דיוק של סנטימטרים, משקל של 40,000 טונות – כך טכנולוגיית GNSS מאפשרת את הבלתי אפשרי
כיצד מעבירים מבנה ימי עצום, במשקל של יותר מ־40,000 טונות, דרך מעבר שבו המרווח לצדדים הוא 120 סנטימטרים בלבד? במספנת NEPTUN שבגרמניה מצאו פתרון לאתגר ההנדסי המורכב באמצעות טכנולוגיית GNSS מתקדמת של Leica Geosystems, המאפשרת מדידת מיקום מדויקת, מעקב אחר תנועה בזמן אמת וחיזוי תנועות צפויות.
האתגר: העברת מבנים עצומים בדיוק של סנטימטרים
מספנת NEPTUN, המשתייכת לקבוצת MEYER שמרכזה בפפנבורג שבצפון גרמניה, מתמחה בבניית יחידות חדר מכונות צפות (Floating Engine Room Units – FERUs), המשמשות כתחנות הכוח של אוניות נוסעים ענקיות.
בניגוד לשיטות מסורתיות לבניית אוניות, יחידות אלו אינן נבנות במבדוקים יבשים, אלא באולמות ייצור הממוקמים מעל מפלס המים.
כדי להתגבר על הפרש גבהים של 2 מטרים בין אולמות הייצור למפלס המים, פיתחה המספנה מערכת הנמכה צפה מיוחדת, המאפשרת להעביר את היחידות העצומות אל המים בצורה מבוקרת.
אלא שתהליך ההעברה מציב אתגר משמעותי: כיצד ניתן להזיז מבנה במשקל עשרות אלפי טונות, למקם אותו בדיוק של סנטימטרים בודדים ולהוציא אותו בבטחה דרך מעבר צר במיוחד?
הפתרון שנבחר מבוסס על טכנולוגיית GNSS של Leica Geosystems, המשלבת מדידות מדויקות, נתוני מיקום בזמן אמת וחיזוי תנועה.
מערכת הנמכה צפה בממדים יוצאי דופן
מערכת ההנמכה שפיתחה המספנה היא למעשה מבדוק צף הניתן לשינוע, המורכב מפונטון מבטון מזוין וממבנים עיליים נוספים.
ממדיו של הפונטון מרשימים במיוחד:
אורך: 150 מטרים
רוחב: 55 מטרים
גובה: 7.5 מטרים
בתוך הפונטון מותקנים מכלי מים, המאפשרים לשלוט בציפתו ובשקיעתו באמצעות מילוי וריקון מבוקרים.
במהלך תהליך העגינה, יחידות ה־FERU מקובעות באמצעות כננות וכבלי פלדה. מערכת ההנמכה כוללת חדר בקרה ייעודי הממוקם במגדל הקדמי בצד ימין של המערכת, וממנו מתבצעים הניטור והשליטה במערכות השונות.
כאשר יחידת FERU מוכנה להעברה, היא מורמת תחילה בתוך אולם הייצור באמצעות מערכת הידראולית.
לאחר מכן היא מועברת בהחלקה לאורך מסלול יבשתי המצופה בסיליקון, עד לרציף שבו ממתינה מערכת ההנמכה הצפה.
לאחר הצבת היחידה על מערכת ההנמכה, גוררות מושכות את המבנה העצום, שמשקלו בשלב זה עולה על 40,000 טונות, אל מעל בור עגינה בעומק של 16 מטרים.
בשלב זה נדרשת הצבה מדויקת במיוחד של מערכת ההנמכה, ברמת דיוק של סנטימטרים בודדים.
לאחר מיקומה, המערכת מקובעת באופן המאפשר לה לנוע בכיוון האנכי בלבד, ללא תנועה אופקית.
בהמשך מוזרמים מים אל המכלים, ומערכת ההנמכה שוקעת בהדרגה.
בסיום התהליך נותרים רק 2 מטרים מעל פני המים מתוך המבנים העיליים שגובהם 18 מטרים.
כאשר מפלס המים מעל סיפון המערכת מגיע לגובה הנדרש, מקבלים קברניטי הגוררות אישור להתחיל בהוצאת יחידת ה־FERU. היחידה נקשרת בחרטום ובירכתיים לצורך התמרון.
מרווח של 120 סנטימטרים בלבד – ללא מקום לטעויות
אחד האתגרים המשמעותיים ביותר בתהליך הוא המרווח המצומצם שבין יחידת ה־FERU לבין המבנים העיליים של מערכת ההנמכה.
המרווח המרבי עומד על 120 סנטימטרים בלבד.
בשל ממדיו העצומים של המבנה, קברניטי הגוררות והנתב הנמצא על גבי יחידת ה־FERU מתקשים להעריך באופן חזותי את מיקום היחידה ביחס לצדי מערכת ההנמכה.
הקברניט הממוקם בירכתיים רואה מולו בעיקר קיר מתכת אפור ועצום, המסתיר את סביבת התמרון.
במצב כזה, הקברניטים נדרשים להסתמך על הנחיותיו של הנתב ועל מידע מדויק לגבי מיקומה ותנועתה של היחידה.
כל סטייה בלתי מבוקרת עלולה לגרום להתנגשות במבנים העיליים ולנזק משמעותי הן ליחידת ה־FERU והן למערכת ההנמכה.
לכן, נדרש פתרון שיאפשר לקבוע את המיקום המדויק בכל רגע, לעקוב אחר תנועת המבנה ולחזות את מסלולו.
הפתרון: טכנולוגיית GNSS של Leica Geosystems
כדי להתמודד עם האתגר, החלה מספנת NEPTUN להשתמש במערכת מדידה מבוססת GNSS של Leica Geosystems בכל שלבי ההעברה וההנמכה.
על המבנים העיליים של מערכת ההנמכה הותקנו אנטנות GNSS רב־תדריות, באזורי החרטום והירכתיים בצד ימין.
בחדר הבקרה הותקן מקלט GNSS דו־ערוצי מסוג Leica iCG80.
המערכת פותחה במקור עבור ציוד מכני הנדסי כבד המשמש בפרויקטים של הנדסה אזרחית, והיא מאפשרת לקבוע מיקום מדויק ולחזות תנועות אפשריות של המערכת.
לצורך קביעת מיקומן היחסי של האנטנות ביחס למערכת ההנמכה, בוצעה מדידה טכימטרית חד־פעמית באמצעות טוטאל סטיישן Leica Nova TS60.
בנוסף, באחד מאולמות המספנה הותקן מקלט GNSS מדויק מסוג Leica Viva GS10, בנקודה מוגנת יחסית מתנאי הסביבה.
המקלט משמש כתחנת ייחוס קבועה שמיקומה נמדד במדויק, ומאפשר לספק נתוני מיקום מדויקים למערכת.
שילוב המכשירים יצר מערך מדידה המאפשר לעקוב אחר מיקומם ותנועתם של המבנים העצומים במהלך שלבי העבודה.
הפרויקט הראשון: העברת יחידת FERU 1396
יחידת FERU 1396 הייתה יחידת תחנת הכוח הראשונה שהוצאה ממערכת ההנמכה באמצעות פתרון המדידה החדש.
היחידה יועדה לשמש כרכיב מרכזי באחת מאוניות הקרוז החדשות של חברת הקרוזים הגדולה בעולם.
בשלב הראשון הותקנו שני מקלטי GNSS מסוג Leica iCG80 בנקודות שנמדדו מראש על מערכת ההנמכה, והופעל המקלט שבחדר הבקרה.
באמצעות המערכת ניתן היה להעביר את יחידת ה־FERU מאולם הייצור אל מיקום מדויק על מערכת ההנמכה.
לקראת שלב הוצאת היחידה אל המים, הועברו שתי האנטנות והותקנו על גבי יחידת ה־FERU עצמה.
כך ניתן היה להמשיך לעקוב אחר מיקומה ותנועתה של היחידה במהלך התמרון המורכב.
נתוני מיקום בזמן אמת וחיזוי תנועה
תוכנת הבקרה המופעלת מחדר הבקרה משלבת נתוני GNSS עם מפות יבשתיות וימיות.
המערכת מספקת לכל הגורמים המשתתפים בתהליך נתוני מיקום בזמן אמת, לצד תחזיות לתנועות הצפויות של מערכת ההנמכה ושל יחידת ה־FERU.
הנתבים וקברניטי הגוררות משתמשים בטאבלטי שטח מסוג Leica CS35, המאפשרים להם לקבל את המידע הדרוש ישירות במהלך העבודה.
על גבי המסכים מוצגים נתוני המיקום, תחזיות התנועה והנחיות לתיקוני היגוי הנדרשים ימינה או שמאלה.
מידע זה מאפשר לצוותים להגיב במהירות לשינויים בתנועת המבנה, לבצע תיקוני מסלול מדויקים ולהפחית את הסיכון להתנגשויות.
היתרון המרכזי הוא היכולת לקבל החלטות על בסיס נתוני מדידה עדכניים, במקום להסתמך על הערכות חזותיות בלבד.
מבצע מורכב שהושלם בתוך 10 דקות בלבד
הוצאת יחידת FERU 1396 ממערכת ההנמכה, דרך המעבר הצר שבין המבנים העיליים, נמשכה 10 דקות בלבד.
מדובר בהישג משמעותי במיוחד בהתחשב בממדי המבנה ובתנאי מזג האוויר ששררו באותו יום.
במהלך הפעולה נשבו רוחות בעוצמה 6 בסולם בופור.
בשל ממדיה העצומים של יחידת ה־FERU, שטח הפנים הגדול שלה חשוף לכוחות רוח משמעותיים, העלולים להשפיע על תנועתה ולהקשות על השליטה בה.
ללא מערכת המדידה והבקרה החדשה, לא ניתן היה לבצע את תהליך ההוצאה בבטחה בפרק זמן קצר כל כך בתנאים אלה.
השילוב בין מדידות GNSS מדויקות, נתוני מיקום בזמן אמת וחיזוי תנועה אפשר לצוותים להשלים את הפעולה בצורה מבוקרת ובטוחה.
מדוע נבחר הפתרון של Leica Geosystems?
קבוצת MEYER משתמשת בפתרונות המדידה של Leica Geosystems כבר שנים רבות.
במהלך שלב התכנון נבחנו מערכות GNSS של מספר יצרנים, במטרה לבחור פתרון שיעמוד בדרישות המדידה ובתנאי העבודה המורכבים של המספנה.
הקריטריונים המרכזיים לבחירת המערכת היו:
דיוק מיקום של 2–3 סנטימטרים, גם כאשר המשטח שעליו מותקנת המערכת נמצא בתנועה.
עמידות בפני תנאי סביבה קשים, לרבות שינויי טמפרטורה וחשיפה למי מלח.
העברת נתונים אלחוטית ללא צורך בתקשורת רדיו ייעודית.
צוות המדידות של המספנה, בראשות ראלף צימרמן (Ralph Zimmermann), בחר בפתרון של Leica Geosystems.
מקלטי ה־GNSS מדגם iCG80 תוכננו לעמוד בתנאי העבודה הקשים המאפיינים אתרי בנייה ותשתיות.
הם מיועדים לפעול בטווח טמפרטורות של 20°C- עד 40°C+, ועמידים בפני התזות מים.
מאפיינים אלה הפכו אותם למתאימים במיוחד לסביבה הימית ולדרישות התפעוליות של מספנת NEPTUN.
שיתוף פעולה מקצועי שהוביל להצלחה
לארס וגנר (Lars Wegener) וקווין שמל (Kevin Schemmel), חברי צוות המדידות במספנת NEPTUN, סיכמו את הפעולה:
"העברת יחידה 1396 התבצעה בהצלחה."
ראלף צימרמן הוסיף:
"בעזרת הטכנולוגיה הזו הצלחנו, פשוטו כמשמעו, להניע דברים גדולים.
אפשר היה לראות בבירור שאנחנו מיישמים את המוטו של קבוצת MEYER – 'חזקים יותר ביחד'.
זאת משום שבנוסף לעובדים משתי המספנות, השתתפו בתהליך מומחים רבים מתחומים שונים, ובהם מומחים לטכנולוגיית מפות ימיות, לניווט חופי מסורתי ולשיטות גרירה באמצעות גוררות."
הפרויקט הדגים כיצד שילוב בין טכנולוגיות מדידה מתקדמות, ידע הנדסי וניסיון מקצועי מתחומים שונים מאפשר להתמודד עם אתגרים לוגיסטיים מורכבים במיוחד.
מהירות, גמישות ובטיחות – יתרונות משמעותיים לתעשייה
הטמעת מערכת המדידה החדשה מעניקה לקבוצת MEYER יתרונות משמעותיים, הן בפעילות השוטפת והן בפרויקטים עתידיים.
ראשית, תהליך ההעברה וההוצאה של יחידות ה־FERU הפך לבטוח יותר בזכות המידע המדויק שמספקת המערכת.
נתוני המיקום בזמן אמת, תחזיות התנועה וחישובי תיקוני ההיגוי מסייעים לצוותים למנוע התנגשויות ולצמצם את הסיכון לנזק לציוד ולמבנים.
בנוסף, המערכת מאפשרת להעביר ולהוציא ממערכת ההנמכה גם מבנים החורגים מעבר לקצות החרטום והירכתיים שלה.
יכולת זו מעניקה למספנה גמישות תפעולית רבה יותר ומרחיבה את מגוון המבנים שניתן לטפל בהם באמצעות המערכת.
מהירות העבודה, הדיוק והאמינות, גם בתנאי מזג אוויר מאתגרים, תואמים את צורכי הייצור של קבוצת MEYER.
במועד פרסום המאמר המקורי, הקבוצה תכננה להתחיל בשנת 2019 בבניית שלוש אוניות קרוז בפפנבורג שבגרמניה, ובהמשך לייצר שתי אוניות בשנה בטורקו שבפינלנד.
כשדיוק של סנטימטרים עושה את ההבדל
הפרויקט במספנת NEPTUN ממחיש את החשיבות של טכנולוגיות מדידה מתקדמות גם בפרויקטים שבהם מעורבים מבנים במשקל עשרות אלפי טונות.
באמצעות שילוב של מקלטי GNSS, טוטאל סטיישן מדויק, תוכנות בקרה וטאבלטי שטח, הצליחו צוותי המספנה לבצע פעולה הנדסית מורכבת תוך שמירה על דיוק, שליטה ובטיחות.
זהו מקרה בוחן הממחיש כיצד טכנולוגיות המדידה של Leica Geosystems יכולות לסייע בפתרון אתגרים הנדסיים מורכבים, לייעל תהליכי עבודה ולאפשר ביצוע פעולות שבעבר היו כרוכות במגבלות תפעוליות משמעותיות.