Wir sorgen für einen nachhaltigen Schienenverkehr: Ein Insider-Blick auf die Entwicklung von Trip Optimizer™

Von William Schoonmaker und Kiron Viegas

Bild

Einführung: Die Hintergrundgeschichte

Trip Optimizer erreicht einen neuen Meilenstein in der Kraftstoffoptimierung und spart Eisenbahnen alle fünf Tage über eine Million Gallonen Kraftstoff ein. Das ist eine großartige Gelegenheit, einen Rückblick zu werfen. Es ist eine Geschichte, die zeigt, dass der Weg zur Innovation nicht linear verläuft und ohne die aktive Einbindung der Kunden nie etwas Großartiges erreicht wird.

Bild

Alles begann 2005. Ein Forschungs- und Entwicklungsteam arbeitete am Konzept einer batterieelektrischen Lokomotive. Um diese Bemühungen zu unterstützen, untersuchte eine Gruppe von Ingenieuren die Fahrmuster der Bahnbetreiber, um zu verstehen, was zum Laden und Entladen einer batteriebetriebenen Lokomotive erforderlich ist. Dabei stellten sie fest, dass es zwischen den einzelnen Betreibern enorme Unterschiede gab. Die Erkennung dieser unterschiedlichen Fahrmuster hatte zwei Auswirkungen: Erstens war es unmöglich, die Modelle für regeneratives Bremsen vorherzusagen. Und zweitens: Es zeigte, dass der Betrieb der Züge erheblich ineffizient war, was zu erhöhtem Treibstoffverbrauch und Verschleiß führte. Deshalb entwickelte das Technologieteam einen Algorithmus für das Fahren von Zügen, der die richtigen Regeln befolgte, um den Zug konsistent und vernünftig zu fahren. Und als sie fertig waren, wurde ihnen klar, dass sie sofort die Gelegenheit hatten, diesen neuen Algorithmus, der in die Automatisierung integriert ist, in regulären Dieselzügen einzusetzen. Das war die Inspiration für Trip Optimizer.

Entwicklung des Produkts

Bild

Trip Optimizer begann als intelligentes Tempomatsystem für Züge, das Terrain, Zugbeschaffenheit, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Betriebsbedingungen berücksichtigt, um ein optimales Geschwindigkeitsprofil und einen optimalen Reiseplan zu berechnen. Anfänglich steuerte Trip Optimizer nur ein Zugelement: den Gashebel. Im Laufe der Zeit weitete sich dies auf die Steuerung dynamischer Bremsen aus, und später auch auf die Meldung von Druckluftbremsen. Trip Optimizer wurde dann in die dezentrale Stromversorgung integriert, um eine automatische Funktion zur Verteilung der Stromversorgung zu schaffen, die es ermöglicht, längere Züge mit asynchron laufenden Fernbedienungen zu steuern. Dank dieser Zugabfertigungsfunktion waren die Besatzungen in der Lage, längere, schwerere Züge automatisch zu steuern. Darauf folgten weitere Funktionen zur Kraftstoffeinsparung, darunter Smart HPT, das die Zugleistung optimiert, indem die Pferdestärken pro Tonne des Zuges automatisch reduziert werden, ohne die Geschwindigkeit zu beeinträchtigen, und Pacing, das die Leerlaufzeiten im Netz neu verteilt und optimiert. Vor Kurzem wurde die automatische Bremssteuerung hinzugefügt, die den Bereich, in dem der Trip Optimizer arbeitet, vergrößert und so noch höhere Kraftstoffeinsparungen ermöglicht.

Ein weiteres interessantes Ereignis auf dem Weg war, dass die Züge größer wurden. Als die Idee für Trip Optimizer ursprünglich konzipiert wurde, wog ein großer Zug 10 oder 12 Tausend Tonnen. Heute sind 32 Tausend Tonnen ein großer Zug. Das ist ein enormer Anstieg der Größe der Züge, die Lokomotiven ziehen. Dennoch passt sich Trip Optimizer ständig an, um mit dieser Veränderung Schritt zu halten, indem es die Kraftstoffeinsparungen optimiert und die Zugabfertigung verbessert.

Die Lösung gestalten: Kundenfeedback

Während der Entwicklung von Trip Optimizer haben unsere Kunden — branchenführende Güterbahnen auf der ganzen Welt — die Lösung mitgeprägt. Beginnend mit der ersten Nutzerkonferenz, bei der ein Modell eines Trip Optimizer-Bildschirms geteilt wurde und wir viel Feedback erhielten, wurde Trip Optimizer in Zusammenarbeit mit Kundenfeedback entwickelt. Tatsächlich hat das Feedback der Kunden die Entwicklung von Trip Optimizer entweder vorangetrieben oder inspiriert, und diese Anregungen waren für das Design und den Funktionsumfang von entscheidender Bedeutung. Sehr oft waren es die Kunden, die sahen, wie ihre Züge funktionierten und sagten: Wenn Trip Optimizer auf meiner Eisenbahn funktionieren soll, muss er in der Lage sein, dasselbe zu tun wie die Leute. Deshalb haben wir sehr eng mit den Kunden zusammengearbeitet, um sicherzustellen, dass die Lösung den Anforderungen ihrer Eisenbahnen entsprach.

Plattform-Architektur

Seit seiner Einführung wurde Trip Optimizer entwickelt, um eine Lokomotive in Echtzeit zu steuern. Ursprünglich ging das am schnellsten, indem der Code des Trip Optimizers mit dem Code des Steuersystems verknüpft wurde, sodass das System direkten Zugriff auf Gas- und Bremssteuerung hatte. Und obwohl es schnell auf den Markt kam, hatten wir am Ende eine Plattform, die mit dem Code des Lokomotivsteuerungssystems verflochten war. Sie war zwar erfolgreich und funktionierte gut, aber ihre Wartung wurde aufwändig.

Infolgedessen wurde der Trip Optimizer-Code im Laufe der Zeit von der Steuersystemsoftware getrennt. Heute läuft Trip Optimizer in seiner eigenen Hochleistungsumgebung auf zwei Plattformoptionen: 1) GOLINC™, einer branchenerprobten Netzwerk-, Kommunikations- und Anwendungsmanagementplattform für die Eisenbahnindustrie, mit HPEAP. Und 2) Zugmanagement-Computer mit CPU 1900. Es verwendet eine AAR-konforme, nachrichtenbasierte Schnittstelle für die Kommunikation, sodass Trip Optimizer in jedes Lokomotivsystem integriert werden kann, das diese Sprache spricht. Darüber hinaus ermöglicht diese Plattformarchitektur schnellere Produktveröffentlichungen, um den Betreibern schnelle Verbesserungen und kleinere Korrekturen für ein optimales Trip Optimizer-Erlebnis zu bieten. Kurzum: Die unabhängige Plattformarchitektur ist ein großer Vorteil für unsere Kunden, die nun alle Vorteile einer gemeinsamen Benutzeroberfläche und skalierbarer Kraftstoffeinsparungen für ihre gesamte Lokomotivenflotte nutzen können.

Bild

Vorteile:

Trip Optimizer hilft Güterbahnen auf vier grundlegende Arten:

• Spart Kraftstoff und reduziert Emissionen: Wenn Sie den Zug optimal fahren, sparen Sie Kraftstoff. Die modulare Systemarchitektur von Trip Optimizer ermöglicht die schrittweise Integration verbesserter Funktionen zur Kraftstoffeinsparung. Auf diese Weise können Kunden Treibstoffeinsparungen hinzufügen und schrittweise skalieren, um ihre betrieblichen und nachhaltigen Umweltziele bestmöglich zu erreichen. Dazu gehört auch die Möglichkeit, 30% Kraftstoff einzusparen.
• Verbessert die Zugabfertigung: Mit Trip Optimizer können Kunden den Zug nach ihren Wünschen bauen und die Zugabfertigung mithilfe von Algorithmen von Physik und Automatisierung übernehmen lassen. Es ist ein Tool für Betreiber, das die Zugabfertigung einfach macht.
• Reduziert den Verschleiß der Lokomotiven: Mit dem Trip Optimizer werden die Kräfte im Zug reduziert, was zu einem geringeren Verschleiß der Lokomotiven führt.
• Erhöht das Situationsbewusstsein: Durch die Bereitstellung einer fortlaufenden Karte können sich die Betreiber einen umfassenden Überblick über die bevorstehenden Gleisbedingungen verschaffen.

Über die Autoren:

Bild

William Schoonmaker ist Produktmanager bei Wabtec. William verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Implementierung von Produkten für die Steuerung von Güterzügen, darunter über 10 Jahre Arbeit an Trip Optimizer.

Bild

Kiron Viegas ist Produktmanager bei Wabtec. Kiron war über 25 Jahre in den Bereichen Technik und Produktmanagement in der Technologiebranche tätig und hat eine Leidenschaft für die Lösung von Nachhaltigkeits- und Automatisierungsherausforderungen im Güterbahnbetrieb.