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Automação de NaviosAutomação de Navios

API 2004 AFN, PTMB, MMM ©

Autores: Alexandre Neves, Nº 49275

Pedro Batista, Nº 49477

Marco Morgado, Nº 50275

API – Automação de Processos Industriais

ResumoResumo

•• Problemas na automação de naviosProblemas na automação de navios•• Objectivos da automação de naviosObjectivos da automação de navios•• A automação de um navioA automação de um navio

-- ConstruçãoConstrução-- OperaçãoOperação

•• Ideias para o futuroIdeias para o futuro

API 2004 AFN, PTMB, MMM ©Automação de Navios

Problemas na automação de naviosProblemas na automação de navios

•• Meio marítimo é um ambiente hostil aos componentes electrónicos:Meio marítimo é um ambiente hostil aos componentes electrónicos:-- Corrosão causada pelo salitreCorrosão causada pelo salitre-- infiltrações de águainfiltrações de água

•• Motores de grande potência podem causar vibrações de elevado Motores de grande potência podem causar vibrações de elevado impactoimpacto

•• Fontes de Energia limitada Fontes de Energia limitada –– torna necessária a gestão de energia e torna necessária a gestão de energia e procura por fontes de energia alternativaprocura por fontes de energia alternativa

•• Interfaces com o utilizador deverão ser o mais simples e intuitiInterfaces com o utilizador deverão ser o mais simples e intuitivas vas possívelpossível

•• Cada navio produzido possuí particularidades que implicam baixa Cada navio produzido possuí particularidades que implicam baixa repetibilidade na produção de peçasrepetibilidade na produção de peças


Objectivos da automação de naviosObjectivos da automação de navios

PretendePretende--se com os sistemas de automação:se com os sistemas de automação:

•• minimizar o esforço e empreendimento humano.minimizar o esforço e empreendimento humano.

•• obter elevados padrões de qualidade com custos obter elevados padrões de qualidade com custos sustentáveissustentáveis

•• Providenciar mais segurança às vidas humanasProvidenciar mais segurança às vidas humanas


Construção (1)Construção (1)

Existem 3 principais classes de processos:Existem 3 principais classes de processos:•• Tratamento de metalTratamento de metal•• Montagem (principalmente por soldagem)Montagem (principalmente por soldagem)•• Manipulação (manuseamento e posicionamento dos Manipulação (manuseamento e posicionamento dos

blocos)blocos)

Panorama Actual:Panorama Actual:•• A automação na construção de navios tem sido A automação na construção de navios tem sido

exclusivamente aplicada no corte e soldagem de metal exclusivamente aplicada no corte e soldagem de metal utilizando ferramentas CADutilizando ferramentas CAD\\CAE e novas tecnologias CAE e novas tecnologias laserlaser


CAD – Computer Aided DrawingCAE – Computer Aided Engineering


•• Contrariamente à soldagem de blocos 2D, os problemas Contrariamente à soldagem de blocos 2D, os problemas da soldagem de blocos 3D são muito extensos:da soldagem de blocos 3D são muito extensos:-- Estruturas complicadasEstruturas complicadas-- Baixa repetibilidade de produçãoBaixa repetibilidade de produção

•• Surge o conceito de blocos Surge o conceito de blocos oneone--ofof--aa--kindkind•• Manipuladores robóticos para estruturas Manipuladores robóticos para estruturas oneone--ofof--aa--kindkind: :

facilidade de planeamento de caminhos, flexibilidade facilidade de planeamento de caminhos, flexibilidade operacionaloperacional e autonomia de execuçãoe autonomia de execução



•• Automação da gestão de informação:Automação da gestão de informação:-- Planeamento óptimo de tarefas, fluxos de produto e Planeamento óptimo de tarefas, fluxos de produto e tempos de ligação entre processostempos de ligação entre processos

•• Operadores humanos dos manipuladores passam a Operadores humanos dos manipuladores passam a executar apenas tarefas de alto nível: planeamento e executar apenas tarefas de alto nível: planeamento e supervisãosupervisão


Operação (1)Operação (1)

Monitorização do cascoMonitorização do casco

•• grande parte dos acidentes marítimos são devidos a elevada fatiggrande parte dos acidentes marítimos são devidos a elevada fatiga e a e consequente quebra do cascoconsequente quebra do casco

•• os sensores mais utilizados são baseados em fibras ópticas e os sensores mais utilizados são baseados em fibras ópticas e BraggBragggratingsgratings

•• os sensores de fibra óptica apresentam grandes vantagens em relaos sensores de fibra óptica apresentam grandes vantagens em relação ção a sensores alternativos baseados em campos electromagnéticos:a sensores alternativos baseados em campos electromagnéticos:

-- elevada sensibilidadeelevada sensibilidade-- boa resistência a água e químicosboa resistência a água e químicos-- imune a interferência electromagnéticaimune a interferência electromagnética-- não emite radiação electromagnéticanão emite radiação electromagnética-- permite multiplexagem de comprimentos de onda podendopermite multiplexagem de comprimentos de onda podendo--se se

ligar vários sensores em cadeialigar vários sensores em cadeia




Monitorização do cascoMonitorização do casco

Operação (3)Operação (3)Monitorização do cascoMonitorização do casco


•• A monitorização do casco é muito importante pois permite preveniA monitorização do casco é muito importante pois permite prevenir r o comandante do navio situações que possam causar danos sérios o comandante do navio situações que possam causar danos sérios ao casco.ao casco.

•• Permite ainda a automatização do posicionamento do navio de Permite ainda a automatização do posicionamento do navio de forma a minimizar a tensão no cascoforma a minimizar a tensão no casco

Movimento do NavioMovimento do Navio•• A monitorização do movimento do navio permite prevenir situaçõesA monitorização do movimento do navio permite prevenir situações

que possam causar danos à carga e desconforto aos passageiros que possam causar danos à carga e desconforto aos passageiros •• São utilizados sistemas INS+GPSSão utilizados sistemas INS+GPS



O que existe hoje em dia?O que existe hoje em dia?

http://http://www.praxiswww.praxis--automation.nlautomation.nl//

Fonte :Fonte :

Sistemas encontramSistemas encontram--se divididos em 3 principais áreas:se divididos em 3 principais áreas:•• Sistemas integrados de navegaçãoSistemas integrados de navegação•• Sistemas de controlo de manobras da ponte do navio.Sistemas de controlo de manobras da ponte do navio.•• Sistemas de monitorização e controlo do navio.Sistemas de monitorização e controlo do navio.

Sistema integrado de navegaçãoSistema integrado de navegação•• Sistema completamente redundanteSistema completamente redundante•• WorkstationsWorkstations ligadas por Ethernet (ligação rápida e redundante)ligadas por Ethernet (ligação rápida e redundante)



Sistema integrado de navegaçãoSistema integrado de navegação•• Planeamento da navegação, correcção de Planeamento da navegação, correcção de

desvios e desvios e display display de informação relevante de informação relevante a navegação (a navegação (headingheading, velocidade, , velocidade, ventos, profundidade …)ventos, profundidade …)

•• Sistema de prevenção de colisões e Sistema de prevenção de colisões e desvio de obstáculosdesvio de obstáculos



Sistema de gestão dos motores da ponte de comandoSistema de gestão dos motores da ponte de comando•• Automatiza por completo o comando dos motores de propulsãoAutomatiza por completo o comando dos motores de propulsão•• Leitura e comando preciso da velocidade dos motoresLeitura e comando preciso da velocidade dos motores•• Comando automático dos motores, sistemas de ignição, arranque Comando automático dos motores, sistemas de ignição, arranque

e paragem dos motores, mecanismos de inversão de marcha dos e paragem dos motores, mecanismos de inversão de marcha dos motoresmotores



Sistema Controlo e Monitorização da cargaSistema Controlo e Monitorização da carga•• Automatiza o carregamento e descarregamento de produtos Automatiza o carregamento e descarregamento de produtos

dos tanques dos naviosdos tanques dos navios•• Utiliza sistemas de radar altamente precisos para medir os Utiliza sistemas de radar altamente precisos para medir os

níveis de produto nos tanques (precisões de +/níveis de produto nos tanques (precisões de +/-- 1mm)1mm)•• Interligação das Interligação das workstationsworkstations por Ethernet e ligação à por Ethernet e ligação à

InternetInternet



Sistema de Gestão de Energia e de PotênciaSistema de Gestão de Energia e de Potência•• Controla os geradores de electricidade e os gastos do Controla os geradores de electricidade e os gastos do

navionavio•• Ligado ao Sistema centralizado de alarmesLigado ao Sistema centralizado de alarmes•• Modo Mar Modo Mar \\ PortoPorto•• Controlo automático dos níveis de tensão e de frequênciaControlo automático dos níveis de tensão e de frequência•• Salvaguarda automática de energia para as funções Salvaguarda automática de energia para as funções

vitais e de segurança do navio e da tripulaçãovitais e de segurança do navio e da tripulação•• Controlo da temperatura e níveis de óleo dos motores Controlo da temperatura e níveis de óleo dos motores

para evitar danos no motor para evitar danos no motor -- Safe Safe EngineEngine ShutdownShutdown



Sistema de Posicionamento Dinâmico. Sistema de Controlo Sistema de Posicionamento Dinâmico. Sistema de Controlo por por JoystickJoystick

•• Tecnologia Tecnologia FlyFly--byby--wirewire em vez de comando mecânicoem vez de comando mecânico•• Ligação ao Piloto automático e Planeamento de TrajectóriasLigação ao Piloto automático e Planeamento de Trajectórias•• Precisão de 0,5m no posicionamentoPrecisão de 0,5m no posicionamento



Globalmente, os produtos da PRAXIS:Globalmente, os produtos da PRAXIS:•• Apresentam elevada redundância para prevenir falhas de alguns doApresentam elevada redundância para prevenir falhas de alguns dos s

componentes tanto a nível de comunicações como a nível do componentes tanto a nível de comunicações como a nível do hardwarehardware

•• Têm a possibilidade de ligação a satélites para monitorização daTêm a possibilidade de ligação a satélites para monitorização daembarcação à distânciaembarcação à distância

•• As As workstationsworkstations correm o sistema operativo Windows NT/2000 e correm o sistema operativo Windows NT/2000 e estão preparadas para situações de inundações e/ou humidadeestão preparadas para situações de inundações e/ou humidade



•• É fundamental a existência de alternativas de comunicação para oÉ fundamental a existência de alternativas de comunicação para ocaso de ocorrência de falhas (redundância)caso de ocorrência de falhas (redundância)

•• As redes Ethernet são redes rápidas e seguras mas que não As redes Ethernet são redes rápidas e seguras mas que não garantem entrega de pacotes em tempo prégarantem entrega de pacotes em tempo pré--especificado, o que é especificado, o que é fundamental para redes de tempo real como é o caso das redes de fundamental para redes de tempo real como é o caso das redes de controlo.controlo.

•• As redes Ethernet possuem ainda limitações de distância. PodeAs redes Ethernet possuem ainda limitações de distância. Pode--se se implementar estas redes com repetidores.implementar estas redes com repetidores.

•• Redes de tempo real CAN (Redes de tempo real CAN (ControllerController AreaArea Network)Network) possuem possuem também limitações em termos de taxa de transmissão x também limitações em termos de taxa de transmissão x comprimento da rede mas garantem entrega fiável em tempo précomprimento da rede mas garantem entrega fiável em tempo pré--especificado.especificado.

Estudo das redes de comunicações dentro de um navioEstudo das redes de comunicações dentro de um navio



•• A rede de tempo real A rede de tempo real TTP(TTP(TimeTime TriggeredTriggered Protocol)Protocol) é altamente é altamente fiável, com menos limitações que o CAN BUS, revelandofiável, com menos limitações que o CAN BUS, revelando--se a rede se a rede de tempo real do futuro.de tempo real do futuro.

•• Workstations Workstations onde não seja crucial tempo real podem ser ligadas onde não seja crucial tempo real podem ser ligadas através de Ethernet.através de Ethernet.

•• A Ethernet revelaA Ethernet revela--se ainda uma boa solução para embarcações onde se ainda uma boa solução para embarcações onde seja importante a existência de Internet em diversos locais seja importante a existência de Internet em diversos locais (paquetes de luxo).(paquetes de luxo).

•• Para comunicações entre pontos onde tempo real seja necessário Para comunicações entre pontos onde tempo real seja necessário devedeve--se utilizar redes de tempo real como o CAN ou TTPse utilizar redes de tempo real como o CAN ou TTP..

Ideias para o futuroIdeias para o futuro


•• ReleaseRelease automático de botes salva vidas e comunicação automática automático de botes salva vidas e comunicação automática via satélite à guarda costeira mais próxima em caso de ruptura dvia satélite à guarda costeira mais próxima em caso de ruptura do o casco e/ou perigo de afundamentocasco e/ou perigo de afundamento

•• RobotsRobots de inspecção e manutenção/reparação do casco, lemes e de inspecção e manutenção/reparação do casco, lemes e héliceshélices

•• Atracagem automática em portos apoiada por Atracagem automática em portos apoiada por Laser Range Laser Range FinderFinder e e câmaras de visãocâmaras de visão

•• Sistemas de detecção de queda de homens e/ou carga à água Sistemas de detecção de queda de homens e/ou carga à água ((LasersLasers, sensores de movimento) e reacção automática a estas , sensores de movimento) e reacção automática a estas situações (alarmes sonoros, paragem automática dos motores do situações (alarmes sonoros, paragem automática dos motores do navio, lançamento automático de bóias salvanavio, lançamento automático de bóias salva--vidas) vidas)

ReferênciasReferências

•• http://europa.eu.int/comm/enterprise/maritime/maritime_industriahttp://europa.eu.int/comm/enterprise/maritime/maritime_industrial/l/doc/autom_study.pdfdoc/autom_study.pdf

•• http://av.rds.yahoo.com/_ylt=A0Je5XPUp3lA7REAcp4raKMX;_ylu=Xhttp://av.rds.yahoo.com/_ylt=A0Je5XPUp3lA7REAcp4raKMX;_ylu=X3oDMTBvdmM3bGlxBHBndANhdl93ZWJfcmVzdWx0BHNlYwNzcg3oDMTBvdmM3bGlxBHBndANhdl93ZWJfcmVzdWx0BHNlYwNzcg----/SIG=11lj23cmn/**http%3a//www.eagle.org/rules/downloads/73/SIG=11lj23cmn/**http%3a//www.eagle.org/rules/downloads/73--hull.pdfhull.pdf

•• http://www.mptconsult.com/SENSFIB%20Frameset.htmhttp://www.mptconsult.com/SENSFIB%20Frameset.htm•• http://www.praxishttp://www.praxis--automation.nl/automation.nl/•• http://www.tttech.com/technology/index.htmhttp://www.tttech.com/technology/index.htm•• http://http://www.northropgrumman.comwww.northropgrumman.com//


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