“Lego”-doos voor sluizen vergemakkelijkt grootschalige renovatie

Een algoritme dat leidt tot lego-achtige modules om sluizen uit op te bouwen. Dat is waar Tim Wilschut 28 november op promoveert aan de TU Eindhoven. De “lego”-sluismodules van Wilschut moeten het vervangen en renoveren van uiteindelijk alle 127 sluizen van Rijkswaterstaat eenvoudiger en goedkoper maken. Het algoritme vervangt de ontwerper van sluizen niet, maar maakt diens leven juist veel gemakkelijker.

In de eerste helft van de 20ste eeuw zijn er in Nederland veel sluizen gebouwd. De komende decennia zullen velen daarvan aan het einde van hun levensduur komen en moeten worden vervangen of gerenoveerd. Historisch zijn sluizen projectmatig gebouwd en is elke sluis uniek. Rijkswaterstaat, de beheerder van 127 grote sluizen op het hoofdvaarwegennet, wil meer modularisatie en standaardisatie om het beheer te vereenvoudigen. In andere woorden, Rijkswaterstaat is op zoek naar een “lego”-doos voor sluizen met basis- en gespecialiseerde componenten. Die basis- en gespecialiseerde componenten zullen dan als legoblokjes in elkaar geklikt moeten worden. Dat wil zeggen dat verjongde sluizen ontworpen moeten worden met deze componenten. Het voordeel is dat men de sluizen sneller en goedkoper kan renoveren of vervangen. Totale kosten van het vervangen en renoveren van de sluizen worden voor de komende decennia geschat op 2 à 3 miljard euro, dus een kleine verbetering in efficiëntie scheelt al snel tientallen miljoenen. Bovendien moet dit de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van sluizen ten goede komen.

Sluisfamilies

Wilschut is eerst kenmerken van de sluizen van Rijkswaterstaat gaan verzamelen in een grote tabel, zoals afmetingen, type schepen, type deuren en type nivelleersystemen (hoe water in en uit de kolk komt). Door middel van een algoritme vergeleek hij de verschillende sluizen met elkaar. Daaruit volgde dat er ruwweg zeven families van sluizen zijn. Van elke familie is weer één representatieve sluis genomen, waarbij gekeken is uit welke onderdelen die sluis bestaat en hoe elk onderdeel interactie heeft met elk ander onderdeel. Zo'n interactie kan zijn "zit aan elkaar vast", maar kan ook zijn "geeft energie door". Door al deze interacties in een grote tabel te zetten, is eenvoudig te zien welke onderdelen veel interactie met elkaar hebben en welke onderdelen niet (zie afbeelding). Door de verschillende onderdelen met het algoritme te sorteren, is geconcludeerd dat er grofweg 9 groepen van modules nodig zijn. Voorbeelden van een modulegroep kunnen zijn: de besturing, of de sluisdeur. Van elk legoblokje binnen een module kan weer net een andere uitvoering gemaakt worden (om waar nodig bijvoorbeeld een bredere sluisdeur te maken).

Sluizen van “lego”-blokjes

Dat de sluisonderdelen en de interacties tussen de sluisonderdelen zo goed te groeperen zijn, laat zien dat de module-aanpak mogelijk is. Met andere woorden: sluizen zijn te ontwerpen als tot onderdelen die als “lego”-blokjes in elkaar moeten kunnen klikken. Zo is er dus een groep modules te ontwerpen die allemaal dienen om een sluisdeur te kunnen maken, en een groep modules dat samen de besturings- en bedieningsmodule omvat.

Terloops ontwikkelde Wilschut ook nog een specificeertaal, een soort computertaal die zowel door mensen als door computers te lezen is. De eisen voor een sluis en voor de componenten daarvan, zoals hoeveel boten er per uur doorheen moeten kunnen en hoe sterk een sluisdeur moet zijn, zijn nu nog opgeschreven in documenten van vele tientallen pagina's. Omdat de interpretatie van dat pakket aan eisen nog wel eens mis gaat, is Wilschut's specificeertaal een welkome verbetering. Het brengt veel duidelijkheid en structuur aan in de bergen van informatie, zodat er meer aandacht besteed kan worden aan kwaliteit, aanpassingsvermogen en het verbeteren van de levensduur van de sluis.

Commercialisering

Wilschut's onderzoek heeft al eerder erkenning opgeleverd. Zo heeft hij de Innovation Award in de TU/e Contest gewonnen en was hij finalist bij de Philips innovation Awards. In oktober van dit jaar heeft Wilschut samen met Tiemen Schuijbroek het bedrijf Ratio opgericht, met als doel het verder uitwerken van het algoritme met bijbehorende software en het commercialiseren van zijn onderzoeksresultaten.