In einer Zeit, in der technische Systeme zunehmend durch Störungen gefährdet sind, haben Forschende der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) eine innovative Herangehensweise an das Thema Resilienz entwickelt. Anstatt Resilienz als statische Eigenschaft zu betrachten, verstehen die Wissenschafter diesen Begriff als einen zeitabhängigen dynamischen Prozess. Ihr Ziel ist es, den zeitlichen Verlauf von Störungen zu erfassen und nicht nur einzelne Kennwerte zu analysieren. Dies könnte weitreichende Folgen für kritische Infrastrukturen haben.

Peter Langendörfer, einer der Hauptverantwortlichen für das Forschungsprojekt, beschreibt, dass Resilienz wie ein Film betrachtet werden muss. So lässt sich die Reaktion eines Systems auf unterschiedliche Störungen besser verstehen. Der neue Ansatz gliedert sich in drei zentrale Aspekte: das Ausmaß der Störung, die Geschwindigkeit der Stabilisierung und die Dauer der Nachwirkungen der Störung. Dies nennt der Wissenschaftler die Risikotrajektorie. Ein besonderes Augenmerk liegt auf dem «Peak», dem maximalen Ausschlag der Störung, sowie der «Dämpfung», der Erholungsdynamik des Systems. Resilienz wird somit als Ergebnis des Zusammenspiels von Störungsstärke und Erholungsfähigkeit verstanden.

Systematische Charakterisierung von Gefährdungen

Die Forscher weisen darauf hin, dass klassische statische Bewertungsansätze häufig die Unterschiede in Erholungsdauer und Gesamtbelastung nicht adäquat erfassen. Dies soll mit dem neuen Ansatz der BTU behoben werden, der praktische Resilienzbewertung mit der mathematischen Theorie dynamischer Systeme verbindet. Dies ermöglicht eine messbare und erklärbare Resilienz, die auf Stabilität, Rückkopplung und dem zeitlichen Verhalten basiert.

Spannend ist auch die Schnittstelle zu dem Geschäftsfeld Sicherheit und Resilienz des Fraunhofer Institutes für Konstruktionstechnik (EMI). Dieses hat sich auf die Charakterisierung von außergewöhnlichen Belastungen wie Explosionen oder Extremwetter spezialisiert. Diese Belastungen werden oftmals in der Planungsphase nicht ausreichend berücksichtigt. Mit Hilfe von Ingenieurmethoden und numerischen Simulationen entwickelt das EMI Lösungen, um die Robustheit von Bauwerken zu bewerten und Gefährdungen, mögliche Schäden und Schutzmaßnahmen systematisch zu charakterisieren.

Einige Anwendungen umfassen den Schutz von Liegenschaften vor terroristischen Angriffen, den Explosionsschutz auf Werksgeländen sowie Schutzmaßnahmen gegen Starkwind- und Flutereignisse. Diese Ansätze sind essenziell, um die Resilienz von Infrastrukturen zu stärken und die Auswirkungen von Störungen zu minimieren.

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Zukunftsausblick und Validierung des Ansatzes

Die nächsten Schritte der BTU-Forschenden beinhalten die Validierung ihres Ansatzes mit realen Daten und die Übertragung auf komplexere Systeme. Dabei sollen datengetriebene und KI-basierte Methoden verwendet werden, um das Verhalten von Systemen im Störungsfall vorherzusagen und zu steuern. Diese Entwicklungen könnten dazu beitragen, dass technische Systeme in Zukunft stabiler und widerstandsfähiger gegen Störungen werden, was nicht nur für die Industrie, sondern auch für die Gesellschaft von Bedeutung ist.

Insgesamt zeigt sich, dass der dynamische Ansatz zur Resilienz nicht nur einen Paradigmenwechsel in der Forschung darstellt, sondern auch praktische Anwendungen in der Ingenieurtechnik und darüber hinaus offeriert. Damit könnte die Resilienz von technischen Systemen auf ein neues Niveau gehoben werden, was gerade in unausweichlich herausfordernden Zeiten ein wichtiges Anliegen ist. Weitere Informationen zu den innovativen Methoden der BTU finden Sie in ihrem Artikel unter BTU News und zum Thema Sicherheit und Resilienz beim Fraunhofer EMI.