Defensie en Universiteit Twente verzamelen data voor 'slim onderhoud'

aan onder andere schepen van de Koninklijke marine

'Slim onderhoud' is een thema dat door steeds meer bedrijven wordt opgepakt om onderhoudskosten te verlagen en de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van assets te verhogen. Ook de wetenschap zit er bovenop en werkt daarbij regelmatig samen met bedrijven en zelfs de eindgebruiker. Onder meer de Universiteit Twente doet al langer onderzoek in samenwerking met de Nederlandse Defensie Academie (NLDA) voor diverse projecten bij de Koninklijke Marine. Dit jaar is besloten de samenwerking flink uit te breiden.

De Koninklijke Marine is al jaren bezig met het uitrollen van slim onderhoud voor de diverse schepen en ander materieel dat dit Nederlandse krijgsmachtdeel inzet tijdens oefeningen en uitzendingen. En daarin zijn ze ook behoorlijk ver. Niet in de laatste plaats omdat er bewust wordt samengewerkt met zowel het bedrijfsleven als onderzoeksinstituten. Daarbij kunnen de diverse partijen zich gelukkig prijzen met prof. dr. ir. Tiedo Tinga die hoogleraar is bij zowel de Universiteit Twente áls de Nederlandse Defensie Academie.

Hij geeft aan: "We doen vanuit Twente al langer onderzoek naar de diverse aspecten van slim onderhoud waarbij we ons in eerste instantie richtten op civiele objecten. Door de samenwerking met vooral de Koninklijke Marine is het onderzoek uitgebreid naar de mogelijkheden van slim onderhoud bij de scheepvaart. De opgedane kennis wordt uiteraard ook gebruikt voor de civiele scheepvaart."

Onderhoud bij de Koninklijke Marine

Slim onderhoud bij de Koninklijke Marine dient verschillende doelen. Het gaat daarbij om het onderhoud aan de verschillende fregatten maar ook aan alle andere, kleinere vaartuigen die worden ingezet. Het meest ingrijpende geplande onderhoud vindt ongeveer halverwege de levensduur van het schip plaats (na 12–13 jaar). Verder wordt er iedere 3–4 jaar een zogenaamd 'benoemd onderhoud' uitgevoerd. Hiervoor wordt in de maanden ervoor structureel alles in kaart gebracht wat later aan de wal aan bod moet komen.

Wisselend gebruik onder variabele omstandigheden

Tiedo Tinga: "Als je ziet hoeveel systemen er aan boord zijn en wat hun functie is, dan kun je je voorstellen dat veel van deze functies echt kritisch zijn. Het uitvallen of falen ervan is niet alleen ongewenst maar in veel gevallen ook onacceptabel. Daarbij moet je wel bedenken dat schepen niet overal kunnen worden onderhouden. Er zijn absoluut onderhoudswerkzaamheden die je tijdens de vaart zou kunnen uitvoeren, maar een ander deel is uitsluitend mogelijk in de haven en ook dat gaat niet zomaar op het moment dat jij dat wilt. Zeker niet wanneer je niet in je eigen haven terechtkunt."

Bedrijven die zich actief opstellen kunnen een belangrijke rol spelen in wetenschappelijk onderzoek

Hij vervolgt: "Daarbij komt dat schepen complexe systemen zijn met veel verschillende onderdelen en deelsystemen die het lastig maken om goede voorspellingen te doen. Onderhoudskeuzes werden voorheen dus vooral gedaan op basis van ervaring of vaste intervallen op advies van de leverancier. Het gebruik van de systemen is echter variabel en onder wisselende omstandigheden; heel anders dan een machine in een fabriekshal die een voorspelbaar aantal uren draait onder ongeveer gelijke omstandigheden. De degradatiemechanismen verlopen daardoor ook anders en zijn hierdoor moeilijker te vatten in een wiskundig model dat onderhoud kan voorspellen."

Vele redenen dus voor de Marine om vooral hier een focus te leggen op slim onderhoud. Tiedo Tinga: "Dit doen we onder meer door het ontwikkelen van nieuwe methoden en het omzetten van data naar bruikbare informatie waarmee het mogelijk moet worden toekomstig falen van schepen te voorspellen. Daarbij hebben we op dit moment een belangrijke focus op het geautomatiseerd verzamelen van data, omdat zonder goede data een analyse zinloos is."

Nederlandse Defensie Academie (NLDA)
De Nederlandse Defensie Academie leidt Nederlandse militairen op tot officieren die door training en vorming in staat zijn leiding te geven in buitenlandse missiegebieden. Een moderne officier is zowel leider, manager als diplomaat. Daarnaast moet hij sociaal en communicatief vaardig zijn en goed kunnen analyseren om snel een oordeel te vormen en een besluit te nemen.
De geaccrediteerde (civiel erkende) opleidingen van de NLDA onderscheiden zich dan ook van het reguliere wetenschappelijk onderwijs doordat zij zich volledig richten op Defensie en de (maritieme) militaire praktijk. Om onderwijs op academisch niveau te garanderen, voert de NLDA tevens een flink aantal wetenschappelijke onderzoeksprogramma's uit, waaronder die op het gebied van Smart Maintenance. Het opleidingsinstituut is verdeeld over vestigingen in Den Helder (Marine) en Breda (Landmacht, luchtmacht en marechaussee).

Financiering

Om voorspellend en slim onderhoud direct bij de basis goed aan te pakken, is de Koninklijke Marine drie jaar geleden gestart met een samenwerking met de Universiteit Twente. Met subsidie van de NWO zijn de resultaten van wetenschappelijk onderzoek te vertalen naar praktische toepassingen. Ook kwam er geld vrij uit het European Defense Fund (onderdeel van het gemeenschappelijk veiligheids- en defensiebeleid van de Europese Unie).

Tiedo Tinga: "Met dit geld zijn diverse projecten opgezet waarbij de nadruk ligt op het verzamelen van data en het ontwikkelen van modellen die – gecombineerd met kunstmatige intelligentie – in staat zijn het faalgedrag van systemen en objecten betrouwbaar te voorspellen. Wanneer je zover bent, voorkom je storingen omdat je deze vooraf "ziet" aankomen. Je zou hiermee de werkzaamheden die gepaard gaan met het detecteren, opsporen en oplossen van storingen voor een belangrijk deel kunnen elimineren. Dit scheelt veel tijd en (dus) kosten en verhoogt de betrouwbaarheid en inzetbaarheid van het materieel. We kunnen zo de onderhoudsplanning van vloten baseren op data in plaats van op ervaring of gevoel."

Samenwerking

De samenwerking met de Universiteit Twente en bedrijven (variërend van grote scheepsbouwers tot leveranciers van sensoren) heeft de afgelopen jaren dermate goede resultaten opgeleverd dat er alle reden was om de samenwerking voort te zetten en vooral uit te breiden. De afspraak is officieel begin dit jaar gemaakt en legt de basis voor nieuw onderzoek naar vooral het verzamelen van bruikbare data.

Samenwerken omdat onderhoud de hele keten betreft

Tiedo Tinga: "We zijn in de wetenschap maar ook in de praktijk al behoorlijk ver met de kennis die nodig is om data om te zetten naar modellen en algoritmes. De belangrijkste uitdaging ligt nu in het verzamelen van de juiste data die nodig zijn om deze algoritmes te finetunen en toe te passen. En dat is best lastig. De data die je nodig hebt zijn namelijk de zogenaamde 'faaldata'. Over het algemeen draaien installaties en machines door het "overdadige" onderhoud dat ze krijgen echter zoals ze zouden moeten en leveren ze geen faaldata. Deze behoefte vullen we onder meer in met projecten als Prima Vera en de samenwerking met Techport, waarbij we met gerichte degradatie-experimenten toch faaldata kunnen genereren."

Projecten

De bevestigde en uitgebreide samenwerking betreft inmiddels vijf verschillende onderzoeksprojecten:

• European Digital Naval Foundation (EDINAF)
• Digital ship sTructural Health mOnitoRing (dTHOR)
• AmmoniaDrive
• Ship Life Cycle Management (SILICA)
• DTP Data-Driven Smart Maintenance

EDINAF

Het door EDF2021 gefinancierde project European Digital Naval Foundation (EDINAF) is specifiek gericht op het creëren van een gezamenlijk operationele cloud voor de marine. Zo wordt hier gewerkt aan een IT-infrastructuur en bijbehorende data-interfacestandaarden (edge en cloud computing) met als een van de doelen het ondersteunen van toekomstige slimme onderhoudssystemen voor schepen. Bovendien moet het de Europese toeleveringsketen samenbrengen om zo een gemeenschappelijke norm te ontwikkelen die van toepassing is op de productie van apparatuur en toekomstige marineoperaties.

Digital ship sTructural Health mOnitoRing (dTHOR)

dTHOR wordt eveneens gefinancierd door EDF en richt zich op de ontwikkeling van een voorspellend Ship Structural Health Monitoring systeem. Het project – waaraan 35 partners uit elf landen deelnemen – is begin mei van dit jaar gestart en zal drie jaar duren. Hierbinnen wordt onder meer een digitale tweeling (digital twin) ontwikkeld op basis van sensordata.

Tiedo Tinga: "Een van de thema's binnen dit onderzoek is corrosie; een belangrijk faalmechanisme in de scheepsbouw, dat onder meer optreedt wanneer een beschermende coating beschadigd raakt. Een faalmechanisme dat bovendien gevaarlijk is omdat het niet altijd zichtbaar is wanneer het zich onder de coating doorzet en het schip aantast zonder dat we dat direct doorhebben. Verschillende coatings verouderen onder diverse omstandigheden, en bovendien op verschillende manieren, waardoor het op dit moment lastig is om goede voorspellingen te doen."

"Met specifieke sensoren en metingen willen we dit corrosiegedrag zoveel mogelijk vroegtijdig kunnen detecteren, wat de mogelijkheid biedt het onmiddellijk een halt toe te roepen. Het gaat dan overigens niet alleen om de scheepshuid, maar bijvoorbeeld ook om de ballasttank waar je normaal voor onderhoud echt ín moet om een inspectie uit te voeren. Het zou mooi zijn wanneer sensormetingen dit soort complexe en risicovolle onderhoudswerkzaamheden zouden kunnen elimineren."

AmmoniaDrive

Het project AmmoniaDrive doet onderzoek naar de inzet van ammonia als alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen in de scheepvaart zoals diesel en aardgas. Voor dit soort nieuwe installaties, met onder andere brandstofcellen, is het degradatiegedrag nog onbekend. In dit project wordt daarover kennis opgebouwd en worden voorspellingsmodellen ontwikkeld.

Ship Life Cycle Management (SILICA)

Met SILICA wordt het Life Cycle Management van schepen onderzocht. Tiedo Tinga: "Dit doen we samen met partners als de TU Delft en de Universiteit van Tilburg maar ook met diverse scheepsbouwers en toeleveranciers in de hele keten tijdens de levensduur van schepen. Dat is voor ons als universiteit een behoorlijke uitdaging, omdat bedrijven in veel gevallen niet gewend zijn aan alle aspecten die komen kijken bij wetenschappelijk onderzoek. Maar wanneer partijen zich actief opstellen, moeten we uiteindelijk in staat zijn om de kennis die we opdoen in dit onderzoek te vertalen naar praktische systemen die voor de hele sector van belang zijn."

Data-Driven Smart Maintenance

Tot slot het onderhoudsthema pur sang: data-driven maintenance. Hier komt de problematiek van het ontbreken van voldoende faaldata maximaal aan het licht. Dit project richt zich dan ook voor een belangrijk deel op sensordata. Enerzijds data die toch al worden verzameld voor diverse doeleinden en anderzijds data die door sensoren worden gegenereerd en specifiek bedoeld zijn voor voorspellend onderhoud.

Zonder goede data is analyse zinloos

Tiedo Tinga: "Vaak zijn er wel data beschikbaar maar zijn deze van onvoldoende kwaliteit of zijn er gewoon te weinig. Het liefst heb je natuurlijk data uit de praktijk, maar omdat deze niet altijd beschikbaar zijn, proberen we ook data te genereren op testinstallaties waar we opzettelijk onderdelen – bijvoorbeeld lagers – laten falen. Anderzijds kan je van de eerste groep data ook veel gebruiken. Bijvoorbeeld gegevens die aangeven hoe vaak en intensief een asset is gebruikt. Wanneer dit bijvoorbeeld maar 10% van de tijd is, kan je daarop je onderhoudsplanning afstemmen. Echt wat je noemt "laaghangend fruit".

Toekomst

Tiedo Tinga kijkt uit naar de komende jaren. "Slim onderhoud zit echt in een stroomversnelling: diverse partijen zijn inmiddels overtuigd van het nut en bereid een bijdrage te leveren aan het verder ontwikkelen van dit vakgebied. Hoe zinnig dit voor Defensie is, hoef ik in deze tijd niet uit te leggen, denk ik."