The topic of this diploma thesis is design of a tugboat. The thesis concerns designing a tugboat while meeting basic technological, ergonomic, ecologic and aesthetic requirements while using modern technologies and manufacturing options. There is an emphasis on innovative and unconventional solution, which will differ from contemporary products.

Syftet med studien var att undersöka vad lotsar, befälhavare och bogserbåtsbefälhavare ansåg om den verbala kommunikationen med hänsyn till säkerhet och effektivitet. Detta eftersom majoriteten av alla fartygsolyckor inträffar på grund av den mänskliga faktorn, där kommunikationen är en stor del. I studien genomfördes semistrukturerade intervjuer med två lotsar, två befälhavare och två bogserbåtsbefälhavare. Genom de sex intervjuerna i studien gick det bland annat att utläsa att användandet av standardfraser och closed loop communication varierar. Om användandet inom dessa två områden blev bättre skulle säkerheten kunna ökas. I studien framkom det också att kunskapen i eng­elska varierar vilket kan leda till missuppfattningar. Bättre kunskap i det engelska språket och hur man kommunicerar kan vara två andra sätt att öka säkerheten. / The aim of this study was to examine how pilots, vessel masters and tugboat masters perceive the importance of verbal communication with consideration to safety and efficiency.  This is based on the fact that the vast majority of accidents involving vessels occur because of human error, where lack of communication plays a large part. In the study semi-structured interviews were held with two pilots, two masters and two tugboat masters. After conducting these six interviews it became apparent at the use of standard phrasing and closed loop communication could vary. Based on the information collected one conclusion is that if the usage within these two areas improved safety could increase. It was also apparent in this study that the knowledge of the English language differed greatly which also could lead to misunderstandings with the giving of instructions. A better proficiency in English and better knowledge of verbal communication could be two possible ways of increasing safety.

Hoje em dia com o crescente aumento da exploração de petróleo e gás em águas profundas, há um aumento na demanda por operações offshore envolvendo a cooperação entre unidades flutuantes. Tais operações requerem um alto nível de planejamento e coordenação, o que na maioria dos casos é feito com a troca de informação no nível de operação, com cada unidade flutuante comandada independentemente. Exemplos de operações deste tipo vão desde operações de alívio passando por operações de instalação de equipamento submarino, até operações de pesquisa envolvendo múltiplas unidades flutuantes dotadas de sistema de posicionamento dinâmico (DP). As vantagens do controle cooperativo surgem com a redução do erro da distância relativa durante a manutenção do posicionamento ou durante a execução de manobras de posicionamento conjuntas. No presente trabalho, os conceitos de controle de consenso são aplicados de forma combinada com o sistema DP de cada navio. A influência dos ganhos do controlador cooperativo no sistema como um todo será discutida, utilizando-se técnicas de análise da resposta em frequência. Simulações completas no domínio do tempo e experimentos usando modelos em escala serão utilizados para se demonstrar o funcionamento do controle cooperativo. Todas as simulações serão conduzidas no simulador Dynasim e os ensaios experimentais no tanque de provas da Engenharia Naval da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Além disso, serão feitas comparações entre os experimentos em tanque de provas e simulações numéricas equivalentes, demonstrando-se a validade dos ensaios numéricos. Será também demonstrado que os requisitos de projetos adotados são atendidos pelos ensaios em tanque de provas. . / With the increasing of deep water oil & gas exploration, there is also an increase in the demand by offshore operations involving muti-vessels. Such operations require a high level of planning and coordination, which in most of the cases is made by information exchange at the operation level, being each vessel commanded independently. Examples of such operations are offloading, subsea equipment installation and subsea research operation; all of them involving multiples dynamically positioned (DP) vessels. The advantage of the cooperative control arises with the reduction of the relative positioning error during station keeping or transient maneuvers. In this work, the consensus control concepts are applied combined with the DP System of each ship. The cooperative DP controller will be investigated with the analysis of the coupled dynamics of the vessels. The influence of the cooperative control gains on the whole system will be discussed, using the frequency response of the open loop system. Fully nonlinear time-domain simulations and experimental results will be used to demonstrate the operation of the cooperative control. Besides that, comparisons between the small-scale experiments and equivalent numerical simulations will be carried out, validating the experimental results. It will also be demonstrated that the adopted design requirements are met. All tests will be carried out using the Dynasim numerical simulator and the small-scale experiments will be carried on the academic towing tank in the Naval Architecture and Ocean Engineering Department, Polytechnic School of University de São Paulo.

Hoje em dia com o crescente aumento da exploração de petróleo e gás em águas profundas, há um aumento na demanda por operações offshore envolvendo a cooperação entre unidades flutuantes. Tais operações requerem um alto nível de planejamento e coordenação, o que na maioria dos casos é feito com a troca de informação no nível de operação, com cada unidade flutuante comandada independentemente. Exemplos de operações deste tipo vão desde operações de alívio passando por operações de instalação de equipamento submarino, até operações de pesquisa envolvendo múltiplas unidades flutuantes dotadas de sistema de posicionamento dinâmico (DP). As vantagens do controle cooperativo surgem com a redução do erro da distância relativa durante a manutenção do posicionamento ou durante a execução de manobras de posicionamento conjuntas. No presente trabalho, os conceitos de controle de consenso são aplicados de forma combinada com o sistema DP de cada navio. A influência dos ganhos do controlador cooperativo no sistema como um todo será discutida, utilizando-se técnicas de análise da resposta em frequência. Simulações completas no domínio do tempo e experimentos usando modelos em escala serão utilizados para se demonstrar o funcionamento do controle cooperativo. Todas as simulações serão conduzidas no simulador Dynasim e os ensaios experimentais no tanque de provas da Engenharia Naval da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Além disso, serão feitas comparações entre os experimentos em tanque de provas e simulações numéricas equivalentes, demonstrando-se a validade dos ensaios numéricos. Será também demonstrado que os requisitos de projetos adotados são atendidos pelos ensaios em tanque de provas. . / With the increasing of deep water oil & gas exploration, there is also an increase in the demand by offshore operations involving muti-vessels. Such operations require a high level of planning and coordination, which in most of the cases is made by information exchange at the operation level, being each vessel commanded independently. Examples of such operations are offloading, subsea equipment installation and subsea research operation; all of them involving multiples dynamically positioned (DP) vessels. The advantage of the cooperative control arises with the reduction of the relative positioning error during station keeping or transient maneuvers. In this work, the consensus control concepts are applied combined with the DP System of each ship. The cooperative DP controller will be investigated with the analysis of the coupled dynamics of the vessels. The influence of the cooperative control gains on the whole system will be discussed, using the frequency response of the open loop system. Fully nonlinear time-domain simulations and experimental results will be used to demonstrate the operation of the cooperative control. Besides that, comparisons between the small-scale experiments and equivalent numerical simulations will be carried out, validating the experimental results. It will also be demonstrated that the adopted design requirements are met. All tests will be carried out using the Dynasim numerical simulator and the small-scale experiments will be carried on the academic towing tank in the Naval Architecture and Ocean Engineering Department, Polytechnic School of University de São Paulo.

Ship Manoeuvring Simulators have proved to be powerful tools on analyzing the feasibility of new maritime maneuvers and new port constructions. In order to provide a complete immersive and real environment, such simulators must correctly represent the dynamics of the controlled vessel as well as the actuation of the tugboats, which have been extremely used over the last years due to the increasing complexity on the maritime maneuvers. Although few simulators can correctly model the dynamics of the tugboats, they still represent their actuation through the so-called \"vector tug model\". This is usually the case because it is expensive to run several integrated-simulators in real-time and the simulator centers do not have trained tugboat captains available. The vector tugs are usually represented as simplified external forces actuating on a vessel. The simplicity of such models causes a loss of realism during a maritime simulation due to the fact that neither the forces exerted on a towed vessel nor the tugboat\'s actuation position are accurate. In addition, tugboats\' actuation response time is usually not taken into account under the current vector tug models used on Ship Manoeuvring Simulators. The main objective of this work is to provide an innovative approach for vector tug actuation modeling in such a way that the towing force magnitude and actuation positions are accurate either in push or pull operation modes. The author will expand the static equilibrium model for tugboat force prediction presented in Brandner (1995) and Artyszuk (2014) and combine it along with optimization techniques in order to accurately obtain the tugboats\' actuation either working under the direct maneuver (i.e., tugboat uses solely its propeller power in order to exert force on a towed vessel) or working under the indirect maneuver (i.e., tugboats use the environmental disturbances and the hull drag in order to maximize their actuation force on a towed vessel). The implementation of the new mathematical model provides a new level of reality when vector tugs are used in Ship Manoeuvring Simulators. / Simuladores Navais têm provado ser poderosas ferramentas, tanto na análise de viabilidade de novas manobras portuárias, quanto na construção de novos portos. De modo a conseguir criar um ambiente imersivo e realista, tais simuladores devem conseguir representar corretamente a dinâmica de um navio a ser controlado e a atuação dos rebocadores portuários no mesmo. Embora alguns simuladores consigam modelar corretamente a dinâmica de rebocadores portuários, eles ainda representam tal atuação utilizando o modelo comumente chamado de \"rebocadores vetoriais\". Tal fato normalmente acontece pois é muito caro utilizar diversos simuladores conectados em tempo real. Além disso, em muitas ocasiões, os centros de simulação não têm disponível um comandante de rebocador treinado e capaz de manusear o mesmo de forma correta. Os rebocadores vetoriais normalmente são representados com modelos simplificados de forças externas atuantes em um navio a ser rebocado. A simplicidade de tais modelos gera uma grande perda de realismo durante uma simulação marítima dado que tanto as forças exercidas em um navio a ser rebocado quanto as posições de atuação dos rebocadores são imprecisas. Ainda, os tempos de resposta para a atuação dos rebocadores normalmente não é levado em conta nos modelos de rebocadores vetoriais presentes atualmente. O principal objetivo deste trabalho é prover uma abordagem inovadora para a modelagem da atuação de rebocadores vetoriais, de tal modo que a magnitude da sua força de reboque e seu posicionamento, tanto atuando no modo empurrar quanto no modo puxar, sejam fidedignos a realidade. O autor irá expandir o modelo de equilíbrio estático para predição de forças de atuação de rebocadores apresentado tanto em Brandner (1995) quanto em Artyszuk (2014), e irá introduzir técnicas de otimização de modo a obter a configuração precisa de atuação dos rebocadores tanto na manobra de modo direto quanto na manobra de modo indireto. As implementações propostas elevarão o nível de realidade de Simuladores Navais quando rebocadores vetoriais forem empregados.