ワブテックのエンジニアリングイノベーションの生きた遺産
ワブテックの155年にわたるイノベーション。貨物鉄道業界を形作った最近のブレークスルーを詳しく見てみましょう。
2024年にワブテックの155周年を迎えるにあたり、同社の優れたエンジニアリング系図を、ジョージ・ウェスティングハウス、トーマス・エジソン、ルイ・フェイブリーという創立三人組にまでさかのぼりたいという誘惑は確かに強いです。
ウェスティングハウス-エジソン鉄道初のブレーキシステム-最初の電気機関車「フェイブリー」-最初のパンタグラフ
これらの技術のそれぞれが、ワブテックが鉄道業界に革命を起こすことを可能にしました。
しかし、ワブテックがその名高い過去を振り返ったからといって、鉄道技術の世界的リーダーになったわけではありません。むしろ、その豊富なイノベーション基盤を基盤として、顧客の鉄道性能を継続的に改善し、変革してきました。
簡単に言えば、イノベーションはWabtecにとって単なる「遺産」ではなく、約5,000人の強力なエンジニアリング部隊によって日々強化されている生きた遺産です。
この違いを念頭に置いて、ワブテックの貨物鉄道業界における破壊的イノベーションとエンジニアリングの驚異の最近の歴史を考えてみましょう。
課題：
大型列車の牽引力を高めるイノベーション：AC機関車
1990年代、ワブテック社は貨物機関車市場でEMD社と競合していました。世界中の主要鉄道会社では、直流機関車の始動能力と継続的な牽引力能力に制約がありました。
それはもうすぐ変わろうとしていました。
「AC機関車の父」であるAJクマール（2022年にジョージ・ウェスティングハウスの361件の特許件数を超えた）が率いるワブテックのエンジニアは、現代の貨物機関車の効率と運搬能力を書き換える新しい種類のモーターの開発に「システムエンジニアリング」アプローチを採用しました。ACトラクションシステムが誕生しました。
ワブテックのエンジニアリング担当副社長、アラン・ハミルトンはこう回想しています。「当時の競合他社は、EMDをはじめとする競合他社はすべて、より牽引力のある機関車を大型貨物輸送のお客様に提供するという同じ問題に焦点を当てていました。「彼らの多くはソリューションを外部委託しようとしましたが、私たちはそれをすべて社内に留めました。私たちはこの機会に、機関車全体の視点、つまり機関車を機能させるエンジン、トラクションシステム、制御装置の相互接続という課題に目を向け、新しい種類の機関車のアーキテクチャを構築し、特に大型輸送のお客様のニーズに合わせて最適化しました。」
この総合的なシステム・エンジニアリング・アプローチは驚異的な成果をもたらし、「機能する」AC機関車だけでなく、牽引力を最大化するための高度な熱機能（モーター）、接着機能（ホイール）、および個別の車軸制御（パワーエレクトロニクス制御）を備えた最適化されたコンポーネントで構築された最上位のパワーハウスを実現しました。
機関車の「重要な器官」と同様に、個々のコンポーネントの背後にあるエンジニアリング上の偉業は数多くありますが、真の革新は、これらの部品がどのように連携して最適化された全体を構築したかです。このシステムにより、牽引力が突然166,000ポンドという継続的な定格にまで向上しました。これは、以前のDC機関車と比べて60％近く増加しています。突然、5台のDC機関車を引っ張る必要があった負荷の顧客が、代わりに3台のAC機関車を使用できるようになり、生産性、効率、人件費、保守費のルールが一挙に書き換えられました。
「率直に言って、私たちも業界も、振り返ることはありませんでした。WabtecはAC機関車のアーキテクチャを最初から正しく理解していました」とハミルトンは言います。「これはまた、今日まで直流機関車をACプラットフォームに転換するという、機関車の近代化事業を成功させるための土台にもなりました。」
ワブテックのエアコンの進歩は鉱業にも波及し、最終的にはファーストクラスのコマツ930Eトラックが誕生しました。このトラックは、運搬量の増加とライフサイクル全体のコストの削減により、2000年代を通じて業界標準となりました。どの企業が採掘を行っていても、ワブテックとその顧客はAC技術で金メダルを獲得しました。
課題:
ますます厳しくなる温室効果ガス排出基準への対応イノベーション:コンプライアンスの義務化+燃料節約 = Evolution Series Engines
2000年代初頭から、ますます厳しくなる温室効果ガス (GHG) 排出基準 (Tier 2～Tier 4) が相次ぎ、貨物機関車のエンジンの設計に影響を及ぼしました。繰り返しになりますが、競合他社はコンプライアンスを維持するために個別の修正方法を選択しましたが、ワブテックは総合的なシステムエンジニアリングアプローチを採用しました。
「競合他社は、新しい排出ガス規制の解決策を「エンジン」の問題と見なしていました。既存のエンジンをいじって「デチューン」して適合させたのです」とハミルトンは言います。「このアプローチの問題点は、結果として燃費が低下することでした。Wabtecのエンジニアは、まったく異なるアプローチを取りました。彼らはエンジンを機関車の「発電所」として再考し、ガロンあたりの走行距離を増やしながら排出量を削減する方法を見つけました。これは真のブレークスルーです。」
この革新により、エボリューションシリーズのエンジンが鉄道業界に導入されました。ワブテックのエンジニアは、エンジンに燃料を供給する（そして顧客に価値を提供する）新しい方法をテストし、最終的に燃料噴射圧力をエンジン速度とは無関係に制御できる高圧コモンレールシステムにたどり着きました。このようなエンジン設計全体における想像力豊かで実践的な改善により、ワブテックは顧客のコンプライアンスニーズに応えるだけでなく、鉄道のコスト面での大きな要因である新たな燃費効率という形で新たな価値を付加することができました。
そして、コンプライアンス基準の追加が止まらなかったように、ワブテックのエンジニアの創造性も止まりませんでした。粒子状物質とNOxの大幅な削減が求められるティア4の排出基準が表面化したとき、ほとんどの機関車メーカーは「後処理」アプローチをデフォルトとし、高価でかなり不格好な尿素ベースの触媒を燃料とエンジンミックスに導入しました。
ワブテックではありません。同社のエンジニアは後処理の選択肢を模索していましたが、システムエンジニアリングのアプローチに限界を押し広げ、後処理から抜け出す方法を革新し、Evolution Series Tier 4 機関車を搭載した北米鉄道に完全に準拠しただけでなく、より最適化されたソリューションを提供しました。Wabtecのエンジニアにとっては、Tier 4コンプライアンスがきっかけでしたが、パフォーマンスと価値の創造は依然として目標でした。
最適な効率と密着性を実現するワブテックのエボリューション・シリーズ・ティア4機関車は、北米の鉄道会社が新たな牽引力のニーズを満たすための選択肢として誰もが認める選択肢です。現在までに約1,200台が納入され、ワブテックの製品開発における最適化されたシステムエンジニアリングアプローチは、引き続き市場で検証されています。
課題：
機関車の使用状況データを顧客のパフォーマンス上の利点に変換するイノベーション：Wabtec制御技術
ワブテックのシステム・エンジニアリング・アプローチは、数え切れないほどの機関車ハードウェアの革新を推進する一方で、ソフトウェア革命にもつながりました。この革命は今でも業界を変革しています。テレメトリとオンボードデータキャプチャの進歩により、ワブテックは文字通りお客様のニーズをより深く理解し、どのように運用するかを「間近で」確認するために、お客様のニーズをより深く理解し、どのように運用するかを「間近で」確認するために、Wabtecのエンジニアはデータをより優れたパフォーマンスに変える方法を見つけました。
こうしたソフトウェアイノベーションのなかでも最も重要なのが、Trip Optimizerです。これは、地形、列車の構成、速度制限、運転条件を考慮して最適な速度プロファイルを計算する、列車のエネルギー管理およびスマートクルーズコントロールシステムです。2009年に発売されたTrip Optimizerは、最近目覚ましいマイルストーンを達成しました。10億マイルの運用により、世界中の主要鉄道が7億5,000万ガロン以上のディーゼル燃料を節約し、排出量を最大 10% 削減できました。
「クラス最高の機関車トラクションコントロール（密着性）、エンジン燃料供給/タイミング、可変速機関車補助制御（排出ガス/効率）、LOCOTROL（分散電源）、エアブレーキ制御（Trip Optimizerなど）など、制御システムにおける多くのブレークスルーは、エンジニアがシステムエンジニアリングアプローチを次のレベルに引き上げていることを示しています」とハミルトンは振り返ります。「例えば、Trip Optimizerは、列車のネットワーク全体をシステムとして考え、そのシステムからの入力を利用して列車のエネルギー使用を最適化するという比喩的な飛躍を必要としていました。」
機械学習と予測分析の進歩を含むこの種のソフトウェア最適化は、決して静的なものではありません。たとえば、今日、ブレーキで発電した電力を蓄えることができる新しいバッテリー機関車は、エネルギー管理の方程式に新たな動的要素を追加し、燃料効率の新たなフロンティアを切り開いています。
ワブテックはこれらのイノベーションを基盤として将来を見据えています。現在の信号システムとネットワーク効率化ソリューションの先駆的な進歩により、同社はより多くの貨物を鉄道で輸送できるように鉄道容量を増やすよう努めています。ワブテックは、燃料効率化ソリューションと再生可能ディーゼルとバイオディーゼルの試験を通じて、既存の機関車の排出量の削減に取り組んでいます。また、代替推進技術の開発も主導しています。
ワブテックはすでに、世界初の大運搬型 100% バッテリー電気機関車、 FlxDrive TMを開発しました。同社は、要求の厳しい西オーストラリア州ピルバラ地域でのラインホール事業向けに、今年後半に初の商用7メガワット時FLXDriveを納入する予定です。
ワブテックのエンジニアは、鉄道の脱炭素化に向けた未来の燃料としての水素の開発も進めています。同社はオークリッジ国立研究所およびアルゴンヌ国立研究所と共同研究を行い、水素内燃機関に関する最先端の研究を進めています。Wabtecは、次世代水素機関車の別の研究分野として、技術パートナーと協力して、水素燃料電池を代替の発電源として使用できる機関車を開発しています。
「ワブテックの最近のイノベーションの歴史を振り返り、将来を見据えると、伝説的な創設者たちは誇りに思うと思います」とハミルトンは締めくくります。「私たちは、大きなことを考え、夢見て、行動し、お客様と緊密に協力することで、競合他社が成し遂げられなかった成功を収めてきました。私たちのシステム・エンジニアリング・アプローチは、オーケストラが素晴らしい音楽を作るためにともに演奏しなければならないのと同じように、私たちのイノベーションが調和して機能するようにすることで、より高い目標を立て、より多くのことを達成するのに役立ちました。」