Ziel der Entwicklung
Die Ziele dieses Vorhabens waren die Entwicklung und Ergänzung von Software- und Hardwarekomponenten zur mobilen, dezentralen Schwingungsüberwachung und Schwingungsanalyse (Modalanalyse) von Bauwerken und mechanischen Strukturen. Die mobile Analyse und Überwachung von Schwingungen wird mittels eines intelligenten Sensornetzwerkes vereinfacht. Zur Steigerung der Mobilität wurde eine neuartige Komponente zur Messdatenerfassung und eine Komponente zur Messdatenanalyse entwickelt . Mit Hilfe eines Datenrekorders werden die Messdaten erfasst und an eine zentrale Auswertungskomponente per WLAN oder LTE gesendet. Dazu wird an den Datenrekorder ein mobiles Smartphone oder Tablet angeschlossen, mit dem zusätzlich auch eine Visualisierung der Messdaten und die Konfiguration des Datenrekorders durchgeführt werden kann. Die zentrale Auswertekomponente sollte dabei ebenfalls mobil anwendbar sein. Um eine Schwingungsanalyse bzw. Monitoringanwendung unter realen Bedingungen (Big Sensor Data) auf einem mobilen Endgerät zu ermöglichen, ist die Entwicklung von neuartigen Algorithmen zur Kompression der Messdaten notwendig. Ein weiteres Projektziel war die realitätsnahe Visualisierung der berechneten Schwingungsformen. Hierfür wurde eine Projektion der virtuellen Deformation auf einem sehr hoch aufgelösten 3D-Mesh der zu untersuchenden Struktur oder in Kombination mit einem realen Bild der Struktur und dem 3D-Mesh umgesetzt.
Vorteile und Lösungen
Die entwickelten Software- und Hardwarekomponenten dienen zur Vereinfachung und Beschleunigung von aktuellen Schwingungsanalysen und -überwachungen. Bei der Durchführung einer Schwingungsanalyse zur Begutachtung beziehungsweise Überwachung von großen Strukturen (zum Beispiel Bauwerke, Flugzeuge, Schiffe) sind zum gegenwärtigen Stand der Technik große zeitliche und personelle Aufwände, bedingt durch die Einrichtung der Messhardware, notwendig. Besonders bei der Schwingungsanalyse von großen Strukturen muss ein großer Zeitaufwand ausschließlich für die Vorbereitung der Messung eingeplant werden. In den meisten aktuell durchgeführten Schwingungsanalysen von Bauwerken wird kabelgebundene Messhardware eingesetzt, die neben dem großen zeitlichen Aufwand bei der Einrichtung und wegen der störenden Kabelverbindung nicht überall an der Struktur angebracht werden kann. Zudem sind damit größere Aufwände beim Transport der Messhardware verbunden.
Ein weiteres Problem beim Aufbau der Messhardware (funkbasiert als auch kabelgebunden) ist, dass die Messdaten der angeschlossenen Sensorik nicht direkt am Ort der Anbringung visualisiert und damit validiert werden können, sondern erst nachdem die gesamte Messhardware aufgebaut worden ist und an einen zentralen PC angeschlossen wurde/ sendet. Ein direktes Feedback durch die Visualisierung der Messwerte der Sensoren am Ort der Anbringung wäre sehr nützlich, da somit ein defekter Sensor oder eine unzureichende Befestigung sofort entdeckt werden könnte. Dies wird besonders bei schwer erreichbaren Orten verstärkt. Aber nicht nur beim Aufbau der Messhardware, sondern auch beim eventuellen späteren Monitoring der mechanischen Struktur wäre eine direkte Anzeige der Sensorwerte direkt am Ort der Messung relevant. In den meisten Anwendungen der Schwingungsanalyse wird aufgrund der genannten Umstände nicht vor Ort sondern erst im Nachhinein im Büro durchgeführt. Fehler im Messaufbau und damit in den Messungen oder ausgefallene Sensoren sind in diesem Falle dann nicht mehr korrigierbar.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das im Rahmen des Projektes entwickelte androidgesteuerte Gesamtsystem, bestehend aus einem mobilen Sensornetzwerk mit mehreren Messdatenerfassungseinheiten und einer Software zur Messdatenerfassung, Schwingungsanalyse und Schwingungsüberwachung, ist auf den kommerziellen Einsatz in Firmen und Einrichtungen (national und international) ausgerichtet, die sich mit Schwingungsuntersuchungen im Rahmen von Entwurfs-, Modellierungs- oder Monitoringaufgaben (auch Inspektionen, Zustandsanalysen oder Erstellung von Gutachten) befassen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Software insbesondere bei kleinen und mittleren Unternehmen durch günstige Lizenzgestaltung ein sehr attraktives Einsatzsegment erschließen kann. Es gibt gegenwärtig noch kein vergleichbares Komplettpaket, bestehend aus mobiler Messdatenerfassung und einer mobilen Software zur Messdatenerfassung und -auswertung zur Schwingungsanalyse und Schwingungsüberwachung, am Markt. Da die möglichen Einsatzgebiete für die zu erstellende Software sich über alle Lebensphasen verschiedenster großer Strukturen ohne rotierende Elemente (Bauwerke, Brücken, Staudämme) mit rotierenden Elementen (z. B. Windkraftanlagen, Motoren), Verkehrsmittel (z. B. PKW, LKW, Zug, Flugzeug), Industriemaschinen, maritime Strukturen (zum Beispiel Schiffe) und Offshore-Anlagen bis zu kleinen mechanischen Strukturen (Festplatten, Smartphone) erstrecken, ist von einem vielfältigen und fachübergreifenden Bedarf bei vielen Unternehmen auszugehen. Der im Projekt entstandene Hardwareprototyp wurde weiter entwickelt und wird ab nächstem Jahr als Produkt unter dem Namen "waveCase" durch die gfai tech GmbH angeboten.
