Academici en bedrijven rekenen samen aan golven

Case

Academici en bedrijven rekenen samen aan golven

Golfbestendige maritieme constructies ontwikkelen met nauwkeurige software.

Binnenkort loopt het maritieme project ComMotion ten einde. In dit project werken academici en bedrijven samen aan software die heel precies de impact van golven op maritieme constructies kan berekenen. Alle partijen profiteren van de samenwerking. ‘Het is tweerichtingsverkeer.’

Tekst: Nienke Beintema

Het containerschip vaart in een vliedende storm. De windkracht neemt toe en de golven worden steeds groter, evenals de bewegingen van het schip zelf. Al snel rollen de golven over het dek van het schip. Welke krachten moet het schip dan kunnen weerstaan? 

Verderop staat een windturbine in zee. Keer op keer beuken de golven ertegenaan, alsmaar in dezelfde frequentie. Hoe lang duurt het voordat er materiaalmoeheid optreedt? 

Op een boorplatform, niet ver ervandaan, raken de werklieden in de problemen. Ze willen hun ‘vrije-val-reddingsboot’ vanaf het platform te water laten, maar vanaf welke hoogte kun je die veilig laten vallen bij deze golfgrootte?

Reddingsboten boorplatform

Dat zijn allemaal vragen waar de scheepvaart- en offshore-industrie in realiteit mee te maken hebben. Het is een werkveld op zichzelf: het ontwerp van constructies die blootstaan aan golfwerking, en die die golfwerking zelf ook nog eens beïnvloeden door hun bewegingen en door hun materiaaleigenschappen. Sinds het jaar 2000 werken de Rijksuniversiteit Groningen, TU Delft, Deltares, FORCE Technology en het Maritiem Research Instituut Nederland (MARIN) samen aan software die dergelijke krachten kan berekenen. Sinds 2013 heeft hun samenwerking de vorm van een Joint Industry Project (JIP) onder de naam ComMotion. Het wordt gezamenlijk gefinancierd door NWO, de academische partners en deelnemende bedrijven.

Wisselwerking met de praktijk

'Dit onderzoek is gestart op initiatief van MARIN', vertelt Arthur Veldman, hoogleraar Toegepaste Wiskunde aan de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en projectleider van ComMotion. 'De ingenieurs van MARIN wisten dat ik jarenlang bij het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium had gewerkt aan het klotsen van vloeistoffen aan boord van satellieten. Zij waren benieuwd of de rekenmethoden die ik daarvoor ontwikkelde, ook geschikt zouden zijn om te rekenen aan grote golfbewegingen op zee.' 

In het jaar 2000 startten de RUG en MARIN samen een project met Europees geld; vervolgprojecten liepen via wat nu NWO-domein Toegepaste en Technische Wetenschappen (TTW) is. Het meest recente project, ComMotion, eindigt dit najaar. 
'Aan het begin van onze samenwerking hebben we er meteen een aantal grote bedrijven bij betrokken', vertelt Veldman,'onder meer oliemaatschappijen, scheepswerven en de instellingen die zich met classificatie bezighouden. De betrokkenheid van die bedrijven is cruciaal. Zij kunnen ons precies vertellen wat de relevante vragen zijn.'

Ze zeggen weleens: toepassingen forceren wetenschappelijke innovatie. Ik sta daar volledig achter.
- Prof. Arthur Veldman (RUG)

Is dat niet een opmerkelijke benadering voor een academicus? Bestudeert die niet liever de fundamentele vragen? Veldman lacht en denkt even na. 'Ik ben primair een wiskundige, geen ingenieur', antwoordt hij dan. “Ik probeer de fundamenten van dit soort rekenwerk te begrijpen. Hoe moeten dit soort modellen in elkaar zitten? Dat is de basis van ons werkveld: de Computational Fluid Dynamics, of CFD. Maar het waardevolle is nu juist dat zodra je die berekeningen gaat toepassen in de praktijk, je aanloopt tegen de beperkingen ervan.'

Veldman en zijn academische collega’s krijgen van bedrijven heel directe feedback, zo vertelt hij. 'Dan zeggen ze: ‘Dit werkt nog niet goed genoeg, ga maar weer terug naar de tekentafel.’ Het is tweerichtingsverkeer. Bijna ieder onderdeel van onze berekeningen is nu anders – en beter – dan 20 jaar geleden, juist dankzij die wisselwerking met de praktijk. Ik vind dat ongelooflijk stimulerend. Ze zeggen weleens: toepassingen forceren wetenschappelijke innovatie. Ik sta daar volledig achter.'

Software voor golfbestendige schepen

Het rekenwerk van Veldman en zijn collega’s heeft geresulteerd in concrete software, genaamd ComFLOW. Daarmee kunnen bedrijven die schepen en offshoreconstructies ontwerpen en maken, hun producten golfbestendiger maken. De software, die zal worden beheerd en nu al intensief wordt gebruikt door MARIN, is toegankelijk voor alle bedrijven die in het project deelnemen.  

Zana SulaimanZana Sulaiman (Computational Fluid Dynamics Engineer) van ontwerp- en ingenieursadviesbureau GustoMSC, partner in ComMotion: 'Er bestaat commerciële software die de impact van golven kan berekenen, maar die is erg duur en voldoet niet altijd aan de specifieke eisen. Daarom zijn wij als gebruiker meteen mee gaan doen met dit project.'

Eén daarvan is GustoMSC. 'Wij zijn een ontwerp- en ingenieursbureau gespecialiseerd in mobiele offshore-platforms en gereedschap', vertelt Zana Sulaiman, CFD engineer bij GustoMSC. 'Een voorbeeld zijn de ‘schepen op vier poten’: hefeilanden die worden gebruikt voor de installatie van windturbines op zee.' Die werken soms in ondiep water, zo legt hij uit, en hebben dus te maken met brekende golven. Die maken het rekenwerk extra ingewikkeld. 'Er bestaat commerciële software voor dit soort berekeningen', vertelt Sulaiman, 'maar die is erg duur en voldoet niet altijd aan de specifieke eisen. Daarom zijn wij meteen gaan meedoen aan de eerste JIP’s, en zijn we in 2013 ook in het ComMotion-project gestapt.'

Het concept sprak zijn bedrijf aan: dat academici en bedrijven samen software ontwikkelen op basis van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van CFD. 'En dat wij vanaf het begin als gebruiker bij dat proces betrokken zijn', benadrukt Sulaiman, 'waarbij steeds ook onze wensen worden meegenomen, en wij ook tussentijds al profiteren van de kennisuitwisseling tussen al die partijen.'

Nauwkeurig en betrouwbaar

Tot nu toe heeft GustoMSC enkel positieve ervaringen met de software. 'De resultaten die eruit komen, zijn nauwkeurig en betrouwbaar', meent Sulaiman. 'We zijn er zelf heel positief over – en onze klanten ook.' De meerwaarde voor zijn bedrijf kan hij moeilijk in geld uitdrukken, antwoordt hij desgevraagd. 'Voorheen adviseerden wij onze klanten op basis van literatuurstudies en experimentele waarden', zegt hij. 'Nu doen we dat met de ComFLOW-software. Dat gaat veel sneller en efficiënter. En vergelijkingen tussen de oude en de nieuwe methode laten zien dat ComFLOW ook nog eens veel nauwkeuriger is.'

Zonder dit NWO-TTW-project was de software nooit zo goed geworden, meent zowel Sulaiman als Veldman. 'Zo’n constructie waarbij bedrijven, universiteiten en NWO allemaal een deel van het geld bijeenbrengen, was in dit geval doorslaggevend', vindt Sulaiman. 'Op een andere manier is het bijna niet mogelijk om betaalbare software te ontwikkelen en te valideren.' Bovendien is de uitkomst van betere kwaliteit, juist door de wisselwerking tussen de partijen. 

30 bedrijven gebruiken de software

We moeten niet onderschatten hoeveel bedrijven van de software gebruikmaken, benadrukt Joop Helder van MARIN. 'Aan het huidige project doen negen bedrijven mee', zegt hij, 'maar als je ook de drie voorgaande projecten meerekent, dan gaat het toch al gauw om 25 à 30 bedrijven die nu over een versie van de software kunnen beschikken', zegt hij. 'Daar zijn een paar heel grote bij, zoals Shell en het classificatiebedrijf DNVGL. En dan zijn er nog de bedrijven die klant zijn bij de deelnemende bedrijven, en die dus indirect een beroep doen op de software.' 

Het ontwikkelen van nieuwe software op wiskundige basis is zo kostbaar, dat bedrijven dat op eigen gelegenheid niet snel zullen doen. Nu kunnen ze voor een relatief laag bedrag instappen.
- Joop Helder (MARIN)

Kunnen die grote bedrijven dit onderzoek niet zelf financieren? 'Bij dit soort innovatief onderzoek weet je niet direct wat de baten zullen zijn', antwoordt Helder. 'Het is algemeen onderzoek, dus niet projectspecifiek. Ook voor hen is het heel lastig daar middelen voor vrij te maken.' Het ontwikkelen van nieuwe software vanuit de wiskundige basis is zo kostbaar, dat bedrijven dat op eigen gelegenheid niet snel zullen doen. 'Nu kunnen ze voor een relatief laag bedrag instappen', zegt Helder. 'En omdat NWO-TTW ook steun geeft, weten ze: dit is wetenschappelijk gedegen onderzoek, en er komt een concreet eindproduct uit. Dat geeft ze het vertrouwen om ook mee te doen.'

Partners in het project ComMotion: TU Delft, Rijksuniversiteit Groningen, Deltares, MARIN, GustoMSC, FORCE Technology en Damen Shipyards Group. De partners HHI en DNV-GL zijn onderdeel van het brede consortium (JIP).

Relevant voor andere vakgebieden

Het project loopt dan nu weliswaar ten einde, maar de gebruikers uit het project zullen elkaar én de onderzoekers blijven opzoeken, vermoedt Veldman. Bovendien is de software nooit af. De academici ontwikkelen nog altijd nieuwe en betere rekenmethoden. Veldman lacht. 'Maar tegelijkertijd komen er ook steeds problemen bij. We zouden ook nog luchtbelletjes aan het systeem kunnen toevoegen, of chemische reacties. We zijn nooit uitgerekend.' Maar het leuke is volgens hem dat dit maritieme werk daarmee ook steeds relevanter wordt voor andere vakgebieden, zoals de lucht- en ruimtevaarttechniek, de biomedische wetenschap en de meteorologie. 'Misschien gaan die onze software ooit ook wel gebruiken.'

Meer informatie