THỤY SĨ – Các đơn vị vận chuyển hàng hóa đường biển đang đối mặt với áp lực ngày càng lớn trong việc giám sát và lưu trữ dữ liệu khí thải một cách liên tục nhằm tuân thủ các quy định về môi trường. Hệ thống giám sát khí thải liên tục (CEMS – continuous emissions monitoring systems) đóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ này, giúp đo lường nồng độ chất gây ô nhiễm trước và sau khi xử lý khí thải để xác nhận mức độ tuân thủ, đồng thời đánh giá hiệu quả của hệ thống lọc khí thải (scrubber). Tuy nhiên, khi các hệ thống phân tích này gặp sự cố, các doanh nghiệp vận chuyển thường đối mặt với tình trạng gián đoạn dữ liệu. Điều này không chỉ gây ra rủi ro về mặt pháp lý, tăng khối lượng công việc hành chính mà còn khiến doanh nghiệp có nguy cơ bị xử phạt. Vấn đề này càng trở nên nan giải khi tàu đang đi trên biển, khả năng tiếp cận đội ngũ kỹ thuật chuyên môn để sửa chữa phần cứng CEMS là rất hạn chế.

Để giải quyết vấn đề này, tập đoàn Endress and Hauser đã phát triển một giải pháp dựa trên phần mềm, giúp duy trì tính liên tục của việc giám sát khí thải mà không phụ thuộc vào các cảm biến vật lý. Hệ thống giám sát khí thải dự báo hàng hải (MARpems – maritime predictive emissions monitoring system) ứng dụng công nghệ kỹ thuật số song sinh (digital twin) (1) và học máy (machine learning) (2) để tạo ra một phương án dự phòng đáng tin cậy khi thiết bị phân tích gặp sự cố, cho phép các doanh nghiệp duy trì việc tuân thủ quy định ngay cả khi không có thiết bị đo trực tiếp.
(1) Digital twin: là một bản sao kỹ thuật số mô phỏng chính xác một thực thể vật lý trong thế giới thực, chẳng hạn như một chiếc máy bơm, một động cơ tàu thủy, hay thậm chí là cả một nhà máy.
(2) Machine learning: là một lĩnh vực thuộc công nghệ trí tuệ nhân tạo, tập trung vào việc xây dựng các hệ thống máy tính có khả năng tự học hỏi và cải thiện hiệu suất dựa trên dữ liệu, thay vì phải được lập trình một cách chi tiết cho từng nhiệm vụ cụ thể.

Hệ thống được phát triển dựa trên các kỹ thuật mô hình hóa dữ liệu, với các thuật toán học máy được huấn luyện từ dữ liệu vận hành thực tế của tàu, bao gồm: hiệu suất động cơ, mức tiêu thụ nhiên liệu và đặc tính vận hành của bộ lọc khí thải. Các mô hình này thiết lập một bản kỹ thuật số song sinh của hệ thống giám sát khí thải trên tàu, mô phỏng chính xác các hành vi chức năng trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau. Bằng cách thiết lập mối tương quan giữa các biến quá trình sẵn có với kết quả khí thải dự kiến, phần mềm có thể ước tính nồng độ chất ô nhiễm và trạng thái tuân thủ khi các phép đo trực tiếp bị gián đoạn, từ đó giảm sự phụ thuộc vào các thiết bị cảm biến dự phòng cồng kềnh.

Trong hệ sinh thái các giải pháp kỹ thuật số và phần mềm chuyên dụng Maritime Suite của tập đoàn Endress and Hauser, MARpems được thiết kế và triển khai dưới dạng giải pháp tại chỗ (on-premise) (*), đảm bảo dữ liệu vận hành và tuân thủ luôn nằm trong môi trường công nghệ thông tin nội bộ của doanh nghiệp vận hành tàu. Phần mềm này tích hợp trực tiếp với hệ thống tàu và hạ tầng CEMS hiện có để truy cập các dòng dữ liệu quy trình theo thời gian thực. Khi phát hiện lỗi cảm biến hoặc thiết bị phân tích, hệ thống sẽ tự động chuyển sang chế độ dự báo, tạo ra dữ liệu khí thải đã được xác thực dựa trên các điều kiện vận hành hiện hành. Giải pháp này đã nhận được phê duyệt bởi các cơ quan quản lý của nhiều quốc gia có đội tàu lớn như CHLB Đức, Malta và Liberia, cho phép sử dụng như một phương án thay thế hợp lệ trong các giai đoạn thiết bị gặp sự cố.
(*) On-premise (hay on-prem): là thuật ngữ dùng để chỉ mô hình cài đặt phần mềm hoặc hệ thống máy tính trực tiếp trên các thiết bị và máy chủ tại chỗ, tức là nằm ngay trong văn phòng hoặc cơ sở của tổ chức, thay vì thuê dịch vụ từ xa qua đám mây (cloud).

Trong quá trình vận hành, hệ thống MARpems không chỉ giảm thiểu rủi ro tức thời từ các lỗi hệ thống giám sát mà còn mang lại những lợi ích vận hành sâu rộng hơn. Việc giám sát liên tục hiệu suất của bộ lọc khí thải và hệ thống xử lý khí thải giúp tăng cường tính minh bạch và hỗ trợ đưa ra quyết định chính xác hơn. Các thông tin dự báo cho phép triển khai chiến lược bảo trì dựa trên tình trạng thực tế, giúp giảm các đợt bảo dưỡng không cần thiết và tối ưu hóa chi phí vận hành. Khả năng duy trì hồ sơ khí thải không gián đoạn cũng giúp đơn giản hóa công việc báo cáo và giảm bớt công việc hành chính cho thủy thủ đoàn.

Bà Fabienne Jäckle, Trưởng nhóm quản lý sản phẩm kỹ thuật số tại tập đoàn Endress and Hauser SICK, chia sẻ: “Đây không chỉ đơn thuần là một hệ thống dự phòng khẩn cấp, nó còn là một công cụ chiến lược để nâng cao hiệu suất và năng lực cạnh tranh trong ngành hàng hải”.

Đối với các kỹ sư điện tử và thiết bị đo lường, giải pháp này phản ánh một sự chuyển dịch lớn hướng tới kiến trúc đo lường hỗn hợp (hybrid), nơi các cảm biến bằng phần mềm và mô hình hóa dữ liệu đóng vai trò bổ trợ cho phần cứng truyền thống. Thay vì chỉ dựa vào các thiết bị vật lý dự phòng, công nghệ kỹ thuật số song sinh và học máy đang mở ra tiềm năng để phát triển khả năng phục hồi của hệ thống, đặc biệt ở các khu vực khắc nghiệt như vận tải biển.

Để xem các tin bài khác về “Kỹ thuật số song sinh”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online