Wabtec 的工程创新活生生的遗产
Wabtec 155 年的创新，仔细研究了最近塑造货运铁路行业的突破。
随着2024年是Wabtec成立155周年，人们迫切希望将公司的优秀工程系谱追溯到其创始三人组——乔治·西屋电气、托马斯·爱迪生和路易斯·费维利。
西屋电气 ——
爱迪生轨道中的第一个制动系统——第一辆电力机车
费维利 ——第一台受电弓
这些技术都使Wabtec能够彻底改变铁路行业。
但是，Wabtec并没有因为沉迷于其传奇的过去而成为铁路技术的全球领导者。相反，它建立在丰富的创新基础上，不断改善和改变客户的铁路性能。
简而言之，创新不仅仅是 Wabtec 的 “遗产”，它是一项活生生的遗产，大约有 5,000 人的工程队伍每天都在增强这种遗产。
考虑到这一区别，让我们考虑一下Wabtec最近在货运铁路行业的颠覆性创新和工程奇迹的历史。
挑战：增加重载列车的牵引力
创新：交流机车
在20世纪90年代，Wabtec在货运机车市场上与EMD竞争，全球主要铁路受到其直流机车的起动和持续牵引能力的限制。
这种情况即将改变。
由 “交流机车之父” AJ Kumar（他在2022年超过了乔治·西屋引以为豪的361项专利数量）领导的Wabtec工程师采取 “系统工程” 方法来制造一种新型电机，以重写现代货运机车的效率和运输能力。交流牵引系统诞生了。
Wabtec工程副总裁艾伦·汉密尔顿回忆说：“我们当时的竞争对手，主要是EMD，都专注于为重载客户提供更大牵引力的机车。”“他们中的许多人试图将解决方案外包，但我们把所有东西都留在了内部。我们借此机会从整个机车、发动机、牵引系统和控制系统的互连的角度来看待这一挑战，从而创建了一种新型机车的架构，并专门针对我们的重载客户的需求对其进行了优化。”
这种全方位的系统工程方法创造了奇迹，不仅造就了 “正常运行” 的交流机车，还造就了建立在优化组件上的顶级动力车间，这些组件提供了先进的热能力（电机）、附着能力（车轮）和单轴控制（电力电子控制），以最大限度地提高牵引力。
各个部件背后的工程成就不胜枚举，机车的 “重要器官” 也是如此，但真正的创新在于这些部件如何协同工作以创建优化的整体，该系统突然将牵引力提高到16.6万磅的持续额定值——比之前的直流机车增加了近60％。突然之间，负荷本来需要五辆直流机车才能拉动的客户现在可以改用三辆交流机车，一举改写生产率、效率以及劳动力和维护成本的规则。
“坦率地说，我们和整个行业从未回头。Wabtec 从一开始就采用了交流机车架构，” 汉密尔顿说。“这也为我们成功的机车现代化业务奠定了基础，该业务至今仍在将直流机车改装为交流平台。”
Wabtec 在空调方面的进步也席卷了采矿业，最终促成了头等舱小松 930E 卡车的问世，该卡车随着运输量的增加和总生命周期成本的降低而成为整个 2000 年代的行业标准。无论哪家公司在采矿，Wabtec及其客户都使用空调技术开采黄金。
挑战：满足日益严格的温室气体排放标准
创新：实现强制合规 + 节省燃料 = Evolution 系列发动机
从2000年代初开始，一系列日益严格的温室气体（GHG）排放标准（Tier 2 — Tier 4）影响了货运机车发动机的设计。同样，当竞争对手选择离散的修复方法来保持合规性时，Wabtec采用了全面的系统工程方法。
汉密尔顿说：“我们的竞争对手将新排放制度的解决方案视为'发动机'问题；他们修改了现有发动机，并对其进行了'失调'以使其合规。”“这种方法的问题在于它导致燃油经济性下降。Wabtec 工程师采取了完全不同的方法。他们将发动机重新构想为机车的'动力装置'，并找到了减少排放，同时增加每加仑里程的方法——这是一项真正的突破。”
这项创新将 Evolution 系列发动机引入了铁路行业。Wabtec 工程师测试了向发动机输送燃料（以及为客户提供价值）的新方法，最终采用了能够独立于发动机转速控制燃油喷射压力的高压共轨系统。像这样对发动机整体设计进行富有想象力的实际改进，不仅帮助Wabtec满足了客户的合规需求，而且还以新发现的燃油效率（铁路领域的主要成本杠杆）的形式增加价值。
正如新增合规标准没有停止一样，Wabtec 工程师的创造力也没有停止。当要求进一步减少颗粒物和氮氧化物的四级排放标准浮出水面时，大多数机车制造商默认采用 “后处理” 方法，在其燃料和发动机组合中引入了昂贵且相当笨重的尿素基催化剂。
不是 Wabtec。尽管其工程师确实在探索后处理方案，但他们突破了系统工程方法的极限，对后处理进行了创新，使用Evolution Series Tier 4机车不仅为北美铁路提供了完全合规的解决方案，而且还提供了更好的优化解决方案。对于 Wabtec 工程师来说，Tier 4 合规性提供了推动力，但性能和价值创造仍然是目标。
Wabtec 的 Evolution 系列 Tier 4 机车具有最佳的效率和附着力，是北美铁路公司满足新牵引力需求的无可争议的选择。Wabtec 迄今已交付近 1,200 台，其优化的产品开发系统工程方法继续得到市场的验证。
挑战：将机车使用数据转化为客户性能优势
创新：Wabtec 控制技术
在推动无数机车硬件创新的同时，Wabtec 的系统工程方法还引发了一场软件革命，这场革命仍在改变着该行业。随着遥测和机载数据采集的进步，以及Wabtec真正与客户一起乘坐铁路以更好地了解他们的需求和 “近距离” 他们的运行方式，Wabtec的工程师们找到了将数据转化为增强性能的方法。
这些软件创新中最重要的是 Trip Optimizer，这是一种用于列车的能源管理和智能巡航控制系统，它会考虑地形、列车构成、速度限制和运行条件来计算最佳速度曲线。Trip Optimizer 于 2009 年推出，最近实现了一个令人印象深刻的里程碑：运营里程达 10 亿英里，为全球主要铁路节省了 7.5 亿加仑的柴油，同时减少了高达 10% 的排放。
汉密尔顿反映：“我们在控制系统方面的许多突破，从一流的机车牵引力控制（附着力）、发动机燃料/定时和变速机车辅助控制（排放/效率）、LOCOTROL（分布式动力）和空气制动控制（制动）到行程优化器，都表明我们的工程师将我们的系统工程方法提升到了一个新的水平。”“例如，Trip Optimizer需要在某种程度上进行隐喻的飞跃，将整个列车网络视为一个系统，并利用该系统的输入来优化列车的能量使用。”
这种软件优化包括机器学习和预测分析方面的进步，绝非静态的。例如，如今，新的电池机车可以储存制动产生的动力，为能源管理方程式增加了另一个动态元素，开辟了燃油效率的新前沿。
Wabtec 正在这些创新的基础上再接再厉，展望未来。通过开创当前信号系统和网络效率解决方案的进步，该公司正在努力增加铁路运力，以通过火车运送更多货物。Wabtec 正在努力通过燃油效率解决方案和测试可再生柴油和生物柴油来减少现有机车车队的排放。它还领导了替代推进技术的开发。
Wabtec 已经开发了世界上第一台 100% 纯电池的重载电力机车 ——FlxDrive TM。该公司将在今年晚些时候交付首台商用7兆瓦时FlxDrive，用于西澳大利亚州要求苛刻的皮尔巴拉地区的线路运输业务。
Wabtec 工程师还在探索氢气作为未来铁路脱碳的燃料。该公司正在与橡树岭国家实验室和阿贡国家实验室进行合作研究，以推进氢内燃机的前沿研究。在下一代氢能机车的另一研究项目中，Wabtec正在与技术合作伙伴合作开发能够使用氢燃料电池作为替代发电来源的机车。
汉密尔顿总结道：“回顾Wabtec最近的创新历史——展望未来——我认为我们的传奇创始人一定会感到自豪。”“通过大胆思考、梦想和行动，以及与客户紧密合作，我们在竞争对手无法做到的地方取得了成功。我们的系统工程方法通过确保我们的创新和谐地协同工作，帮助我们实现了更高的目标并取得了更多成就，就像管弦乐团必须共同演奏才能创作出美妙的音乐一样。”