持続可能な鉄道への電力供給：トリップオプティマイザー™ の進化に関するインサイダーによる考察

ウィリアム・スクーンメーカーとカイロン・ビエガス

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イントロダクション:バックストーリー

Trip Optimizerは燃料最適化という新たなマイルストーンを達成し、鉄道の燃料消費量を5日ごとに100万ガロン以上削減しました。振り返ってみる絶好の機会です。イノベーションへの道筋は直線的ではなく、顧客の積極的な関与なくして大きな成果は得られないということを物語っています。

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すべては2005年に始まりました。ある研究開発チームが、電池式電気機関車のコンセプトに取り組んでいました。この取り組みを支援するために、ある技術者グループが鉄道事業者の運転パターンを調査し、バッテリー駆動の機関車を充放電するには何が必要かを理解しようとしていました。そうしているうちに、ある運転者と別の運転者の間には非常に大きなばらつきがあることがわかりました。このような運転パターンのばらつきを認識したことには 2 つの影響がありました。1 つ目は、回生ブレーキモデルの予測が不可能になったことです。そして 2 つ目は、列車の運行方法が著しく非効率で、その結果、燃料使用量が増加し、摩耗や摩耗が増加したことが明らかになったことです。そこで、技術チームは、列車を一貫して賢明に運転するための正しいルールをすべて満たす列車運転アルゴリズムを開発しました。そして完成すると、オートメーションと統合されたこの新しいアルゴリズムを通常のディーゼル列車ですぐに使用できることに気付きました。それがトリップオプティマイザーのインスピレーションでした。

製品の進化

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Trip Optimizerは、地形、列車の構成、速度制限、運行条件を考慮して最適な速度プロファイルと旅行計画を計算する列車用のスマートクルーズコントロールシステムとして始まりました。当初、トリップオプティマイザーが制御していたのは、スロットルという1つの列車要素だけでした。時が経つにつれ、これはダイナミック・ブレーキの制御にまで拡大し、後にエア・ブレーキ・アドバイザリーにも拡大していきました。その後、Trip Optimizerは分散型電源と統合され、自動独立型の分散型電源機能を実現しました。これにより、リモコンが非同期で動作する長い列車の制御が可能になります。この列車ハンドリング機能のおかげで、乗組員はより長く重い列車を自動的に制御できるようになりました。これに続いて、速度に影響を与えずに列車のトン当たりの馬力を自動的に減らすことで列車の性能を最適化するスマートHPTや、ネットワーク上のミートスラックタイムを再配分して最適化するペーシングなど、より多くの燃料節約機能が導入されました。最近では、自動エアブレーキ制御が追加されました。これにより、Trip Optimizerが動作する範囲が広がり、さらに燃料を節約できます。

途中で起こったもう一つの興味深い出来事は、列車が大きくなったことです。トリップオプティマイザーのアイデアが最初に思いついたとき、大きな列車は1万トンから12,000トンでした。現在、3万2千トンは大きな列車です。それは機関車が引っ張る列車のサイズの大幅な増加だ。それでも、Trip Optimizerは、燃料節約を最適化し、列車のハンドリングを改善することで、この変化に遅れないように常に適応しています。

ソリューションの形成:お客様からのフィードバック

Trip Optimizerの開発を通じて、業界をリードする世界中の貨物鉄道会社であるお客様が、ソリューションを形作ってきました。Trip Optimizer画面のモックアップが共有され、多くのフィードバックが寄せられた最初のユーザー会議を皮切りに、Trip Optimizerはお客様の意見を取り入れて設計されました。実際、お客様の意見がTrip Optimizerの開発の原動力になったり、インスピレーションを与えたりしました。その意見は、その設計と機能セットに不可欠でした。「Trip Optimizerが私の鉄道で機能するのであれば、人々と同じことができるはずだ」と、列車の仕組みを見て、「Trip Optimizerが私の鉄道で機能するのであれば、それは人々と同じことができるはずだ」と言うお客様もよくいました。そこで、私たちはお客様と緊密に連携して、ソリューションが鉄道のニーズを満たしていることを確認しました。

プラットフォームアーキテクチャ

Trip Optimizerは創業以来、機関車をリアルタイムで制御するように設計されていました。もともと、そのための最も手っ取り早い方法は、Trip Optimizerのコードを制御システムのコードと同じ場所に配置して、制御スロットルとブレーキに直接アクセスできるようにすることでした。そして、市場投入までの時間は短かったものの、最終的には機関車の制御システムコードと絡み合ったプラットフォームができあがりました。そのため、成功してうまく機能したものの、保守が大変になりました。

その結果、時間の経過とともに、Trip Optimizerのコードは制御システムソフトウェアから分離されました。現在、Trip Optimizerは2つのプラットフォームオプションを備えた独自の高性能環境で動作しています。1）GoLinc™ は、業界で実績のある鉄道業界向けのネットワーク、通信、アプリケーション管理プラットフォームであり、HPEAPを搭載しています。2) CPU 1900 を搭載した列車管理コンピューター。AAR 準拠のメッセージベースのインターフェースを使用して通信を行うため、Trip Optimizer はその言語を話すあらゆる機関車システムと統合できます。さらに、このプラットフォーム・アーキテクチャにより、製品リリースの迅速化が可能になり、オペレーターはTrip Optimizerを最大限に活用するための機能強化や軽微な修正を迅速に受けることができます。つまり、独立したプラットフォームアーキテクチャは、共通のユーザーインターフェイスと機関車全体にわたるスケーラブルな燃料節約というメリットを最大限に享受できるお客様にとって大きなメリットです。

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メリット:

トリップオプティマイザーは、次の 4 つの基本的な方法で鉄道の貨物輸送を支援します。

• 燃料の節約と排出量の削減:列車を運転することで燃料を最適に節約できます。Trip Optimizerのモジュラーシステムアーキテクチャにより、強化された燃料節約機能を段階的に統合できます。これにより、お客様は、30% の燃料節約への道筋を含め、運用上および持続可能性上の環境目標を最もよく満たすように、燃料節約量を追加したり段階的に拡大したりすることができます。
• 列車のハンドリングの向上:Trip Optimizerを使うと、お客様は希望どおりの列車を作ることができ、アルゴリズムを使って物理と自動化で列車のハンドリングを行うことができます。列車のハンドリングを容易にするオペレーター向けのツールです。
• 機関車の摩耗を軽減:Trip Optimizerを使用すると、列車内の力が軽減され、その結果、機関車の摩耗が減少します。
• 状況認識の向上:ローリングマップを提供することで、オペレーターは今後の線路状況について高度な洞察を得ることができます。

著者について:

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ウィリアム・スクーンメーカーはワブテックのプロダクトマネージャーです。ウィリアムは、Trip Optimizerでの10年以上の経験を含め、貨物列車の制御用製品の開発と実装に25年以上携わってきました。

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キロン・ビエガスはワブテックのプロダクトマネージャーです。Kironは、テクノロジー業界で25年以上にわたってエンジニアリングと製品管理の職務に携わり、貨物鉄道事業における持続可能性と自動化の課題の解決に情熱を注いでいます。