HANSA 04-2024

SCHIFFSTECHNIK | SHIP TECHNOLOGY
»Prädiktive Analytik kann Wartung optimieren«
Dr. Andrea Coraddu erforscht an der
Technischen Universität Delft die Nutzung
digitaler Zwillinge zur optimierten
Wartungsplanung von Schiffen und Offshore-Windenergieanlagen.
Aus der
Kombina tion von künstlicher Intelligenz
(KI), Big Data und prädiktiver Analytik
kann er Abnutzungserscheinungen und
potenzielle Störungen frühzeitig erkennen.
Wie kann man einen digitalen Zwilling
nutzen, um bessere Smart-Maintenance-
Strategien zu entwickeln?
Andrea Coraddu: Digitale Zwillinge können
eine wichtige Rolle bei der Vorhersage
des Zustands von Schiffen und Offshore-
Systemen spielen. Das gilt beispielsweise
im Antriebsstrang von Schiffen, für
Schiffsrümpfe oder Propeller oder bei Offshore-Systemen
für Verankerungsleinen
für schwimmende Windkraftanlagen.
Durch die Erstellung eines virtuellen Abbilds
dieser Systeme und die Simulation
realer Bedingungen können digitale Zwillinge
den Ingenieuren helfen, die Leistung
zu überwachen, Ausfälle vorherzusagen
und so die Wartungspläne zu optimieren.
Können Sie eine konkrete Anwendung
nennen, an der Sie arbeiten?
Coraddu: Eine große Herausforderung ist
der Bewuchs des Schiffsrumpfes und der
Schiffsschraube, der aus der Ansammlung
von organischem Material und Organismen
besteht. Wenn dieser Bewuchs mit
der Zeit zunimmt, erhöht sich der Widerstand
am Rumpf – der Wirkungsgrad des
Propellers sinkt, die Geschwindigkeit des
Schiffs nimmt ab. Um die gewünschte Geschwindigkeit
beizubehalten, ist deshalb
in Folge eine höhere Motorleistung erforderlich.
Aber eine höhere Motorleistung
bedeutet mehr Kraftstoff – und einen
Anstieg der CO2-Emissionen.
Selbst eine 1 mm dicke Schicht aus angesammeltem
Bewuchs oder von Kalkablagerungen
auf einem Propeller erhöht
dessen Oberflächenrauigkeit erkennbar.
Zahlen zeigen, dass das Polieren eines
Propellers eine Kraftstoffeinsparung von
6 %–12 % ermöglichen kann. Das ist eine
ganze Menge, wenn man annimmt, dass in
der Seeschifffahrt die Treibstoffkosten
heute mit etwa 40 %–60 % der Gesamtkosten
zu Buche schlagen. Es lohnt sich also,
diese Zusammenhänge präziser erkennen
und beschreiben zu können.
Dr. Andrea Coraddu
TU Delft
Wie sind Sie vorgegangen?
Coraddu: Zunächst einmal galt es die Frage
zu beantworten, wie man einen relevanten,
also in unserem Kontext leistungsreduzierenden
Bewuchs überhaupt feststellt.
Es ist nämlich einigermaßen schwierig,
den Leistungsabfall eines Schiffes aufgrund
von Bewuchs an Rumpf und Propeller
zu beurteilen, da Faktoren wie
Wind, Wellen, Strömungen und die Effizienz
der Antriebsmaschinen variieren.
Zudem hängt die Entscheidung, wann es
Zeit ist, den Propeller und den Rumpf zu
reinigen, auch davon ab, welche Leistungseinbußen
der Schiffsbetreiber oder
Charterer zu akzeptieren bereit ist. Dies
bedeutet aber auch, dass keine festen Zeitparameter
für die Reinigung festgelegt
werden können.
Wir haben uns also überlegt, einen datengesteuerten
digitalen Zwilling des Schiffes
zu erstellen und damit Geschwindigkeitsverluste
aufgrund von Bewuchs vorherzusagen.
Um diese Verluste einzuschätzen, nutzen
wir eine große Datenmenge, die von den
Sensoren des Überwachungssystems an
Bord gesammelt wurden, und kombinieren
sie mit den neuesten Erkenntnissen aus
Shallow und Deep Learning.
Heute können wir bestätigen, dass der
Geschwindigkeitsverlust, der mit unseren
Methoden ermittelt wurde, ein genaues
Bild des Rumpfzustands und des Propellerbewuchses
zu einem bestimmten Zeitpunkt
liefert.
Was bedeutet dies konkret für Smart
Maintenance?
Coraddu: Diese Informationen könnten
für eine optimierte Planung von Wartungsmaßnahmen
genutzt werden. Die Reinigung
von Rumpf und Propeller wird heute
üblicherweise in festen Intervallen oder
in Verbindung mit anderen Wartungsarbeiten
durchgeführt. In der Praxis könnten sie
nach dem tatsächlichen Zustand des
Schiffsrumpfs und des Propellers durchgeführt
werden – nach Kriterien, die auf der
Minimierung von Kosten, Kraftstoffverbrauch
und Emissionen basieren.
Wir können uns aber auch vorstellen,
dass man die vorgeschlagene Methode zukünftig
bereits in der Designphase zur Bewertung
neuer Technologien oder Schiffskomponenten
in Bezug auf deren Energieund
Kraftstoffeffizienz nutzen kann. Ich
denke da beispielsweise an die Entwicklung
neuer Propeller-Geometrien oder die
Bewertung von Vorteilen, die sich aus dem
Einsatz von Segeln ergeben.
Das Polieren eines Propellers kann eine Kraftstoffeinsparung von 6 % bis 12 % ermöglichen
© TU Delft
© Bachmann / Adobe Stock
HANSA – International Maritime Journal 04 | 2024
61