Design Research on Cargo Loading and Unloading for Unmanned Surface Vessels

Abstract

Skipsteknologiens pågående utvikling mot å bli mer autonom har medført økt global oppmerksomhet, og en bredere innføring innen maritim transport. Den voksende interessen for Unmanned Surface Vehicles (USV) og mulighetene de medfører, spesielt innen godstransport, er svært interessant. Maritim transport av varer har lenge vært viktig både på globalt og lokalt nivå, og automatiseringen av denne prosessen vil sannsynligvis medføre betydelige fordeler, både med tanke på kostnad og med tanke på sikkerhet. Oppgaven har som formål å avdekke potensialet, utfordringene, og begrensningene som kommer med autonome systemer for av- og pålessing av USVer. Med utgangspunkt i dette går oppgaven i dybden på utviklingen av et såpass betydelig framskritt innen maritim logistikk. For å besvare spørsmålene og utfordringene som dukker opp i forbindelse med denne utviklingen, tar studien i bruk metoder som prototyping, deltakerdesign, og samarbeidsdesignmetoder. Dette inkluderer også analyse av aktuelle relevante USV-teknologier, etterfulgt av konseptualisering og design av det autonome systemet. I tillegg innlemmes tilbakemeldinger fra interessenter for å sikre at systemet som utvikles er anvendelig i maritim sektor. Studien undersøker og sammenligner også eksisterende teknologier innen autonom av- og pålessing for å forstå de siste framskrittene gjort innen marin automasjon, og for å hente inspirasjon til det autonome systemet. Funnene som blir framlagt inkluderer innsikt i modulariteten og fleksibiliteten til laste- og avlastingssytemet, graden av autonomi som kreves, hensynet til bærekraft og effektivitet, og mulige forretnings- og brukertilfeller for systemet. De inkluderer i tillegg tekniske og operasjonelle hensyn for autonome kraner og automatiserte kjøretøy, som gir spesifikk innsikt i disse løsningene. Studien bidrar til fagfeltet ved å gi en detaljert utforskning av utfordringene og mulighetene ved å designe autonome av- og pålessingssystemer av varer for USV-er, med vekt på potensielle brukertilfeller og et rammeverk for løsningen. Forskningen understreker viktigheten av kontinuerlig innovasjon og brukersentrert design i utviklingen av autonome maritime transportsystemer. Funnene indikerer at det er en interesse for systemet blant interessenter innen fagfeltet, og foreslår retninger for fremtidig forskning og utvikling. Det blir også foreslått at ytterligere praktisk testing er nødvendig for å evaluere gjennomførbarheten av hver mulig løsning.

As autonomous ship technology advances it receives increased global attention and finding wider adoptions into maritime transportation. The growing interest in Unmanned Surface Vehicles (USVs) and the possibilities they offer for various applications is intriguing, especially in areas such as cargo transportation. Maritime transportation of goods is pivotal both globally and in local communities and the automation of this process could come with substantial advancements, not only in terms of cost savings but also in ensuring safety. Aiming to uncover the potential, barriers, and limitations of an autonomous loading and unloading system for USVS, this thesis investigates the development of such a significant advancement in maritime logistics. To answer this, the study employs prototyping, participatory design, and co-design methodologies. Including analysis of current relevant USV technologies, followed by the conceptualization and design of the autonomous system. In addition, incorporate feedback from stakeholders to ensure that the system developed is applicable in the maritime sector. The study also benchmarks existing technologies in autonomous loading and unloading to understand the current state of the art and to derive inspiration for the proposed system. Findings include insights into the modularity and flexibility of the loading and unloading system, the degree of autonomy required, sustainability and efficiency considerations, and the potential business and user cases for the system. Additionally, technical and operational considerations for autonomous cranes and automated cargo vehicles, providing specific insights into these solutions. The study contributes to the field by providing a detailed exploration of the challenges and opportunities in designing autonomous cargo handling systems for USVs, highlighting the potential user cases and a framework for the solution. The research underlines the importance of continuous innovation and user-centered design in the development of autonomous maritime transportation systems. The findings indicate that there is an interest among stakeholders and suggest directions for future research and development. Suggesting that additional practical testing is needed to evaluate the feasibility of each specific solution.