handbook on wave analysis and forecasting Geneve, 1976 Wentzel, T. Het projectgroepsverslag Amsterdam, 2000 Gerritsma, J. Scheepshydrodynamica/Golven Delft, 1979 Glas, K en Schutte, J.W. Zeemanschap 2 Eerste druk, 1982
Internetadressen www.argoss.nl www.bmt.org www.globalwavestatisticsonline.com www.google.com www.itl.nist.gov/div898/handbook/index www.satobsys.co.uk
M.Visser
56
Safetrans
Bijlagelijst BIJLAGE I
RELATIE DB EN PROGRAMMA’S............................................I
BIJLAGE II
FLOWDIAGRAM CDM .............................................................. II
BIJLAGE III
RISK EXPOSURE RESULTS ....................................................III
BIJLAGE IV
SDA SPREIDINGSTABELLEN .................................................IV
BIJLAGE V
CASTORO X HOOFDAFMETINGEN ....................................... V
BIJLAGE VI
TEKENINGEN CASTORO X......................................................VI
BIJLAGE VII
SL SOUND HOOFDAFMETINGEN........................................ VII
BIJLAGE VIII TEKENINGEN SL SOUND ......................................................VIII BIJLAGE IX
SL SOUND STABILITEITSGEGEVENS ..................................IX
BIJLAGE X
INPUTGEGEVENS SAFETRANS .............................................XI
BIJLAGE XI
TEKEN- EN REFERENTIEAFSPRAKEN .............................. XV
BIJLAGE XII
VOORBEELDBEREKENING WINDWEERSTAND ...........XVI
BIJLAGE XIII BEREKENDE RESULTATEN IN EEN TIJDSTAP ............... XX BIJLAGE XIV GWS BEREKENINGEN VOLGENS NMIMET......................XXI BIJLAGE XV WOORDENLIJST ENGELS – NEDERLANDS...................XXIII BIJLAGE XVI AFKORTINGEN SAFETRANS ............................................ XXIV
M.Visser
57
Safetrans
Bijlage I
M.Visser
Relatie DB en programma’s
I
Safetrans
Bijlage II
Flowdiagram CDM Delay
Start voyage
YES NO
In shelter?
Clear Forecast? IMDSS Waves Winds Currents
NO
Captains Decision Mimic Reroute Cruise for 3 hours
Calculate ships motion
Ship Motion Database
Update voyage statistics Towline faillure?
YES
Towline faillure
Calculate risk
Accident database
Final destina tion?
YES STOP
NO
M.Visser
II
Safetrans
Bijlage III
M.Visser
Risk Exposure Results
III
Safetrans
Bijlage IV
M.Visser
SDA spreidingstabellen
IV
Safetrans
Bijlage V
M.Visser
Castoro X Hoofdafmetingen
V
Safetrans
Bijlage VI
M.Visser
Tekeningen Castoro X
VI
Safetrans
Bijlage VII
M.Visser
SL Sound Hoofdafmetingen
VII
Safetrans
Bijlage VIII Tekeningen SL Sound
M.Visser
VIII
Safetrans
Bijlage IX
M.Visser
SL Sound stabiliteitsgegevens
IX
Safetrans
M.Visser
X
Safetrans
Bijlage X Punt
Inputgegevens Safetrans Gegevens
Project settings:
Soort lading Soort vervoer (positie offshore operatie)
Case settings:
Hull hull 1:
Hull hull 2:
Appendages Hull 1:
Hull 2:
Wave conditions:
M.Visser
Waarde
Eenheid
Other Wet tow -
o ,’
ISM? safety rating Kosten hull 1 Kosten hull 2 Kosten van ladingverlies Gevolgen van vertraging
Medium 10M-100M 10M-100M <10M Medium
USD USD USD -
Vorm van de romp (eventueel frames maken) (Y- en Z-coordinaten op afstand Z vanaf APP) Lengte tussen de loodlijnen Breedte volgens de mal Holte midscheeps Vorm van de romp (eventueel frame maken) (Y- en Z-coordinaten op afstand Z vanaf APP) Lengte tussen de loodlijnen Breedte volgens de mal Holte midscheeps
CastoroX.xcd ” 127.82 30.48 9.14 SmallTug.xcd ” 56.10 14.00 6.90
m m m m m m m m
Diameter kimronding Hoogte stabilisatievin Lengte stabilisatievin Beginpunt stabilisatievin vanaf APP Roeren: oppervlakte X/Y/Z positie werkpunt L/H-verhouding Vinnen: oppervlakte, X/Y/Z positie werkpunt L/H-verhouding Hoogte stabilisatievin Lengte stabilisatievin Beginpunt stabilisatievin vanaf APP Roeren: oppervlakte X/Y/Z positie werkpunt L/H-verhouding Vinnen: oppervlakte, X/Y/Z positie werkpunt L/H-verhouding
1.5 12 -0.6, 4 en -4, 2 0.80 0 0 0
m m m m m2 m m2 m m m m m2 m m2 m -
Rekenmethode golfspectrum
Mitsuyasu
-
XI
Safetrans Loading Hull 1:
Loading Hull 2:
Route settings:
Resistance curve: Tabel Hull 1
Tabel Hull 2
M.Visser
Diepgang voor en achter Deplacement (kan ook worden berekend) X-positie vanaf APP van het zwaartepunt (kan ook worden berekend) GM Vrije vloeistof correctie (altijd negatief) kxx, kyy, kzz Vrijboord ter hoogte van de boeg Frontaal en lateraal oppervlak Frontaal en lateraal oppervlak lading onder invloed van wind Hoogte werkpunt van de wind boven K Massa van de lading Grootst mogelijke diepte van de maximale hoeveelheid water op dek Lengte waarover water op dek mogelijk is Diepgang voor en achter Deplacement (kan ook worden berekend) X-positie vanaf APP van het zwaartepunt (kan ook worden berekend) GM Vrije vloeistof correctie (altijd negatief) Kxx, kyy, kzz Vrijboord ter hoogte van de boeg Frontaal oppervlak
5.82 en 5.82 21128
m m3 m
0.70 -0.15 9.1, 32.0, 32.0 3.32 70 en 410 30 en 50
m m m m m2 m2
9.0 20 0
m t m
0 5.00 en 5.10 2845 28.83
m m m3 m
0.86 -0.06 4.3, 14.0, 14.0 7.00 220
m m m m m2
Percentage van het maximum motorvermogen waarmee gevaren wordt Gemiddelde vaarsnelheid Route (koppeling naar MARPLOT)
80
%
6 -
kn -
Snelheid (kn) 0 2 3 4 6 8
Weerstand (kN) 0 18 35 65 145 240
0 2 3 4 6 8
0 6 10 19 42 95
Tabellen met de (rustig)waterweerstand bij verschillende snelheden
XII
Safetrans Current forces:
Tabellen met weerstands coëfficiënten voor stroming van 0o tot 180o ten opzichte van het schip waarbij gerekend ten opzichte van midscheeps (Cy) en de middenlijn (Cx). Standaard coëfficiënten voor verschillende scheepstypen gekozen zijn ook mogelijk)
Tanker (ballast)
-
Wind forces:
Tabellen met weerstands coëfficiënten voor wind van 0o tot 180o ten opzichte van het schip waarbij gerekend ten opzichte van midscheeps (Cy) en de middenlijn (Cx) (apart voor het schip en de lading, Hull 2 alleen Cx)
-
-
Propulsion Hull 1:
Aantal schroeven Diameter schroef Thrust deduction factor Wake refraction Trail speed Totale motorvermogen Paaltrek Aantal schroeven Thrust deduction factor snelheid proefvaart bij 100% motorbelasting Paaltrek
0 0 0 0 0 0 0 2 0.2 15.5 127
m2 kn kW kN kn kN
Main line 144, 0, 9.50
m
7.00, 0, 6.50
m
154 Wire 1500 0.160 0.5*107 16.6 0.10 Standaard, Chain 20 0.132 5.5*107 384.5 0.87 Standaard, Wire 1 0.092 7.5*107 35.5 0
kN m m kN/m2 kN/m m m kN/m2 kN/m m m kN/m2 kN/m -
Hull 2:
Towline and winch:
Naam lijn (ter referentie) X-, Y- en Z coordinaat waar de kabel is bevestigd voor Hull 1 X-, Y- en Z coördinaat waar de kebel is bevestigd voor Hull 2 Breeksterkte sleeplijn Segment 1: Type materiaal sleeplijn Lengte sleeplijn Diameter sleeplijn Elstticiteitsmodulus Massa per meter Omrekenfactor gewicht in water of lucht Weerstands coëfficiënten Segment 2: Type materiaal sleeplijn Lengte sleeplijn Diameter sleeplijn Elstticiteitsmodulus Massa per meter Omrekenfactor gewicht in water of lucht Weerstands coëfficiënten Segment 3: Type materiaal sleeplijn Lengte sleeplijn Diameter sleeplijn Elstticiteitsmodulus Massa per meter Omrekenfactor gewicht in water of lucht
M.Visser
XIII
Safetrans Weerstands coëfficiënten Mogelijkheid ‘rendering’ (slacken om breken te voorkomen) Diameter winch inclusief complete kabel Maximale winchsnelheid bij geven Percentage van de breeksterkte kabel waarbij rendering begint
Standaard,
-
1.20 2 60
m m/s %
Computed signals:
Geen input (geeft berekende gegevens weer)
-
-
Measured signals:
Geen input (geeft gemeten gegevens weer)
-
-
Criteria:
Hoogste waarden
Signaal
Risks: Is het sleepgerei geïnspecteerd? towing equipment: Is het sleepgerei goedgekeurd? (voor sleepoperatie) Leeftijd sleepgerei Is er een vergelijkbare vervangende sleeplijn op voorraad? Is er een vergelijkbare tweede sleeplijn klaar voor gebruik? Heavy lift vehicle: Kan er worden gemanoeuvreerd als motor en stuurgerei uitvalt? (voor selfpropelled) Hoeveelheid brandstof voor de voortstuwing aan boord Aantal personen aan boord Towed object: Gesleept object (voor sleepoperatie) Mogelijkheid gesleept object om zelf te manoeuvreren Hoeveelheid brandstof voor de voortstuwing aan boord Aantal personen aan boord Tug: Kan er worden gemanoeuvreerd als motor en stuurgerei uitvalt? (voor sleepoperatie) Hoeveelheid brandstof is er voor de voortstuwing aan boord Aantal personen aan boord Cargo: Hoeveelheid olie in de lading (voor sleepoperatie Aantal tanks met zware olie of diesel erin en selfpropelled) Worden er gevaarlijke stoffen vervoerd? Aantal tanks met gevaarlijke stoffen Hoogte risico milieuvervuiling
M.Visser
Hoogste waarde Hs 5m Vwind 15 m/s Tow force 200 kN Acceleration Z 1 m/s2 BOW
1
jaren -
-
-
barge
t t -
0 6 417
t
10 0 0
t -
0 Low
XIV
Safetrans
Bijlage XI Windrichting Deining- en zeegangsrichting Stromingsrichting Positie op aarde Positie in het schip (zie onderstaande figuur) Richtingen ten opzichte van het schip (zie onderstaande figuur) Hull 1 Hull 2
M.Visser
Teken- en Referentieafspraken Richting waaruit de wind komt ten opzichte van het Ware Noorden Richting waaruit de zee komt ten opzichte van het Ware Noorden Richting waar de stroming heen gaat ten opzichte van het Ware Noorden Richting Noord en Oost positief en richting Zuid en West negatief. De oorsprong ligt op de kruising van de equator en de Greenwich meridiaan Richting voorschip, bakboord en omhoog is positief en richting achterschip, stuurboord en omlaag is negatief. De oorsprong ligt in de kruising van de achterste loodlijn, CL en de Kiel Ten opzichte van de CL van 0o (van achteren) tot 180o (van voren). 90o is dwars. Gesleepte object of het schip dat zichzelf voortstuwd Sleepboot (alle gegevens worden ingevuld voor een enkele sleepboot, het aantal wordt in Propulsion aangegeven)
XV
Safetrans
Bijlage XII
M.Visser
Voorbeeldberekening windweerstand
XVI
Safetrans
M.Visser
XVII
Safetrans
M.Visser
XVIII
Safetrans
M.Visser
XIX
Safetrans
Bijlage XIII Berekende resultaten in een tijdstap
M.Visser
XX
Safetrans
Bijlage XIV GWS berekeningen volgens NMIMET De observaties die zijn ontvangen worden eerst gechecked en verbeterd voor ze gebruikt worden. Het verbeteren gebeurd volgens de NMIMET –methode. Dit gebeurd omdat de kwaliteit van de observaties sterk afhangt van de situatie en kwaliteit van de observator. De originele GWS-DB heeft buiten de golfdata ook nog een wind-DB. In de IMDSS-DB is alleen de golfhoogte gebruikt. Windobservaties vanaf 1854 zijn opgenomen in de DB. De golfobservaties slechts sinds 1949. Alleen als zowel de hoogte van de windgolven als de hoogte van de deining is gerapporteerd worden de gegevens ook daadwerkelijk gebruikt. Dit resulteerd in drie categorien van data: 'All Wind' '2-Group Wave/Wind' 'All Wave/Wind'.
= wind = gecorrigeerde windgolven/deining sinds ‘49 = windgolven/deining sinds ’49 standart reported
Bij de NMIMET-controlemethode wordt de golfhoogten vergeleken met de windsnelheid. Voor deze relaties bestaan tabellen met golfhoogten die horen bij een bepaalde windsnelheid, voor golfhoogte en –periode zijn er ook tabellen in een DB. Hiermee worden de golfperiodes bepaald. Ze komen dus niet van de observaties zelf. Observaties die niet worden vertrouwd worden ook niet verwerkt. Vervolgens worden de gegevens voor een gebied genormaliseerd. Het normaliseren houd in dat het aantal observaties van een windsnelheid wordt gedeeld door het totale aantal observaties en maal 30 wordt gedaan om voor elk gebied het gewicht gelijk te houden. Men gebruikt het getal 30 omdat dit in de praktijk als normaal beschouwd wordt. Joint probability waves period (T) and height (H):
P(Wr)=prob windspeed naar de klasse P(H/Wr)=prob waveheight t.o.v. windspeed. De uitkomsten kunnen op twee manieren ontstaan: Smoothing mode: alleen als joint frequency wave en wind gebruikt kan worden Predictive mode: als alleen windgegevens beschikbaar zijn wordt daarmee met zes parameters de waarschijnlijke zeegang bepaald. De Smoothing mode heeft de voorkeur.
M.Visser
XXI
Safetrans GWS vind zijn manier betrouwbaarder om drie redenen: 1. er zijn veel waarnemingen gedaan 2. de vele windobservaties worden gebruikt om de golfhoogten te verbeteren , 3. NMIMET gebruikt alleen de 2-group obs. (gecombineerde waardoor GWS hoger uitkomt) 4. Door joint probability in NMIMET te gebruiken worden de periode statistieken gemaakt Als we echter de gegevens uit de GWS-DB vergelijken met het veel gebruikte Ocean Wave Statistics komen we tot de conclusie dat GWS hogere waarschijnlijkheden geeft voor grotere golfhoogten en –perioden. Als we GWS vergelijken met instrumentsmetingen komt dit wel redelijk overeen. GWS lijkt dus beter dan Ocean Wave Statistics.
M.Visser
XXII
Safetrans
Bijlage XV Acceleration Accident bearing Calculate Connected Crew Decision Variables Delay Distance Fetch greatcircle Hard waypoint Hull Input Logging Maximum Continuous Rating Monitor Motion Pitch Probability of exceedance Redundancy Rendering Response Amplitude Operator Rhumbline Roll Routing Safehaven safety rating Selfpropelled Soft waypoint Unsafe shore Weather routing
M.Visser
Woordenlijst Engels – Nederlands Versnelling Ongeluk Peiling Bereken Gekoppeld Bemanning Variabelen gebruikt om tot een beslissing te komen Vertraging Afstand De afstand over het wateroppervlak waarover de wind waait Grootcirkel Waypoint dat men moet bereiken Scheepshuid, in Safetrans wordt het schip in het algemeen bedoeld Ingevoerde gegevens Opslaan Maximale motorbelasting waarmee het schip gewoonlijk vaart Inspecteren beweging Stampen (om de Y-as) waarschijnlijkheid van overschrijden Overbodig zijn van De spanning op de kabel verminderen door meer draad te geven Amplitude van reactie op golven hulpmiddel Loxodroom Slingeren (om de X-as) Routegegevens Veilige haven Mate van veiligheid Vaartuig met eigen voortstuwing Waypoint dat men kan overslaan Onveilige kust veranderen van de route om in gunstiger weer te komen
XXIII
Safetrans
Bijlage XVI Afkortingen Safetrans ρ ε δ A C Cd CDM CL CoEff D DAPPS DRS DV ETA F FDB GM GPS GWS Hs I IMDSS k.. kN L Lpp M m M&L MCR MCS MZi NA OBS p R R RAO RISX RP&D SA SDA STMU t v VAC M.Visser
dichtheid increment liftcoëfficiënt Oppervlakte Constante weerstandcoëfficiënt van een bepaald onderdeel Captains Decision Mimic Centre Line (lijn op de halve breedte) Centre of Effort (positie werkpunt) Decision Data Acquisition and Pre-Processing System Decision and Routing Support Decision Variable Estimated Time of Arrival (geschatte aankomsttijd) kracht Forecast Database Afstand van het Gewichtzwaartepunt tot het Metacentrum Global Positioning System Global Wave Statistics Significante golfhoogte Traagheidsmoment Integrated Marine Decision Support System straal waarom het schip om een bepaalde as roteert in X-, Y- of Z-richting kilo Newton (1 kN = 10,000 kg) Lengte Lengte tussen de loodlijnen Metacentrum massa Monitor & Logging Maximum Continuous Rating Monte Carlo Simulator draaiend moment om de Z-as North Atlantic On-Board System probability (van een beslissing) Weerstand correctie voor het kwadrant Response Amplitude Operator Risk and Exposure analysis Route Planning and Display South Atlantic Significant Double Amplitude Short Term Meteo Update Thrust deduction factor snelheid Voyage Acceleration Climate XXIV
Safetrans VMC VOM W w
M.Visser
Voyage Motion Climate Vessel Operating Module Weight (gewicht van een getal) Taylor wake refraction
XXV
