Neues Instrument ermöglicht Inspektion struktureller Schäden in Echtzeit
Alterungsverschlechterung, extreme Witterungsbedingungen und Erdbebenschäden stellen eine ernsthafte Bedrohung für anfällige Infrastrukturen dar und führen zu wirtschaftlichen und menschlichen Verlusten. Die strukturelle Zustandsüberwachung von Infrastrukturen und Bauwerken ist mittlerweile verpflichtend. Dazu bedarf es einer kontinuierlichen Beobachtung und Schadenserkennung in Echtzeit bei minimalem Aufwand für Arbeitskräfte. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts MORPHOSAVE hat MORPHOSENSE eine maßgeschneiderte Überwachungslösung für verschiedene Arten von Bauwerken entwickelt: Öl- und Gasplattformen, Brücken, Dämme, Offshore-Windkraftanlagen und große Schiffe. „Unser innovatives, schwingungsbasiertes System zur Überwachung des Zustands von Bauwerken namens NEURON kann die statischen und dynamischen Eigenschaften von Bauwerken kontinuierlich und gleichzeitig überwachen“, erklärt Alexandre Paleologue, Geschäftsführer von MORPHOSENSE und Koordinator von MORPHOSAVE. Die NEURON-Technologie stammt von AXON, der globalen digitalen Zwillingslösung von MORPHOSENSE, die anhand von Echtzeitdaten aktualisiert wird und Konvergenzalgorithmen der künstlichen Intelligenz auf physikbasierten Modellen verwendet. „Wir kombinierten synchronisierte statische und dynamische Daten aus NEURON und einer Interoperabilitätsfunktion, die in der Lage ist, Daten aus handelsüblichen Sensoren (Wetterstationen, Dehnungsmessstreifen, Rissmessern, Kameras sowie LiDAR) zu integrieren. Dadurch haben wir einen digitalen Zwilling in Echtzeit geschaffen, der die Ermüdung, den Schaden und die Restnutzungsdauer von Bauteilen bewertet, die mit dem NEURON-System ausgestattet sind“, erläutert Paleologue.
Verbesserte Überwachungslösungen
Die Inspektion und Wartung von Bauwerken basiert derzeit auf regelmäßigen Augenscheinnahmen vor Ort, bei denen teilweise Sensoren oder Drohnen zum Einsatz kommen. Diese sind jedoch nur begrenzt in der Lage, das gesamte Bauwerk zu überprüfen. So kann die Inspektion von Offshore-Windkraftanlagen vor Ort beispielsweise keine Informationen über Unterwasserbereiche liefern, die besonders anfällig für strukturelle Schwachstellen sind. „Die Lösung von MORPHOSENSE ermöglicht eine kontinuierliche Fernüberwachung der Konstruktion anstelle von zeitplanbasierten Ansätzen, die nicht auf Daten gestützt sind. Sie passt die Anzahl der Sensoren und deren Verteilung über das Bauteil an – unter Berücksichtigung der Schwachstellen, die anhand von Simulationen eines physikalischen Modells ermittelt werden. Darüber hinaus ermöglicht uns das Modell, das Verhalten des Bauwerks an allen Punkten unabhängig von der Position der Sensoren zu betrachten, so dass wir sowohl lokal als auch global arbeiten können“, sagt Paleologue. Eine andere Möglichkeit, den strukturellen Zustand eines Bauwerks zu überwachen, besteht darin, Abweichungen von seinem üblichen Verhalten zu bestimmen, die sich in den gemessenen Daten in datengestützten Modellen zeigen. Obwohl solche Modelle jede Abweichung vom Standardverhalten eines Bauwerks schnell erkennen können, sind sie nicht in der Lage, ein physikalisches Verständnis für die Ursache des Problems zu liefern. Daher gestaltet es sich schwierig, eine angemessene Instandhaltungsmaßnahme zu planen. „Unsere digitale Zwillingslösung ist auf ein digitales Modell beschränkt, das sich auf Messungen stützt und detaillierte Informationen über alle neuen Änderungen an der Integrität der Struktur liefert. Wenn sich die Tiefe des Schwimmers oder der Verankerungsleine ändert, kann das digitale Modell dies sofort erkennen und eine genaue Meldung an den Betreiber senden“, kommentiert Paleologue.
Flexibilität in der Anwendung und hohe erwartete Gewinne
MORPHOSENSE hat mehrere Konzeptnachweis-Systeme für den Offshore-Windmarkt entwickelt. „Unsere digitale Zwillingslösung könnte dazu beitragen, die Rentabilität von Offshore-Windparks zu erhöhen, selbst wenn die angestrebten Energiekosten bis 2040 auf 45 EUR/MWh gesenkt werden. Die geschätzte Investitionsrendite liegt bei 15 % über die 20-jährige Nutzungsdauer eines Windparks“, so Paleologue. „In Zukunft wollen wir eine generische digitale Zwillingslösung entwickeln, mit der jedes auf dem Markt erhältliche Modellinstrument mit reduzierter Ordnung integriert werden kann.“
Schlüsselbegriffe
MORPHOSAVE, Bauwerk, Bauteil, MORPHOSENSE, Inspektion, Offshore-Windkraft, digitaler Zwilling, strukturelle Zustandsüberwachung, datengestütztes Modell
