Forschende der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) haben ein neues Konzept zur Resilienz technischer Systeme entwickelt. Dieses Konzept beschreibt Resilienz als zeitabhängigen dynamischen Prozess, anstatt als statische Eigenschaft. Damit wird der Fokus auf den zeitlichen Verlauf von Störungen gelegt, wodurch statische Bewertungsansätze hinterfragt werden.

Peter Langendörfer, einer der Hauptverantwortlichen dieser Forschung, beschreibt Resilienz wie einen Film, der die Reaktion eines Systems auf verschiedene Störungen veranschaulicht. Die Analyse der Resilienz umfasst mehrere zentrale Aspekte, wie das Ausmaß der Störung, die Geschwindigkeit der Stabilisierung und die Dauer der Nachwirkungen. Diese Parameter sind entscheidend, um die Resilienz eines Systems umfassend zu verstehen.

Risikotrajektorien und zentrale Größen

Die Forschenden haben ein Konzept entwickelt, das als Risikotrajektorie bezeichnet wird. Zwei zentrale Größen zur Beschreibung der Dynamik dieser Trajektorien sind der „Peak“, also der maximale Ausschlag der Störung, und die „Dämpfung“, die die Erholungsdynamik des Systems beschreibt. Resilienz wird demnach als Ergebnis des Zusammenspiels von Störungsstärke und der Fähigkeit zur Erholung definiert.

Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die Erkenntnis, dass klassische statische Bewertungsansätze oft nicht in der Lage sind, die Unterschiede in Erholungsdauer und Gesamtbelastung sichtbar zu machen. Ihr neuer Ansatz ermöglicht es, diese Unterschiede systematisch zu erfassen. Dies ist besonders relevant für kritische Infrastrukturen wie die Energieversorgung, den Verkehr und die Industrie, wo der zeitliche Verlauf eines Ausfalls entscheidende Auswirkungen auf die Resilienz hat.

Anwendung der neuen Ansätze

Zusätzlich zu den theoretischen Erkenntnissen steht die praktische Anwendung der entwickelten Methoden im Fokus. Die zukünftigen Pläne der Forschenden umfassen die Validierung ihres Ansatzes mit realen Daten, die Übertragung auf komplexere Systeme und den Einsatz von datengetriebenen sowie KI-basierten Methoden zur Vorhersage und Steuerung von Systemverhalten im Störungsfall.

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Parallel dazu wird am Fraunhofer-Institut für Experimentelles und Technisches Ingenieurwesen (EMI) an der Charakterisierung von außergewöhnlichen Belastungen, wie Explosionen oder Extremwetterereignissen gearbeitet. Oftmals werden solche Belastungen jedoch in der Planung nicht ausreichend berücksichtigt.

Das Geschäftsfeld Sicherheit und Resilienz des Instituts nutzt Ingenieurmethoden und numerische Simulationen, die durch umfangreiche Tests validiert werden. Diese Methoden dienen der systematischen Charakterisierung von Gefährdungen, möglichen Schäden und notwendigen Schutzmaßnahmen. Anwendungsbeispiele finden sich im Schutz von Liegenschaften vor terroristischen Angriffen und im Explosionsschutz auf Werksgeländen.

Die Zusammenarbeit und die Erkenntnisse aus diesen beiden Forschungsfeldern verdeutlichen, wie wichtig es ist, innovative Ansätze zu entwickeln, um die Robustheit von Bauwerken zu bewerten und Maßnahmen gegen Starkwind- und Flutereignisse zu treffen. Umfassende Resilienzanalysen haben daher nicht nur akademische Relevanz, sondern sind auch für die praktische Anwendung in der Sicherheitstechnik von großer Bedeutung.

Für weitere Informationen zu den angesprochenen Themen lesen Sie die Artikel auf der Webseite der BTU hier und des Fraunhofer EMI hier.