استخدام المركبات المستقلة لأغراض التفتيش والصيانة في المناطق البحرية

مقدمة: ارتفاع المركبات المستقلة ذاتيا في العمليات البحرية

إن التفتيش والصيانة في الخارج منذ وقت طويل من بين أكثر الأنشطة خطورة وكلفة في صناعات الطاقة والصناعات البحرية، فالطرق التقليدية تعتمد على المفرزات البشرية والسفن المطهرة والمعدات الثقيلة، وتعرض العمال للضغوط الشديدة، والبيئات السمية، والطقس غير القابل للتنبؤ، وقد أصبحت المركبات المستقلة ذاتياً، التي تتحول من الطائرات الآلية تحت الماء إلى أدوات تحول تؤدي إلى تحسين جذري في السلامة، وتخفض النفقات، وتسلمها.

ما هي المركبات المستقلة ذاتيا في العمليات البحرية؟

والمركبات المستقلة ذاتياً للاستخدام في الخارج هي آلات قادرة على أداء مهام ذات تدخل بشري ضئيل أو لا، وهي تعتمد على أجهزة الاستشعار على متن السفن، والخرغاريتمات المتقدمة، ونظم الاتصالات التي تبحر البيئات البحرية الدينامية، وتفتش الهياكل، وتضطلع بأنشطة الصيانة، ويشمل هذا المصطلح عدة منابر متميزة، تتناسب كل منها مع ظروف ومهام محددة.

مركبات جوية غير مأهولة (UAVs/ Drones)

ويتزايد استخدام الطائرات الآلية ذات الطوافات المثبتة والمتعددة الطرازات في عمليات التفتيش الجوي للمنابر البحرية، والحزم المشتعلة، ورموز التوربين الريحية، التي تجهز بكاميرات عالية الاستبانة، والتصوير الحراري، وLDAR، فيمكنها الكشف عن التآكل، والشقوق، والأورام الحرارية دون الحاجة إلى قطع أو الوصول إلى الحبال.

مركبات تحت الماء غير المأهولة

وتشمل المركبات غير المستعملة عن بعد مركبات تعمل عن بعد ومركبات تحت الماء مستقلة، وتُنقل هذه المركبات إلى سفينة سطحية ويخضع لها طيار، مما يجعلها مثالية لأداء مهام معقدة وقائمة على التحلل مثل عمليات الصمامات أو اللحام، ومن ناحية أخرى، فإن المركبات ذات الصلصة غير مجهزة ومبرمجة مسبقاً لمسح المناطق الكبيرة، وترسم خرائط لخطوط الأنابيب الأرضية، وتجمع بين أنواع المرونة الناشئة،

مركبات سطحية غير مأهولة

وتستخدم القوارب المستقلة والطائرات المسيرة السطحية في عمليات المسح السطحي للمياه الضحلة، والرصد البيئي، وفي عمليات نقل الاتصالات لنظم المياه الجوفية، وبعض المركبات ذات الطاقة الشمسية وقادرة على القيام ببعثات طويلة الأجل، وغالبا ما تحمل أجهزة استشعار متعددة الحزم، وأجهزة استشعار نوعية المياه، وكاميرات لتفتيش دعم الجسر، وأجهزة الفطائر، والهياكل القريبة من السطح.

"أرضية و"كرالر روبوت

وعلى المنصات البحرية، فإن الآلات الآلية المتعقبة أو المتحركة تبحر، والأوامر، والمساحات المحصورة، يمكنها أن تقوم بقياسات السميك، والأسطح النظيفة، وأن تحمل أدوات لإصلاحات طفيفة، وكثيرا ما تستخدم هذه الروبوتات المسارات المغناطيسية في تسلق هياكل الصلب الرأسي، مما يجعلها قيمة بالنسبة لمستودعات المياه الجوفية وعمليات التفتيش الهشائية.

الفوائد الرئيسية لاستخدام المركبات المستقلة

إن اعتماد المركبات المستقلة في البيئات الخارجية هو أمر مدفوع بمزايا واضحة عديدة على الأساليب التقليدية، وهذه الفوائد تتجاوز وفورات التكاليف لتشمل السلامة، ونوعية البيانات، واستمرارية التشغيل.

تحسين سلامة الموظفين

The most compelling reason to deploy autonomous vehicles is the reduction of human exposure to hazardous conditions. Offshore workers face risks from falls, explosions, decompression sickness (for divers), and toxic gas leaks. By replacement human inspectors with drones or underwaterroids, companies can inspect flare stacks during live operations, survey pipelines in strong currents, or assess structural damage after a storm without putting people in harm’s way.

الكفاءة في التكاليف

وتخفض المركبات المستقلة التكاليف التشغيلية بطرق متعددة، وتقضي على الحاجة إلى سفن دعم مكلفة ذات أطقم كبيرة، وتقصر جداول زمنية للمشروع عن طريق العمل على مدار الساعة، وتخفض إلى أدنى حد وقت الإنتاج عن طريق عمليات التفتيش دون إغلاق المرافق، وأفادت دراسة أجريت في عام 2023 بواسطة مجلة أوفشور بأن الدراسات الاستقصائية لخطوط الأنابيب التابعة للاتحاد الأفريقي يمكن أن تكلف 30 إلى 40 في المائة أقل من الدراسات الاستقصائية التقليدية المتسقة.

تحسين جمع البيانات والاستحقاقات

وتحتوي المركبات المستقلة على مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار التي تلتقط البيانات بدقة وتكرار لا يمكن لمشغلي البشر أن يتطابقوا مع ذلك، وتضع السونار المتعدد الحزم خرائط مفصلة من ثلاثة ديانات للهياكل الفرعية؛ وتكشف كاميرات المراقبة الفائقة الأطياف عن التغيرات الكيميائية الفرعية؛ وتستمع أجهزة الاستشعار الصوتية إلى التسرب، لأن هذه المركبات تتبع مسارات مبرمجة سلفا، فإن مجموعات البيانات يمكن أن تكون قابلة للمقارنة بسهولة بمرور الوقت، مما يتيح لمشغلي النمو تتبع حركة التآكلات.

24/7 العمليات والاستجابة السريعة

ولا تعاني النظم المستقلة من الإرهاق، ويمكن للكثير منها أن يعمل باستمرار لأيام أو أسابيع، مما يسمح للمشغلين في الخارج بإجراء عمليات تفتيش روتينية خلال فترات الإنتاج المنخفض والاستجابة بسرعة لحالات الطوارئ، مثل التسرب المكتشف أو الجليدي الذي يقترب من من منصة ما، ويمكن إطلاق المركبات الجوية فوق البنفسجية في غضون دقائق، وتقديم استعراضات جوية فورية تساعد واضعي القرارات على تقييم الحوادث.

المهام المشتركة التي تضطلع بها المركبات المستقلة

وتتزايد بسرعة مجموعة المهام المخصصة للمركبات المستقلة في البيئات الخارجية، وهي أقل التطبيقات التي يتم إنشاؤها، وكلها تغذي مواطن القوة المحددة من مختلف أنواع المركبات.

التفتيش على النزاهة الهيكلية

وعمليات التفتيش الروتينية لجاكيتات المنصات، وتخزين الإنتاج العائم، وشحن الأكواخ، ومؤسسات التربين الريحية هي استخدامات أساسية، وتقيس المركبات المجهزة بأجهزة احترازية محتملة فعالية نظم الحماية التآكل، بينما تلتقط المركبات فوق المدارية صورا عالية الاستبانة للهياكل العليا وتساعد هذه التفتيش المشغلين على تحديد مواعيد الصيانة قبل حدوث الإخفاقات، وعلى تمديد حياة الأصول، ومنع الخسائر الكارثة.

المسحات المتعلقة بالقنوات والنباتات

وتتطلب خطوط الأنابيب في البحر التي تمتد آلاف الكيلومترات تفتيشاً دورياً للتسرب والعواطف الحرة والأضرار الخارجية، وتتابع مركبات الأنابيب باستخدام أجهزة الاستشعار المغناطيسية والصوتية، وتكشف عن الشذوذ وتصدر تقارير تلقائياً، وبالمثل تستخدم مركبات مستقلة لمسح كابلات الطاقة في المناطق البحرية في مزارع الرياح البحرية، وكشف الأخطاء أو مناطق التعرض التي يمكن أن تؤدي إلى الفشل.

Leak Detection and Environmental Monitoring

كما أن المركبات المستقلة ذاتياً لا تقدر بثمن في كشف تسربات الهيدروكربون من الآبار أو الأنابيب، ويمكن أن تمسح المركبات غير المتطورة المسائية مناطق شاسعة بسرعة، بينما تستخدم مركبات البوليفزيون أجهزة الاستشعار الصوتية والكيميائية لتحديد التسربات في قاع البحار، وبالإضافة إلى ذلك، تقوم المركبات البحرية برصد نوعية المياه ومستويات الكوكتون والنشاط الثديي البحري بالقرب من المنشآت البحرية، ومساعدة المشغلين على الامتثال للأنظمة البيئية والتأثير البيئي الأدنى.

التنظيف الروتيني وإصلاحات الطفح

فبعض النظم المستقلة مجهزة بأدوات التلاعب بالأسلحة والتنظيف، فعلى سبيل المثال، يمكن للزحام تحت الماء أن يحفر النمو البحري من أرجل المنصة أو يستخدم الأشعة فوق الصوتية لإزالة المقياس من الأنابيب، وفي حين أن الإصلاحات الرئيسية لا تزال تتطلب تدخلا بشريا، فإن المركبات المستقلة تتعامل بشكل متزايد مع الصيانة الخفيفة، مثل استبدال الأنود أو تأمين الكابلات العالقة.

التفتيش عن بعد على الفضاءات المؤمنة

فالأعمال التي تستخدمها الدبابات، وغرف الباليه، والطرق الضيقة داخل المنصات، تشكل خطرا على دخول البشر، فالطائرات الصغيرة بلا طيار والآليات الزحفية تقوم الآن بعمليات التفتيش هذه باستخدام خوارزميات العقبة في نقل المناطق المحصورة ونقل الفيديو الحي، مما يقلل بشدة من الحاجة إلى تصاريح الفضاء المحصورة وما يرتبط بها من مخاطر السلامة.

التكنولوجيات التي تتيح التشغيل الذاتي للعمليات البحرية

وتتوقف فعالية المركبات المستقلة على مجموعة من التكنولوجيات التي تعمل معا لضمان أداء موثوق به وآمن في ظروف خارجية قاسية.

Suites Sensor Advanced

وتحمل المركبات الحديثة المستقلة مجموعة من أجهزة الاستشعار: نظم الملاحة غير الداخلية مع سجلات السرعة في دوبلر (DVL) من أجل تحديد مواقع دقيقة؛ وأجهزة السونار (الجانب، والتعددية، والاختلال التركيبي) من أجل التصوير تحت الماء؛ ومسح الأشعة الليديولوجية (LDAR) من أجل 3D فوق خرائط المياه؛ والكاميرات الحرارية أو المتعددة الأطياف الشاملة.

الاستخبارات الفنية وعلم النفس

كما أن نماذج التعلم في مجال الآلات تمكن المركبات من الاعتراف بالتآكل، والشقق، والنمو البحري، وغير ذلك من السمات في الوقت الحقيقي، كما أن المنظمة تقود إلى تخطيط المسارات، وتفادي العقبة، ومراقبة البعثة التكيفية، ويتفاوت مستوى الاستقلال الذاتي: فبعض المركبات تخضع للإشراف عن بعد (المستوى 3-4)، بينما تهدف نماذج البحوث إلى تحقيق الاستقلال الكامل (المستوى 5) حيث يتخذ النظام قرارات مستقلة استجابة للأحداث غير المتوقعة.

نظم الاتصالات

فالتواصل الخارجي أمر صعب لأن الترددات اللاسلكية لا تبث تحت الماء جيداً، وتستخدم المركبات السطحية وصلات ساتلية أو خلفية خلوية (في نطاق أبراج ساحلية) أما بالنسبة لنظم المياه الجوفية، فإن المودم الصوتية توفر وصلات بيانات منخفضة التردد، وتستخدم بعض العمليات تيثرات الألياف الضوئية للتحكم في الترددات العالية.

السلطة والتحمل

وتُعد تكنولوجيا البطارية عاملاً يحد من العديد من النظم المستقلة ذاتياً، ولا تزال البطاريات الليثيومية معيارية، ولكن خلايا الوقود الهيدروجينية يجري اختبارها على مركبات الإطلاق، مما يتيح تحملها لفترة أطول بكثير (أسبوع بدلاً من أيام) كما أن المركبات الفضائية التي تتلقى مساعدة كبيرة تُمدد أيضاً مدة البعثة إلى أجل غير مسمى، بينما يمكن أن تسمح محطات الشحن المُستدلة على منابر باستمرار العمليات.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من إمكاناتها، تواجه المركبات المستقلة عدة عقبات كبيرة تبطئ من انتشار التبني في المناطق البحرية.

الظروف البيئية الضارة

فالتيارات القوية والموجات العالية والضغط الحيوي ودرجات الحرارة القصوى تؤثر على أداء الأجهزة والمجس، ويجب أن تتحمل مركبات المياه الجوفية ضغوطا تتجاوز 300 قضبان في أعماق المياه العميقة، بينما يجب أن تعمل الطائرات بدون طيار في بيئات ملاحية تعمل بالآلات الإلكترونية التي تتآكل، وتضيف الترميز التكاليف والوزن، بل وتفشل في أفضل النظم أحيانا عندما تتجاوز الظروف حدود التصميم.

محدودية الاستقلالية والاعتماد

ولا تزال النظم المستقلة الحالية تتطلب رقابة بشرية على عملية صنع القرار المعقدة، فالأوضاع غير المتوقعة - مثل التراب المتشابك، أو قسم خطوط الأنابيب المدفونة، أو لقاء مع معدات الصيد - التي يمكن أن تخلط بين الخوارزميات، وتؤدي إلى إجهاض البعثات، وسيتطلب بناء الثقة في العمليات المستقلة تماماً مزيداً من ساعات الاختبارات الميدانية الموثوق بها، وسُلفاً في الكشف عن الشذوذ.

العقبات التنظيمية والقانونية

وتشمل عمليات المركبات المستقلة العاملة في الخارج أنظمة معقدة من السلطات البحرية وهيئات الطيران (للمجرمونات) ومنظمي قطاع الطاقة، ولا تزال قواعد الرحلات الجوية بدون طيار خارج خط البصر فوق المياه آخذة في التطور، ولا تزال المسؤولية في حالة الحوادث غير واضحة، ويجب على العديد من المشغلين الحصول على تصاريح خاصة لكل حملة، مما يبطئ من وتيرة النشر.

إدارة البيانات وأمن الفضاء الحاسوبي

وتتطلب الكميات الكبيرة من البيانات التي تنتجها الدراسات الاستقصائية المستقلة تخزيناً متيناً وتجهيزاً ونقلاً، وكثيراً ما تكون النطاق الترددي الخارجي محدوداً، مما يتطلب حوسبة حافة وضغطاً على البيانات، وبالإضافة إلى ذلك، تكون النظم المستقلة عرضة للهجمات الإلكترونية: إذ يمكن للخصوم أن يقطع مدخلات الاستشعار أو يسيطر على مركبة، ويكتسب تأمين سلسلة البيانات بأكملها أولوية متزايدة بالنسبة للصناعة.

التكامل مع العمليات القائمة

ولم يوضع في الاعتبار العديد من المرافق البحرية التي توجد بها مركبات مستقلة، إذ أن نظم الإطلاق والاسترداد الخاصة بمركبات الاتحاد الأفريقي تحتاج إلى حيز سطحي ورافعات ومعدات مناولة، كما أن إدماج البيانات المستمدة من عمليات التفتيش المستقلة في برامج إدارة الأصول القائمة يتطلب أيضا تغييرات في سير العمل، ويجب على المشغلين أن يستثمروا ليس فقط في المركبات بل في دعم الهياكل الأساسية والتدريب.

التوقعات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ومن المرجح أن يشهد العقد المقبل أن المركبات المستقلة أصبحت جزءاً قياسياً من العمليات البحرية، مدفوعاً بعدة اتجاهات تكنولوجية وسياسية.

نظم الأسلحة الصغيرة والمنظومات التعاونية

ويمكن للمركبات المتعددة التي تعمل في أفران منسقة أن تغطي مناطق كبيرة بسرعة وأن تتقاسم البيانات لبناء صورة مركبة، مثلا، يمكن لبقع من المركبات الصغيرة أن تمسح مزرعة رياح بينما تعمل مركبة فيزيتات بحرية كبث اتصالي، وتفتش أبراج التربين فوق خط المياه، وتسمح الخوارزميات الاستخباراتية ذات السلاح السريع للمجموعة بالتكيف مع العقبات أو الإخفاقات الحسية دون وجود رقابة مركزية.

مركبات مهجورة ومتعددة الأطقم

وستصمم المركبات المستقلة في المستقبل لأداء أدوار متعددة: يمكن أن يتحول أحد أفراد بعثة الاتحاد الأفريقي إلى نمط المسح، وطريقة التدخل (الأجهزة المناولة) والعبور البعيد المدى، وستتيح مجموعة الحمولة الموحدة للمشغلين تبادل أجهزة الاستشعار أو الأدوات اللازمة لبعثات محددة، مما يقلل من الحاجة إلى أساطيل متخصصة.

التوائم الرقمية والصيانة القائمة على الشروط

وستُستفاد بيانات التفتيش المستقلة من التواؤم الرقمي - الافتراضي للموجودات البحرية التي تحاكي السلوك في ظروف مختلفة، ومن خلال تحديث التوأم باستمرار، يمكن للمشغلين التنبؤ بموعد فشل العنصر وتحديد مواعيد الصيانة عند الحاجة، بدلا من أن يكون ذلك على جدول زمني ثابت، وهذا التحول إلى الصيانة القائمة على شروط يزيد من تخفيض التكاليف ويحسن الموثوقية.

دال - التقدم في التعلم في مجال التعليم الآي والآفات

ومع تزايد قوة وتدريب نماذج أجهزة الاستخبارات المالية على مجموعات البيانات الخارجية الواسعة، ستزداد مستويات الاستقلال الذاتي، وستؤدي تقنيات التعلم العميق إلى تحسين الاعتراف بالعيوب في بيانات أجهزة الاستشعار المزعجة، وسيمكن التعلم المعزز المركبات من تحقيق أفضل مساراتها في الوقت الحقيقي، كما سيساعد على تمكين المنظمين والمشغلين من اتخاذ قرارات مستقلة.

اعتماد الصناعة الأشمل

وفيما يتجاوز النفط والغاز والرياح، تستخدم مركبات مستقلة للتفتيش على تربية الأحياء المائية في المناطق البحرية، واستكشاف التعدين في البحار البحرية، والعلوم البحرية، ومع تحسن مستوى التكاليف والموثوقية، سيعتمدها مشغلون أصغر حجما، والرؤية الطويلة الأجل هي أصول بحرية مستقلة تماما: منصة يفتشها ويصون ويصلحها حتى أسطول من الروبوتات، ويرصد البشر من مراكز العمليات النائية على الشاطئ.

خاتمة

وقد أثبتت المركبات المستقلة قيمتها بالفعل في مهام التفتيش والصيانة الخارجية، مما أدى إلى تحسينات كبيرة في السلامة والتكاليف ونوعية البيانات، ومن الطائرات التي لا تُبث على الهواء والتي تُربط مباشرة بالهجمات المشتعلة بالمركبات ذاتياً في أعماق البحار التي ترسم خرائط شبكات خطوط الأنابيب، فإن هذه النظم تصبح أدوات لا غنى عنها لقطاعي الطاقة والبحر، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة فيما يتعلق بالبيئة القاسية والأطر التنظيمية، والثقة في مجال الصيانة الذاتية المتعاونة في المستقبلية.