Maintenance Management and Energy management for Unmanned 

Shipping

Harald Rødseth, Master of ScienceMARINTEK

Harald.Rodseth@marintek.sintef.no

Gudmundur Freyr AtlasonMARORKA

Gudmundur.Atlason@marorka.com

http://www.unmanned‐ship.org 

Background

Operation of a ship without personnel on board requires a new maintenance management concept. There exist both hazards and critical functions related to main engine. How serious is poor maintenance?

A structured approach has been developed in order to develop the maintenance concept:

2

Step 1:Requirements 

Step 2: System 

selection and definition

Step 3: Analysis of existing 

concept  (AS‐IS)

Step 4: Identify gap

Step 5: Develop new 

concept  (TO‐BE)

Step 6:Evaluate concept

IDEA:Unmanned shipping Maintenance 

concept

Source: Rødseth & Mo (2014): Maintenance Management for Unmanned Shipping, COMPIT

Hypothesis

From a reliability perspective, Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis (FMECA) has been performed with 6 steps. 

Technical issues such as carry water overflow and leakage through piston rings has been identified as critical events.

Measures have been proposed in order to accept the concept for the design stage.

3

Decision logic

Colour code Decision

Not acceptable – risk reducing measures required.

Acceptable – implement risk reducing measures if "reasonably practical".

Acceptable – No further measures are considered necessary

4

Step 4: Critical issuesHypothesis Measures for reducing RPN RPN

Hypothesis no. 1 – Line 2 in FMECA:The MIS ensures that the ship is operational available at an intercontinental voyage for 500 hours without physical intervention with respect to leaking through piston rings.

1. Piston Ring analysis2. Early Warning Indicators & 

KPIs

9

Hypothesis no. 2 – Line 3 in FMECA:The MIS ensures that the ship is operational available at an intercontinental voyage for 500 hours without physical intervention with respect to carry water overflow.

1. Piston Ring analysis2. Early Warning Indicators & 

KPIs3. New maintenance 

programme4. Redesign of engine room

12

Hypothesis no. 3 – Line 5 in FMECA:The MIS ensures that the ship is operational available at an intercontinental voyage for 500 hours without physical intervention with respect to lubrication impurities of crank shaft.

1. Oil analysis for diagnosing and prognosis

12

5

Energy efficient engine room

Very dependent on a effective maintenance system.

Reliable monitoring of key engine parameters to compare to operational  benchmarks.

Use algorithms and models with real time data to monitor and identify best practices.

Optimal operational procedures followed under normal conditions.

6

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

TCI

93 %

Availability

92 %

Maint. costs

200 000 $ / vessel

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms for the fleet

Fleet number: 24

Fleet & Map

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

TCI

93 %

Availability

92 %

Maint. costs

200 000 $ / vessel

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms for the fleet

Fleet number: 24

Fleet & Map Ship name: M/S MUNIN

Ship name : M/S Munin

Status :”Carry water overflow”

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

233

ActiveEARLY 

WARNINGM/S 

Munin10.12.2013  11:20:00

High exhaust gas 

temperature N/AEARLY WARNING

EWI=60% N/A

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod Maintenance 

overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms and Early Warnings

Maintenance Notification

Graphs & Figures Status

Alarm Code 239: Carry Water Overflow

Contact supplier

Contact operation

Submit work order

Sign out

Operational decisions:Sevice speed: 16 knot? with 90 % loadActual speed: 15,5 knot? with x 85 % load

What is the status?Carry water overflow (High probability)Damage of cylinder (Medium probability)

Why?Condensed water pass with scavenging air and water droplets destroys the cylinder oil film by microexploitions

Which failure mecanisms are involved?Scuffing

How do you know?Measurement of humidity and engine room temperature, air pressure at engine roomMeasurement of cylinder liner temerpature

Maintenance historyStatistics of the problemWhat have we learned so far about this problem?

Root Cause Analysis

Cylinder liner

Shaft

Piston

Ship name: M/S MUNIN

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

233

ActiveEARLY 

WARNINGM/S 

Munin10.12.2013  11:20:00

High exhaust gas 

temperature N/AEARLY WARNING

EWI=60% N/A

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod Maintenance 

overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms and Early Warnings

Maintenance Notification

Graphs & Figures Status

Early warning code 233: Piston condition

Contact supplier

Contact operation

Submit work order

Sign out

Analysis object: Blow-by in combustion chamber

Cylinder liner

Shaft

Piston

399,9

400

400,1

400,2

400,3

400,4

400,5

400,6

400,7

400,8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Cylinder1

Cylinder3

Cylinder2

Cylinder4

Cylinder5

threshold

Cylder6

Max

Lin

er D

iam

eter

(mm

)

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine Diesel Generators WHRS

TCI TCI TCI

83 % 94 % 97 %

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Back

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine KPI‘s

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

Back

TCI

83%

Ship name: M/S DRAUPNER

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

TCI

83%

Main Engine KPI‘s

Back

KPI/Cyl. 1 2 3 4 5 6

Texh[°C] 404.4 403.5 410.6 412.9 413.0 405.8

Texh rel [°C] ‐4.0 ‐4.9 2.2 4.5 4.6 ‐2.6

Close window

Last automatic update: 4.7.2014 8:00

Update values

Texh

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine KPI‘s

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

Back 

TCI

83%

Ship name: M/S DRAUPNER

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

TCI

83%

Main Engine KPI‘s

Back 

Close window

Last automatic update: 4.7.2014 8:00

Update values

Tcyl,liner

KPI/Cyl. 1 2 3 4 5 6

Texh[°C] 125 128,4 130.2 131.4 131.6 126.6

Texh rel [°C] ‐3.9 ‐0.5 1.3 2.5 2.7 ‐2.3

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine KPI‘s

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

Back

TCI

83%

Ship name: M/S DRAUPNER

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

TCI

83%

Main Engine KPI‘s

Back

KPI/Cyl. 1 2 3 4 5 6

Pmax [bar] 110.0 111.1 109.4 109.2 108.9 111.3

Pmax rel 0.02 1.12 ‐0.58 ‐0.78 ‐1.08 1.3

Close window

Last automatic update: 4.7.2014 8:00

Update values

Pmax

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine KPI‘s

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

Back

TCI

83%

Ship name: M/S DRAUPNER

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

TCI

83%

Main Engine KPI‘s

Back

Liner wear

399,9

400

400,1

400,2

400,3

400,4

400,5

400,6

400,7

400,8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Cylinder1

Cylinder3

Cylinder2

Cylinder4

Cylinder5

threshold

Cylder6

Max

Lin

er D

iam

eter

(mm

)

Last manual update: 4.6.2014 15:10

Close window

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine KPI‘s

KPI Description TCI Status View details

TC ΔT Temperature differencebetween inlet and outlet of ME turbochargers 

95%

Texh Cylinder Exhaust gas temperature 88%

Tcyl,liner Cylinder liner temperature 70%

Pcomp Cylinder compression pressure in ME 84%

Pmax Maximum cylinder pressure in ME 85%

MIP Mean indicated pressure for eaxh cylinder 88%

Ignition Ignintion point in eaxh cylinder 90%

ΔPscav.cooler Pressure drop over scavengeair cooler 93%

Liner wear Maximum liner diameter in each cylinder 82%

Back

TCI

83%

Ship name: M/S DRAUPNER

Main Engine Diesel Generators WHRS

TCI TCI TCI

83 % 94 % 97 %

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Back

Ship name: M/S DRAUPNER

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

TCI

93 %

Availability

92 %

Maint. costs

200 000 $ / month

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms for the fleet

Fleet number: 24

Fleet & Map

Event id StatusShip name

Event initiated Event name Failure mode Value RPN

235ActiveALARM

M/S Munin

11.12.2013  13:54:00

Carry water overflow

Unable to provide power to 

propulsion system with 100 % efficiency /power

ALARMEstimated remaining oil film40% 12

234ActiveALARM

M/S Munin

230

ALARM under 

progress by harod

M/S Munin

231Signed out by harod

232Signed out by brmo

229Signed out by harod

228Signed out by harod

Maintenance overview

Preventive maintenance program

Analyse selected event

Maintenance KPIs

Maintenance status & history 

Status reports

Maintenance planning and scheuduling

Reliability analysis

Status: Alarms for the fleetMaintenance KPI

Source: Partly based on NS‐EN 15341 "Maintenance Key Performance Indicators", 2007

AUX load balancing

24