Teadus ja tulevik

TalTechi õppejõud selgitab: millised tehnoloogiad on meretööstuses ja kuidas neid kasutatakse?

Foto: Shutterstock.

Rubriiki toetab

Käesoleva sajandi üheks peamiseks võtmesõnaks on kahtlemata arvutustehnoloogia ja selle areng. Tehnoloogia kõrval tõusevad üha enam rambivalgusse ka meretehnika, laevaehitus ja laevandus, seda eelkõige keskkonnaga seotud probleemide tõttu. 

Tehnoloogiast on saanud meie igapäevaelu lahutamatu osa, mis haarab üha laiemalt kõiki valdkondi. Üks neist sfääridest on muuhulgas ka meretehnika ja laevaehitus. 

Geenius uuris TalTechi õppejõult ja hüdrodünaamika spetsialistilt Mikloš Lakatošilt, kuidas on tehnoloogia ja meri omavahel seotud ning millises suunas on nii Eesti kui kogu muu maailma meretööstus liikumas. 

Meretehnika ja väikelaevaehitus

Meretööstuse suurriigiks saamine eeldab, et meil on piisavalt kompetentsi ehk teisisõnu eksperte, kes valdavad ala ja suudavad Eesti meretööstuse suurtegijana nii-öelda pildile tuua. Võimalust selleks pakub TalTechi meretehnika ja väikelaevaehituse erialal õppimine.

Meretehnika (marine structures) valdkond käsitleb sisuliselt kõike, mis ujub meres või on kinnitatud merepõhja (näiteks tuulikud, nafta- ja gaasiplatvormid, vee all jooksvad kaablid ja torud ning isegi merre rajatud sillad). Teisisõnu on meretehnika inseneeria valdkond, mis seostub suuresti merekeskkonnaga.

Mikloš Lakatoši sõnul teeb mere eriliseks asjaolu, et see on tunduvalt dünaamilisem keskkond kui maismaa. Näiteks tuul ja lainetus – millest lähtuvalt tulevad ka dünaamilised koormused. Lisaks staatilisele koormusele (näiteks konstruktsiooni omaraskus) peab merekonstruktsioonide projekteerimisel arvestama ka hüdrodünaamiliste koormustega, mis tulenevad lainetest ja vedeliku liikumisest konstruktsiooni ümber. 

Need looduslikud koormused on oma olemuselt stohhastilised ja keskkonnast sõltuvad. Samuti tuleb merekeskkonnas arvestada ka näiteks jääkoormusega, mis on Läänemere kontekstis tavapärane.

Väikelaevaehitus, nagu nimigi ütleb, keskendub peamiselt väikelaevade (jahid, patrull- ja päästealused, lõbusõidupaadid, lootsilaevad) ehitusele. Väikelaev on kuni 24-meetrine (teatud reeglites 30 meetrit) alus. 

Väikelaevaehitus ei ole väikeste puidust paatide käsitsi meisterdamine, vaid see hõlmab keerukat tehnoloogiat kasutavate metall- või komposiitaluste tundma õppimist ja ehitust. 

Laeva disainimine on tehnoloogilisem, kui arvata oskad

“Meretehnikast ja laevaehitusest on keerulisem ainult raketiehitus. Seda eelkõige sellepärast, et avamerest ja selle põhjast vaenulikum keskkond on ainult kosmos,” rääkis Lakatoš. 

Lakatoši sõnul rakendatakse ka meretehnikas ja väikelaevaehituses tipptasemel tehnoloogiat (state of the art technology). “Kõigepealt võiks välja tuua selle, et tänapäeva meretehnikas ja laevaehituses kasutatakse simulatsiooni- ja arvutustehnoloogiat. Sisuliselt hõlmab see eeskätt simulatsiooni tarkvara ja väga võimekaid arvuteid, mis on andnud meile väga palju uusi võimalusi. Peamiseks põhjuseks oli just viimase 10–15 aastaga toimunud arvutustehnoloogia areng ja seda suuresti hinna efektiivsuse poolest,” selgitas Lakatoš.

“Võimeka arvuti eest, mis maksab täna ca 4000–5000 eurot, pidi toona välja käima kuskil 15 000,” lisas ta. 

Simulatsiooni- ja arvutustehnoloogiast rääkides saame sisse tuua ka lõplike elementide ja mahtude meetodid. Esimeses detaili (olgu selleks teraskonstruktsioon või laevakere) disainimisel jagatakse see teatud arvuga numbrilisteks elementideks, mille järgi arvutatakse detaili tugevust või väsimust. Lõplike mahtude meetodit kasutatakse näiteks laeva hüdrodünaamiliste omaduste arvutamiseks, kus jagatakse seda ümbritsevat ruumi teatud arvuks mahtudeks (nii-öelda rakkudeks).

Miks on antud valdkonnas kasutusele võetud tipptasemel tehnoloogia?

Laevaehituse protsessi kuulub ka aluse testimine basseinis. Spetsiaalselt laevade testimiseks mõeldud basseine on aga võrdlemisi vähe, Euroopas on neid umbes 22. Ent kommertstegevus on koondunud 5-10 basseini ning järjekorrad seal testimiseks pikad. Lisaks on see küllaltki kulukas – üks mudelkatse maksab ligi 20 000 kuni 35 000 eurot.

“Juba varakult on vaja teada ehituses oleva laeva disaini omadusi, et mudelkatsed oleksid edukad ja et basseinis oleks katsetatud võimalikult optimeeritud kere kuju. Seepärast võetigi kasutusele simulatsioonitehnoloogia, mis võimaldab enne mudelkatsele minekut läbi simuleerida võimalikult palju erinevaid kere vorme ning veenduda et basseinis katsetatud disainid on võimalikult lähedal optimaalsele lahendusele.” sõnas Lakatoš.

“Disainifaasis tulevadki mängu pigem simuleerimis-analüüsiprogrammid, mida nimetatakse raal-tehnoanalüüsiks (Computer-aided engineering). See tähendab, et me simuleerime ja arvutame arvutis, kas disain on piisavalt tugev ja kindel, kui palju võimsust peab olema laeva peamasinal, et ta saavutaks teatud kiiruse jne,” lisas Lakatoš.

“Tehnoloogia on arenenud niivõrd kaugele, et meie kasutatavad mudelid on väga lähedal nendele tulemustele, mis saavutatakse mudelkatsete abil.”

Kuidas on lood tootmisega?

Laeva disainimisele järgneb tootmisprotsess ja ka seal kasutatakse Mikloš Lakatoši sõnul suuresti kõrgtehnoloogiat. “Näiteks on kasutusel CNC-pingid, kus freesitakse, lõigatakse ja valmistatakse laeva erinevaid detaile ja osi.” 

Disain ja tootmine on omavahel tihedalt põimunud. Näiteks kasutatakse arvutipõhist tootmisprogrammi (raaltootmine ehk computer-aided manufacturing), millega programeeritakse CNC-pingid välja lõikama vorme komposiidi lamineerimiseks.

Samuti saame rääkida komposiitmaterjalidest. Kõige uuenduslikumad materjalid on süsinikkiud ja kihtpaneelid, mis on laevaehituses järk-järgult üha laialdasemalt kasutusele võetud, et laev oleks võimalikult kerge ja samas tugev. 

Kuidas automatiseerimine meretööstust mõjutab?

Palju on räägitud tööstuse automatiseerimisest ja sellega kaasnevatest kasuteguritest. Täpselt nagu autotööstuses, on automatiseerimisel oluline roll ka meretööstuses. 

“See võib olla näiteks disainiprotsessi parandamine ehk elimineerida “manuaalne” töö ja selle asemel kirjutada skript, mis teeb automaatselt sinu eest pool tööd ära. Loomulikult automatiseeritakse ka tootmist, et võimalikult palju laevadetaile saaks teha kiiresti ja tõhusalt valmis, näiteks metallilõikuspingid ja keevitusrobotid,” selgitas Lakatoš.

Pidevalt areneb ka laevasüsteemide automatiseerimine – käitlemis- ja opereerimissüsteemid. “Hea võrdluse saab tuua selle kaudu, milline oli laevameeskond 100 aastat tagasi. Siis oli väga palju erinevaid hüdraulilisi süsteeme, mille juhtimiseks oli vaja eraldi isikuid. Tänaseks päevaks on teaduse areng võimaldanud välja töötada automaatsed juhtpaneelid, tänu millele on suudetud vähendada kaasaegse kaubalaeva meeskonna 20 kuni 25 inimese peale.”

Meretööstuses on kasutusele võetud ka eriprogrammid, mis arvutavad välja optimaalse teekonna, võttes sealjuures arvesse ilmastikuolusid ja muid olulisi elemente ning andes sealjuures laevajuhile soovitusi, kuidas hoida enim kütust kokku.

Lakatoši sõnul jõuamegi lõpuks autonoomsete ehk isejuhtivate laevadeni. Siiski toob ta välja, et isejuhtiv laev on alles lapsekingades ja pigem tulevikuteema. “Kaug- ja isejuhtivaid laevu on tõepoolest juba katsetatud, kuid näiteks Läänemerel me lähiaastatel veel autonoomset alust ei näe. 

Autonoomsete laevadega on seotud samad väljakutsed kui autonoomsete autodega: ümbritseva keskkonna tajumine ja selles toimuva ennetamine. Pealegi juhtub laevade liikumises kõik väga aeglaselt, eeskätt just suure inertsi tõttu ning laeva ei saa peatada nagu autot.

Kuna laevadega seotud riskid on väga suured, on laevaehitus üks konservatiivsemaid tööstusharusid üldse. See tähendab, et innovatsioon toimub seal võrdlemisi aeglaselt. Seega võib eeldada, et autonoomsed laevad jõuavad merele alles pärast seda, kui maismaal liikuvate autonoomsete sõidukite tehnoloogia on piisavalt küps ehk täielikult välja kujunenud ” lisas ta.

Õpi mere kohta rohkem

Kui sind tõmbab mere ja tehnoloogia poole, siis õppimisvõimalust pakub selleks TalTechi meretehnika ja väikelaevaehituse eriala. Meretehnika ja väikelaevaehituse õppes saad põhjalikud teadmised väikelaevade ehitusest ning merel ja rannikul kasutatavatest elektroonikaseadmetest.

Samuti omandad teadmised väikelaevade disainist, konstruktsioonidest ja ehitusmaterjalidest. Õpid kasutama projekteerimistarkvara ja 3D-modelleerimist, mis annab vabaduse luua väga erinevaid tooteid. Lisaks õpid hüdrostaatikat ja -dünaamikat ehk seda, mis määrab aluse merekõlbulikkuse ja sõiduomadused. 

Teooria saavad tudengid panna praktikas proovile väikelaevaehituse kompetentsikeskuse mudelkatsebasseinis.Meretehnika ja väikelaevaehituse erialale saab avaldusi saab esitada infosüsteemis SAIS kuni 6. juulini.

Selles rubriigis vahendame maailma teadusuudiseid, tulevikuvaateid ning oma kõige põnevamaid tegemisi.

Populaarsed lood mujal Geeniuses

Ära jää ilma päeva põnevamatest lugudest

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate olulisematest Geeniuse teemadest.