23.06.2020 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Wie Drohnen die industrielle Inspektion verändern können

Fernwartung ist durch die Covid-19-Krise zu einem wichtigen Thema geworden. Besonders im Bereich Remote Maintenance und industrielle Inspektionen wächst die Bedeutung von Drohnen.

Nach verhaltenem Beginn entwickelt sich der weltweite Drohnenmarkt für kommerzielle Anwendungszwecke aktuell rasant. Rund 2,3 Millionen der auch UAV (unmanned aerial vehicles) genannten Drohnen sollen nach “Business Insider” bis 2023 in der Luft sein — eine Steigerung um rund 70 Prozent zu heute. Obwohl in Deutschland nur 19’000 von insgesamt fast 500’000 Drohnen kommerziell genutzt werden, macht der kommerzielle Drohnenmarkt mit 404 Millionen Euro den größten Anteil des insgesamt 574 Millionen Euro großen Marktes in Deutschland aus.

Fernwartung ist durch die Covid-19-Krise zu einem wichtigen Thema geworden. Besonders im Bereich Remote Maintenance und industrielle Inspektionen wächst die Bedeutung von Drohnen. 28 Prozent der Drohneneinsätze sind laut Business Insider Wartungseinsätzen gewidmet. Folgende Anwendungen sind bei Business Insider aufgelistet:

*Bildquelle: Softeq Development GmbH, 2020*

Industrielle Drohnen für die Wartung

Wann ist eine Drohne für die industrielle Inspektion nützlich? Ihr wichtigster Zweck ist es, Daten von Sensoren der Maschinen einzusammeln und hochwertige Bilder von Anlagen und Geräten zu produzieren, die anschließend mit einer Software ausgewertet werden können. Benjamin Groiß von Softeq hat hierzu erst kürzlich ein Video-Interview mit Adrian Karl von Inspection2 geführt. Inspection2 baut Drohnen für Anlagen, wie zum Beispiel Ölplattformen und wertet die Daten mit einer Customized Software aus. Drohnen sind in der Lage, die verschiedensten Industrieanlagen zu inspizieren: Übertragungsleitungen, Kraftwerke, Ölplattformen oder Windturbinen. Um die Daten der Drohnen richtig auszuwerten, sind Machine-Learning-Modelle nützlich. Schließlich sind die Inspektionsdaten oft sehr heterogen. So können etwa Verschleiß von Maschinen und Ausrüstung entdeckt werden. Drohnen eignen sich aber auch, den Projektfortschritt auf großen Baustellen verfolgen, ohne dabei Mitarbeiter zu gefährden.

Eine gute Wartungsdrohne besteht aus verschiedenen, aufeinander abgestimmten Bestandteilen:

Hardware: Drohnen nutzen üblicherweise 4K-Kameras, die auch bei hoher Geschwindigkeit und großer Höhe hochauflösende Videos aufzeichnen. Außerdem sind sie ausgestattet mit Beschleunigungsmesser, Gyroskop, GPS-Empfänger und besonderen Mess-Einheiten. Auch LiDAR sowie Wärme- und Infrarotsensoren sind hilfreich, um Objekte zu erkennen und Hindernissen ausweichen zu können.

Software: Wartungsdrohnen greifen auf das ganze Arsenal von IT-Komponenten zu. Eingebettete Systeme, mobile Anwendungen, Cloud-Infrastruktur, Dashboards und Web- oder Desktop-Anwendungen — alles will bedacht sein. Zum Beispiel gibt es Technologien, die aus 2D-Bildern 3D-Karten machen. Technologien, die man in diesem Zusammenhang kennen muss, heißen: Photogrammetrie, Bild-Stitching, simultane Lokalisierung und Kartierung (SLAM), außerdem auch Anwendungen aus dem Bereich des maschinellen Lernens. Mit dem richtigen IT-Entwicklungspartner lassen sich Drohnen-Management-Plattformen auch in Unternehmensanwendungen integrieren: zum Beispiel für bessere Lager- und Workflow-Prozesse, aber auch Ressourcenplanung und das Digital Asset Management sind integrierbar.

Netzwerk-Infrastruktur. Wartungsdrohnen können innen wie außen, mit oder ohne GPS-Empfang, genutzt werden. Die Bodenkontrollsysteme oder Cloud-Server erhalten die Drohnendaten mittels drahtloser Netzwerktechnologien wie Bluetooth, Wi-Fi und teilweise auch schon 5G.

Full-Stack-Entwickler sind die passenden Partner, um eine Wartungsdrohne zu entwickeln. Sie wissen beispielsweise auch, auf welche Batteriekapazitäten Sie achten müssen und wie die Datensammlung und -auswertung optimal aufeinander abgestimmt sind. Insbesondere für europäische Projekte sind außerdem die Vorschriften der Europäischen Union für die Flugsicherheit (EASA) zu berücksichtigen.

Hier ein Beispiel für den optimalen Workflow für Drohnen-Inspektionen (Quelle: Softeq Development GmbH, 2020):

Drohnen für die Inspektion: Wie es funktioniert. — *Bildquelle: Softeq Development GmbH, 2020*

Drohnen sind kosteneffizient

Im Vergleich zur Vermessung mit Hubschraubern und bodengestützten Inspektionen können Drohnen Anlageninspektionen schneller durchführen und entsprechende Kosten um bis zu 30% zu senken. Auch im Bereich der Fernwartung könnten Drohnen die Kosten für den Außendienst um 10 bis 40 % senken, indem sie teilweise persönliche Besuche von Technikern ersetzen und Wartungsteams darüber informieren, wo genau Reparaturen erforderlich sind und welche Werkzeuge vor Ort benötigt werden.

Welche Industriezweige können von Remote Maintenance besonders profitieren?

Baubranche: Große Bauprojekte laufen bis zu 20 Prozent länger und übersteigen das ursprüngliche Budget um bis zu 80 Prozent. Um diese Zahlen zu verbessern, setzen Ingenieurs- und Bauunternehmen Drohnen ein, damit die Baustelleninspektionen effizienter werden. In Deutschland regeln unter anderem das Arbeitsschutzgesetz und die Baustellenverordnung die nötigen Sicherheitsvorkehrungen und verlangen vom Bauherrn eine Gefährdungsbeurteilung für jede Baustelle. Je nach Größe des Baugebiets kann dieser Prozess zwischen zehn Stunden und einigen Tagen dauern. Drohnen helfen den Technikern, dieselbe Menge an Arbeit in nur 15 Minuten zu erledigen. Drohnenbilder können außerdem zur Erstellung von 3D-Modellen von Gebäuden und städtischer Infrastruktur verwendet werden.

(Erneuerbare) Energieversorgung. Rund 30 Prozent aller Energieanlagen produzieren nachhaltig Energie. Deutschland etwa, der weltweit viertgrößte Produzent von Solarenergie, hat eine installierte Kapazität von 49 Gigawatt (GW). Solarkraftwerke sind aber wartungsintensiv; hier können Drohnen helfen. Sie sind bis zu 95 Prozent effizienter als menschliche Arbeitskräfte. Ähnliche Zahen kommen aus der Windkraftindustrie: Hier können die Ausfallzeiten der Turbinen um 75 Prozent reduziert werden. Industrie-Kletterer könnten durch programmierte Drohnen erheblich seltener zum Einsatz kommen. Das trifft auch auf Strommasten und Versorgungsleitungen der Energieversorger zu: Man rechnet bis zu 40 Prozent Kostenersparnis durch den Einsatz von Drohnen und weitaus weniger Stromausfälle.

Wie Sie richtig anfangen

Arbeiten Sie mit internen oder externen Business-Analysten, wenn Sie ein eigenes Drohnen-Projekt starten. Viele Anspruchsgruppen sind an einem solchen Projekt beteiligt — da kann einiges schiefgehen. Es ist beispielsweise auch notwendig, die Kosten für die Einführung und Wartung einer Drohnenflotte und der zugrunde liegenden Datenanalyse-Infrastruktur zu bewerten.

Im nächsten Schritt müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Drohnenpiloten über die nötigen EASA-Zulassungen, also den geeigneten Drohnen-Führerschein, verfügen.

Zu guter Letzt sind Drohnen auch eine Angriffsfläche: Vernetzte Drohnen sind wie jedes IoT-Gerät anfällig für Cyberkriminalität. Ein unbefugter Zugriff kann besonders bei empfindlichen Einsatzgebieten wie Stromnetzen, Kraftwerken und High-End-Geräten ernste Folgen haben. Auch dies gilt es zu berücksichtigen.

Wie geht es weiter?

Obwohl wir noch ein paar Jahre von autarken, KI-betriebenen Drohnen entfernt sind, stehen die Chancen gut, dass die Drohnen bald fester Bestandteil von Remote-Maintenance-Routinen sind, in denen Mensch und Maschine zusammenarbeiten werden, um die weitere Digitalisierung des Industriesektors zu beschleunigen. (anm)