Value of information driven innovation in structural health monitoring technology

Innovation plays a pivotal role in shaping the technological, industrial, and economic development of modern societies. Within structural integrity management, technologies are continuously developed to enhance safety, functionality, and cost efficiency. As infrastructures age and resources remain limited, the acquisition, implementation, and management of information must be optimized to ensure effective decision‑making. The basic idea of this doctoral thesis is that principles from decision value analysis, innovation theories, and technology readiness levels can be used to drive the development of built environment technologies. In this perspective, this thesis presents a decision analysis framework that allows for the forecasting of the benefits that a technology may generate in specific utilization scenarios. The decision analysis framework builds upon the concepts of predicted Value of Information, predicted Value of Actions, and predicted Value of Information and Action, which are herein defined as Values of Innovation. The decision value analyses can provide integral guidance in the development of a technology, e.g., in terms of technological performance characteristics, and of economic performance by integrating innovation attributes, such as relative advantage, complexity, compatibility, observability, and trialability. Three levels of decision value quantifications, namely, concept‑, experiment‑, and operation‑based, are introduced for alignment of innovation with decision value analysis. While the proposed framework can be potentially applied to various fields of integrity management, this thesis concentrates on the development and diffusion of Structural Health Monitoring technologies. Existing decision analyses in the scientific literature are classified, and research and development gaps are identified. Three case studies of concept‑based value quantifications, one case study of experiment‑based, and one of operation‑based value quantification are presented to describe the employment of the proposed framework in the development of Structural Health Monitoring technologies and to the extension of existing technologies to new applications. In addition, techniques for system state and information modeling for multi‑component systems are presented, broadening the applications of decision value analysis for the optimization of integrity management of complex structural systems.

L'innovazione, intesa come sviluppo e diffusione di nuove tecnologie, svolge un ruolo cruciale negli ambiti economici ed industriali della nostra società. Nel settore della gestione delle infrastrutture, lo sviluppo di nuove tecnologie di monitoraggio mira al miglioramento della sicurezza e della funzionalità, nonché all’ottimizzazione della manutenzione. Di fronte al progressivo invecchiamento delle infrastrutture e alla scarsità di risorse disponibili, diventa fondamentale ottimizzare l'acquisizione, l'elaborazione e l'utilizzo delle informazioni di monitoraggio per garantire una gestione efficace del patrimonio infrastrutturale. Questa tesi di dottorato si basa sul presupposto che i principi dell'analisi decisionale, le teorie dell'innovazione e i Technology Readiness Levels (Livelli di Maturità Tecnologica) possano orientare lo sviluppo di nuove tecnologie per la gestione delle infrastrutture. La tesi propone un framework fondato sull'analisi decisionale che consente di quantificare i benefici derivanti dall'implementazione di una nuova tecnologia in specifici contesti applicativi. Il Valore dell'Informazione, il Valore dell'Azione e il Valore dell'Informazione e dell'Azione vengono qui definiti collettivamente come "Valori dell'Innovazione" e proposti quali metriche per valutare lo sviluppo e la diffusione di nuove tecnologie. L'adozione del Valore dell'Innovazione come metrica consente di ottimizzare contemporaneamente le caratteristiche prestazionali ed economiche delle nuove tecnologie, integrando i cinque attributi fondamentali dell'innovazione: vantaggio competitivo, complessità, compatibilità, osservabilità e sperimentabilità. Nell'allineamento dei Livelli di Maturità Tecnologica con l'analisi decisionale, vengono identificati tre livelli di applicazione del Valore dell'Innovazione: concettuale, sperimentale e operativo. Sebbene questa tesi si concentri specificamente sullo sviluppo e la diffusione delle tecnologie di monitoraggio strutturale, il framework proposto risulta generalizzabile per lo sviluppo di altre tecnologie. La tesi presenta cinque diversi casi studio (tre di tipo concettuale, uno sperimentale e uno operativo) al fine di dimostrare l’applicabilità del framework. Inoltre, vengono introdotte alcune tecniche innovative per la modellazione di sistemi strutturali con più componenti, di informazioni locali e globali, e di azioni locali e globali, ampliando così le possibilità di applicazione del framework proposto a sistemi strutturali complessi.