Fraunhofer CML treibt Innovationen in der martimen Wirtschaft voran

9. April 2024

Vom mobilen Robotersystem bis zum Funk- und Brückenlabor – das Forschungsfeld des Fraunhofer CML ist vielfältig. Hamburg News war vor Ort

Der Fachkräftemangel bereitet auch Reedereien zunehmend Kopfzerbrechen, so ein Ergebnis der 15. Reederstudie von PwC Deutschland, Stand November 2023. Umso wichtiger wird eine robuste und gute Personalplanung. „Das geschah bislang – und zum Teil noch heute – vielfach händisch. Darum haben wir im Rahmen des Projekts SCEDAS ein digitales Entscheidungsunterstützungssystem entwickelt“, erklärt Dr.-Ing. Anisa Rizvanolli, Teamleiterin Maritime Scientific Computing and Optimization am Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen (CML) im Harburger Binnenhafen. Am Forschungsinstitut werden innovative Lösungen für den maritimen Sektor und die maritime Lieferkette entwickelt. Darüber hinaus sollen die verschiedenen Akteur:innen bei der Nutzung zukunftsorientierter Technologien und Prozesse unterstützt werden.

Methode: mathematische Abbildung des Problems

Die SCEDAS-Crewplanungssoftware etwa besteht aus effizienten Algorithmen, die in der Lage sind, schnell komplexe Aufgaben aus der realen Welt zu lösen. „Im Gegensatz zu den datenbasierten Algorithmen in künstlicher Intelligenz arbeiten wir mit der mathematischen Abbildung des Problems als ganzzahliges lineares Modell und lösen dies mittels heuristischer und hybrider Verfahren, die nicht eigens mit Datensätzen trainiert werden müssen“, erläutert Rizvanolli, die bereits seit knapp 11 Jahren am Fraunhofer CML tätig ist und zuvor Informatik-Ingenieurwesen an der Technischen Universität Hamburg studiert hat.

Ziel: ein 24/7-Plan, der alle Variablen erfasst

Um das Leben an Bord zu verstehen und entsprechend realistische Arbeitspläne entwickeln zu können, sind Rizvanolli und ihr Team selbst in See gestochen. „Diese Erfahrungen sind dann in die Entwicklung der Algorithmen eingeflossen.“ Denn gute Arbeitspläne für Seeleute hängen von vielen Faktoren ab. „Die Grundfrage lautet: Wie viele Seeleute braucht man mit welcher Qualifikation für welche Fahrt? Das ist beim Containerschiff, das im Liniendienst fährt, etwas anderes als bei einem Kreuzfahrtschiff oder einem Tanker“, betont Rizvanolli und nennt als SCEDAS-Kunden etwa das britisch-amerikanische Kreuzfahrtunternehmen Carnival sowie die Hamburger Unternehmen Columbia Shipmanagement und Bernhard Schulte Shipmanagement.

Die Grundanforderung ist jedoch immer die gleiche: Ein 24/7-Plan, bei dem jede Position mit der passenden Qualifikation besetzt ist und die Crewmischung stimmt, damit etwa jüngere Mitarbeiter:innen vom Erfahrungsschatz der Älteren profitieren. Und der Plan muss klassischen Variablen standhalten, wenn es zu wetterbedingten Verspätungen oder krankheitsbedingten Ausfällen bei der Crew kommt. Schließlich müssen Ruhe- und Urlaubszeiten integriert werden. „Das ist erstens eine Frage der Sicherheit, zweitens ein wichtiger Faktor für die Zufriedenheit der Mitarbeitenden. Und die wird wiederum zunehmend wichtig, weil es immer weniger Seeleute gibt“, erläutert Rizvanolli. Die Personalplanung 2.0. des Fraunhofer CML kann für ein komplettes Jahr erstellt werden, wobei ein Bordmodul die detaillierten Arbeitspläne während der Reise je nach Situation ständig aktualisiert.

Forschungsschwerpunkte – von Robotik bis Nachhaltigkeit

„Digitalisierung ist aktuell ein wesentlicher Trend in der maritimen Wirtschaft“, weiß Rizvanolli. Ebenso wie Robotik und Nachhaltigkeit – die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) hat das Ziel ausgegeben, Klimaneutralität bis 2050 erreichen zu wollen. Die Expert:innen am Fraunhofer CML forschen in all diesen Bereichen, ob zum Aufbau einer tragfähigen Wasserstofflogistik oder zu Einsatzmöglichkeiten von mobilen Robotersystemen im Hafenumfeld. Tatsächlich gilt Robotik als wesentlicher Forschungsschwerpunkt des Instituts und die autonomen Systeme werden laut den Forschenden immer besser. Von Kommissionierung und Transport von Ersatzteilen und Werkzeugen über Bestandsaufnahmen, Kartierungen sowie Monitoring-Aktivitäten bis zu Aufgaben in Bereichen mit hohem Gefährdungspotenzial – jeweils können eigenständig agierende Robotersysteme Menschen maßgeblich unterstützen. Prominentes Beispiel ist etwa Roboterhund Spot, entwickelt von Boston Dynamics, den das Fraunhofer CML beim Deeptech Festival Homecoming Homeport 2023 präsentierte. Der sogenannte Schreitroboter verfügt über ein beeindruckendes Bewegungsspektrum: Er läuft, geht in die Knie, hopst auf und ab und alles zusammen hat schon fast etwas Tänzerisches. Zudem kann Spot greifen sowie heben und habe sich in Modellversuchen bereits in unübersichtlichen und gefährlichen Einsatzfeldern bewiesen. So kann er maßgeblich zur Sicherheit seiner menschlichen ‚Kollegen‘ beitragen.

Das Funk- und Brückenlabor im Fraunhofer CML

Funk- und Brückensimulator des Fraunhofer CML

Um die Cybersicherheit in der Schifffahrt zu verbessern, werden Störungen und Cyberangriffe im Funk- und Brückenlabor des Fraunhofer CML simuliert. Die maritime Wirtschaft wird immer vernetzter, Computer und Server aber auch Radar und Maschinensteuerungssysteme an Bord bieten Angriffsflächen für Cyberangriffe. Entsprechende Gegenmaßnahmen zu entwickeln, zu testen und zu üben ist ein Aspekt, der im Brückenlabor verfolgt wird. Ein weiterer ist die maritime Spracherkennung. „Dabei geht es etwa um die Transkription von Funksprüchen mithilfe von künstlicher Intelligenz“, erklärt Rizvanolli. „Zum einen ist es laut auf der Brücke, zum anderen kommen in der Seefahrt Menschen aus aller Welt zusammen, die mit teils starkem Akzent oder Dialekt sprechen. Funksprüche schriftlich vorliegen zu haben, ist somit ein klarer Vorteil.“ Ein weiterer Forschungsansatz ist die Möglichkeit durch den Einsatz von Funkpeilung und Algorithmen den Absender von Funksprüchen zu lokalisieren. „Zu wissen, wer was wann von wo gesendet hat sind Informationen, die den verantwortlichen Offizieren helfen, schneller und vorausschauender zu agieren“, so die Wissenschaftlerin. Und darauf zielen im Grunde alle Projekte am Fraunhofer CML ab: Prozesse an Bord und in den Häfen zu verbessern und die maritime Wirtschaft zukunftsfähig aufzustellen.
ys/sb