Żywe dziedzictwo innowacji inżynierskich firmy Wabtec
155 lat innowacji firmy Wabtec, bliższe spojrzenie na ostatnie przełomy, które ukształtowały branżę kolei towarowej.
Wraz z 155. rocznicą powstania Wabtec w 2024 roku pokusa prześledzenia doskonałej genealogii inżynierskiej firmy sięgającej jej triumwiratu George'a Westinghouse'a, Thomasa Edisona i Louisa Faiveleya jest wprawdzie silna.
Westinghouse - pierwszy układ hamulcowy w szynie
Edison - pierwsza lokomotywa
elektryczna Faiveley - pierwszy pantograf
Każda z tych technologii umożliwiła firmie Wabtec zrewolucjonizację branży kolejowej.
Ale Wabtec nie stał się światowym liderem w dziedzinie technologii kolejowych, zastanawiając się nad swoją historyczną przeszłością. Raczej, opiera się na bogatych podstawach innowacji, aby stale poprawiać i przekształcać osiągi kolejowe dla swoich klientów.
Mówiąc najprościej, innowacje to nie tylko „dziedzictwo” firmy Wabtec — to żywe dziedzictwo, które codziennie wzbogaca się o siłę inżynierską liczącą około 5000 osób.
Mając to na uwadze, rozważmy najnowszą historię firmy Wabtec przełomowych innowacji i cudów inżynieryjnych w branży kolejowej towarowej.
Wyzwanie: Zwiększenie siły ciągnącej pociągów ciężkich Innowacja:
lokomotywa AC
W latach 90. firma Wabtec konkurowała z EMD na rynku lokomotyw towarowych, a główne linie kolejowe na całym świecie były ograniczone przez możliwości początkowe i ciągłe ciągnięcia ich lokomotyw DC.
To miało się zmienić.
Inżynierowie Wabtec, kierowani przez „ojca lokomotywy AC”, AJ Kumara (który przewyższył cenioną liczbę patentów George'a Westinghouse'a 361 w 2022 roku), przyjęli podejście „inżynierii systemów”, aby stworzyć nowy rodzaj silnika, aby przepisać wydajność i możliwości transportowe nowoczesnej lokomotywy towarowej. Narodził się system trakcyjny AC.
„Nasi konkurenci w tamtym czasie, w tym główny EMD, skupiali się na tym samym problemie dostarczania lokomotywy o większej mocy ciągnącej dla klientów ciężkich”, wspomina Alan Hamilton, wiceprezes ds. inżynierii w Wabtec. „Wielu z nich próbowało zlecić rozwiązanie na zewnątrz, ale trzymaliśmy to wszystko w domu. Skorzystaliśmy z okazji, aby spojrzeć na wyzwanie przez obiektyw całej lokomotywy, wzajemne połączenie silnika, układu trakcyjnego i elementów sterujących, które sprawiają, że lokomotywa działa, aby stworzyć architekturę nowego rodzaju lokomotywy i zoptymalizować ją specjalnie pod kątem potrzeb naszych klientów ciężkich.
To holistyczne podejście do inżynierii systemów zdziałało cuda, zaowocowając nie tylko „działającą” lokomotywą AC, ale także najwyższej klasy elektrownią zbudowaną na zoptymalizowanych komponentach, która zapewniała zaawansowane możliwości termiczne (silnik), zdolności przyczepności (koła) i indywidualne sterowanie osiami (sterowanie silnikiem i elektroniką), aby zmaksymalizować wysiłek ciągnący.
Wyczyny inżynieryjne stojące za poszczególnymi komponentami są liczne, podobnie jak te z „ważnych organów” lokomotywy, ale prawdziwą innowacją jest to, jak te elementy współpracowały, aby stworzyć zoptymalizowaną całość, system, który nagle zwiększył wysiłek ciągnący do ciągłej oceny 166 000 funtów. - prawie 60% wzrost w stosunku do poprzedniej lokomotywy DC. Nagle klienci z ładunkiem, który wymagał pięciu lokomotyw prądu stałego, mogli teraz zamiast tego użyć trzech lokomotyw AC, przepisując za jednym zamachem zasady wydajności, wydajności oraz kosztów pracy i konserwacji.
„Szczerze mówiąc, my i przemysł nigdy nie spojrzeliśmy wstecz. Wabtec od samego początku uzyskał architekturę lokomotywy AC” - zauważa Hamilton. „To również przygotowało grunt dla naszej udanej modernizacji lokomotyw, która do dziś przekształca lokomotywy prądu stałego na platformę AC”.
Postępy w zakresie AC firmy Wabtec obejmowały również przemysł wydobywczy, ostatecznie zaowocował stworzeniem pierwszej klasy ciężarówki Komatsu 930E, która stała się standardem branżowym w 2000 roku dzięki zwiększonemu transportowi i zmniejszeniu całkowitych kosztów cyklu życia. Bez względu na to, jakie firmy wydobywają, Wabtec i jego klienci zdobyli złoto dzięki technologii AC.
Wyzwanie: Spełnij coraz bardziej rygorystyczne normy emisji gazów ciepl
arni anych Innowacja: zapewnienie wymaganej zgodności z przepisami + oszczędność paliwa = Silniki z serii Evolution
Począwszy od początku XXI wieku szereg coraz bardziej rygorystycznych norm emisji gazów cieplarnianych (Tier 2 — Tier 4) wpłynęło na konstrukcję silników lokomotyw towarowych. Ponownie, podczas gdy konkurenci wybierali dyskretne poprawki, aby zachować zgodność, Wabtec zastosował holistyczne podejście inżynierii systemowej.
„Nasi konkurenci postrzegali rozwiązanie nowego systemu emisji jako problem „silnika”; majstrowali przy swoich istniejących silnikach i „rozdrobnili” je, aby były zgodne z przepisami” — mówi Hamilton. „Problem z tym podejściem polegał na tym, że spowodowało to zmniejszenie zużycia paliwa. Inżynierowie firmy Wabtec przyjęli zupełnie inne podejście. Przeprojektowali silnik jako „elektrownię” dla lokomotywy i znaleźli sposoby na zmniejszenie emisji spalin przy jednoczesnym zwiększeniu mil na galon — prawdziwy przełom.
Ta innowacja wprowadziła silnik serii Evolution do branży kolejowej. Inżynierowie firmy Wabtec przetestowali nowe sposoby dostarczania paliwa do silnika (i wartości dla klienta), ostatecznie lądując na wysokociśnieniowym układzie common rail, który umożliwiał kontrolowanie ciśnienia wtrysku paliwa niezależnie od prędkości obrotowej silnika. Pomysłowe i praktyczne ulepszenia w ogólnej konstrukcji silnika, takie jak ten, pomogły Wabtec nie tylko zaspokoić potrzeby klientów w zakresie zgodności z przepisami, ale także zwiększyć wartość w postaci nowo odkrytej oszczędności paliwa, która jest główną dźwignią kosztów w szynach.
I tak jak dodatkowe standardy zgodności nie zatrzymały się, tak też kreatywność inżynierów Wabtec. Kiedy pojawiły się normy emisji Tier 4, wymagające większej redukcji cząstek stałych i NOx, większość producentów lokomotyw nie zastosowała podejścia do „oczyszczania spalin”, wprowadzając do swojej mieszanki paliwowej i silnikowej drogie i raczej niezgrabne katalizatory oparte na moczniku.
Nie Wabtec. Podczas gdy inżynierowie zbadali możliwości obróbki wtórnej, rozszerzyli swoje podejście do inżynierii systemów, wprowadzając innowacyjne wyjście z obróbki wtórnej, aby zapewnić nie tylko w pełni zgodne, ale także lepiej zoptymalizowane rozwiązanie dla kolei północnoamerykańskich z lokomotywą Evolution Series Tier 4. Dla inżynierów Wabtec zgodność z poziomem 4 stanowiła impuls, ale celem pozostały wydajność i tworzenie wartości.
Lokomotywa serii Evolution Tier 4 firmy Wabtec, która zapewnia optymalną wydajność i przyczepność, jest niekwestionowanym wyborem linii kolejowych w Ameryce Północnej, aby zaspokoić ich potrzeby w zakresie nowej siły ciągnącej. Dostarczając do tej pory prawie 1200 egzemplarzy, zoptymalizowane podejście do inżynierii systemów firmy Wabtec do rozwoju produktów jest nadal potwierdzane przez rynek.
Wyzwanie: Przekształć dane dotyczące użytkowania lokomotyw w przewagę klienta In
nowacja: technologi a sterowania Wabtec
Prowadząc niezliczone innowacje w sprzęcie lokomotyw, podejście Wabtec do inżynierii systemów doprowadziło również do rewolucji oprogramowania, która wciąż zmienia branżę. Dzięki postępom w zakresie telemetrii i przechwytywania danych na pokładzie oraz gdy Wabtec dosłownie jeździł po szynach ze swoimi klientami, aby lepiej zrozumieć ich potrzeby i zobaczyć „z bliska”, jak działają, inżynierowie Wabtec znaleźli sposoby na przekształcenie danych w lepszą wydajność.
Przede wszystkim wśród tych innowacji programowych jest Trip Optimizer, system zarządzania energią i inteligentnego tempomatu dla pociągów, który uwzględnia teren, skład pociągów, ograniczenia prędkości i warunki pracy w celu obliczenia optymalnego profilu prędkości. Wprowadzony na rynek w 2009 roku Trip Optimizer niedawno osiągnął imponujący kamień milowy: miliard mil eksploat acji, oszczędzając głównym kolejom na całym świecie ponad 750 milionów galonów oleju napędowego przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji nawet o 10 procent.
„Nasze liczne przełomy w systemach sterowania, od najlepszej w swojej klasie kontroli trakcji lokomotyw (przyczepność), paliwo/rozrządu silnika i regulacji pomocniczej lokomotywy o zmiennej prędkości (emisje/sprawność), LOCOTROL (rozproszona moc) i pneumatycznej kontroli hamulców (hamulce) po Trip Optimizer pokazują naszym inżynierom podejście do inżynierii systemu na wyższy poziom”, mówi Hamilton. „Na przykład Trip Optimizer wymagał swego rodzaju metaforycznego skoku, biorąc pod uwagę całą sieć pociągów jako system i wykorzystując dane wejściowe z tego systemu do optymalizacji zużycia energii przez pociąg”.
Ten rodzaj optymalizacji oprogramowania, który obejmuje postępy w uczeniu maszynowym i analizie predykcyjnej, nie jest statyczny. Na przykład nowe lokomotywy akumulatorowe, które mogą magazynować energię wytwarzaną przez hamowanie, dodają kolejny element dynamiczny do równania zarządzania energią, otwierając nowe granice efektywności paliwowej.
Wabtec opiera się na tych innowacjach i patrzy w przyszłość. Poprzez pionierskie postępy w obecnych systemach sygnalizacyjnych i rozwiązaniach dotyczących efektywności sieci, firma dąży do zwiększenia przepustowości kolejowej, aby przewozić więcej ładunków pociągiem. Wabtec pracuje nad zmniejszeniem emisji istniejącej floty lokomotyw poprzez rozwiązania w zakresie efektywności paliwowej oraz testowanie odnawialnych olejów napędowych i biodiesla. Jest także liderem rozwoju alternatywnych technologii napędowych.
Firma Wabtec opracowała już pierwszą na świecie ciężką lokomotywę elektryczną w 100% akumulatorową, FLXDrive TM. Firma dostarczy pierwszy komercyjny 7-megawatogodzinny napęd FLXDrive jeszcze w tym roku do przewozów liniowych w wymagającym regionie Pilbara w zachodniej Australii.
Inżynierowie firmy Wabtec badają również wodór jako paliwo przyszłości do dekarbonizacji kolei. Firma prowadzi wspólne badania z Oak Ridge National Laboratory i Argonne National Laboratory, aby przyspieszyć najnowocześniejsze prace nad wodorowym silnikiem spalinowym. Na odrębnym torze badawczym lokomotywy wodorowej nowej generacji Wabtec współpracuje z partnerami technologicznymi w celu opracowania lokomotyw zdolnych do wykorzystywania wodorowych ogniw paliwowych jako alternatywnego źródła energii.
„Patrząc wstecz na najnowszą historię innowacji w Wabtec - i patrząc w przyszłość - myślę, że nasi legendarni założyciele byliby dumni” - podsumowuje Hamilton. „Osiągnęliśmy sukces tam, gdzie nasi konkurenci nie osiągnęli, myśląc, marząc i działając WIELKO i ściśle współpracując z naszymi klientami. Nasze podejście do inżynierii systemów pomogło nam dążyć wyżej i osiągnąć więcej, zapewniając, że nasze innowacje współpracują ze sobą w harmonii, tak jak orkiestra musi grać razem, aby tworzyć świetną muzykę.