«Умный вагон»

 

О концепции «умного вагона» рассказывает Анна Орлова, доктор технических наук, заместитель генерального директора по научно-техническому развитию ПАО «НПК “Объединенная вагонная компания”» (ПАО «НПК “ОВК”»).

 

 

 

 

 

 

 

 

Наш железнодорожный холдинг осуществляет полный цикл работ с грузовым вагоном — от его разработки и производства до эксплуатации, сервисного обслуживания и ремонта. Мы, безусловно, рассматриваем мировой опыт применения различных цифровых технологий в области вагоностроения, которые позволяют минимизировать или вовсе исключить человеческий фактор в принятии решений, обеспечить открытость информации и повысить безопасность движения.

До сих пор не ясно, размещение каких электронных систем на грузовом вагоне либо в составе инфраструктуры могло бы дать экономический эффект для грузовых перевозок, собственников и операторов грузовых вагонов. Для начала нужно ответить на вопрос: а что конкретно мы хотим получить от «умного вагона»? Концептуально мы видим четыре задачи, которые может решать электронная система.

Первая — непрерывный контроль состояния грузового вагона в эксплуатации: есть ли дефекты на поверхности катания колес, в норме ли рессорное подвешивание, не произошел ли перегруз и т.д.? Эта довольно тривиальная задача, которую пытаются решать различные научные организации как в нашей стране, так и за рубежом, могла бы обеспечить ремонт по состоянию, повысить выявляемость скрытых неисправностей, снизить воздействие на железнодорожный путь за счет своевременного выявления дефектов на поверхности катания колес.

Вторая задача, в решении которой может быть заинтересован владелец инфраструктуры, — это возможность контроля технического состояния пути за счет проведения измерений на грузовых вагонах. Речь идет о регистрации динамических показателей, изучении взаимодействия вагона с железнодорожным путем и выявлении участков, требующих первоочередного ремонта.

Следующая задача системы «умный вагон» — контроль соблюдения условий эксплуатации. Она подразумевает выявление событий несоответствия условий эксплуатации вагона нормативам. Например, ударили вагон с горки со слишком большой скоростью или со слишком большой силой, действующей на автосцепку, повредили грейфером на разгрузке — все эти события можно отслеживать. При решении такой задачи возникает конфликт интересов. С одной стороны, собственник подвижного состава заинтересован в том, чтобы с его вагонами обращались аккуратно. С другой стороны, те, кто их эксплуатирует, не заинтересованы в том, чтобы были раскрыты факты неправильного обращения с вагонами в привязке ко времени и GPSкоординатам.

Наконец, четвертая задача и возможность применения системы «умный вагон» — контроль израсходованного ресурса. Это длительное наблюдение за эксплуатацией вагона и его динамической нагруженностью, в результате которого можно было бы сделать вывод, исчерпал он свой назначенный ресурс или еще нет.

Если говорить о технической стороне вопроса создания «умных вагонов», то, по нашим оценкам, переход от научных исследований к практике может занять порядка трех лет. Столько времени нужно для запуска пилотных проектов в этой области. Почему так долго?

Во-первых, в отличие от пассажирского вагона или моторвагонного подвижного состава, на грузовом нет надежного источника энергии. Соответственно, любая электронная система, которую хотелось бы разработать для «умного грузового вагона», будет привязана к вопросу разработки надежного источника энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Во-вторых, нужно решить непростую техническую задачу организации сбора и обработки информации о событиях, поскольку все те методы и средства измерения, которые до сих пор применяются при испытаниях подвижного состава, совершенно не рассматривают вопрос энергоэффективности.

В основном при измерениях воздействий на вагон, которые делают в процессе испытаний, используются тензорезисторные датчики, потребляющие огромное количество электроэнергии, доступной на грузовом вагоне. Разработка системы датчиков, усилителей, преобразователей, обрабатывающих контроллеров, которые собирали бы всю информацию с учетом доступной электроэнергии и потребляемой мощности, — это серьезная задача, до сих пор не решенная и идущая вразрез с действующей нормативной документацией на испытания вагонов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кроме того, есть проблема с идентификацией событий. До сих пор мы при испытании нового подвижного состава ставили себе задачу определить, соответствует вагон нормативным требованиям либо не соответствует при известном заданном воздействии на него. А в «умном вагоне» необходимо реализовать непрерывные измерения в процессе эксплуатации и на их основе выявлять, какому сценарию работы они соответствуют. Вагон ударили с горки или грейфером — требуется различить эти события по измерениям на вагоне. Какое событие вызвало измеренное сочетание показателей — это тоже нерешенная научная задача, которой необходимо заниматься.

Финальная большая надстройка над всей информацией, которая может быть получена на базе измерений, выполненных на вагоне, — система управления Big Data. Безусловно, таких систем может быть разработано много, но центр управления Big Data, вероятно, должен быть единый и работать по единым протоколам. Сейчас Союз «Объединение вагоностроителей» в своей программе НИОКР занимается такой задачей, как создание единой телеметрической системы, которая впоследствии позволила бы управлять всей собираемой информацией.

В отдельных странах мира нашли свое применение те или иные элементы «умного грузового вагона». К примеру, на одной из железных дорог Австралии внедрена система, когда на грузовом вагоне стоят солнечные батареи и датчики отслеживают состояние железнодорожного пути, его постепенную деградацию, а затем выдают предупреждения соответствующему подразделению о том, что пора ремонтировать конкретный участок железнодорожного пути. Это работоспособная система при практически неограниченном доступе к солнечной электроэнергии. Есть примеры действующих систем, которые выявляют дефекты колес. Такая система, например, внедряется в США. На адаптерах колесных пар размещены датчики ускорения, усилитель и блок, который обрабатывает измеренные ускорения и идентифицирует ползуны и выщербины. В Европе существуют системы контроля некоторых событий, связанных с эксплуатацией грузового вагона, например ударов при перевозках.

В настоящее время участникам рынка грузовых железнодорожных перевозок необходимо определиться, какая из возможностей «умного вагона» окажется востребованной в России.