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Der Mehrwert der Digitalisierung in der Instandhaltung am Beispiel der Fahrwerksdiagnose

Abstract

Die Fahrwerke eines Schienenfahrzeuges sind die zentrale Komponente für den sicheren Betrieb eines Schienenfahrzeugs. Das Fahrwerk trägt alle wichtigen Komponenten für das Antreiben und Bremsen, bestimmt die Entgleisungsicherheit und das Fahrverhalten und beeinflusst maßgeblich den Fahrkomfort. Das Fahrwerk stellt die Schnittstelle zum Fahrweg dar und muss dementsprechend die Randbedingungen, die es von Seiten des Fahrwegs vorfindet, beherrschen. Um alle diese Funktionen dauerhaft gewährleisten zu können ist ein überproportional großer Aufwand für die Instandhaltung der Fahrwerke erforderlich, was zu entsprechend hohen Kosten führt. So hat das Fahrwerk rund 30% Anteil an den Gesamtlebenszykluskosten eines Schienenfahrzeuges.

Um die Instandhaltungskosten über den Lebenszyklus zu reduzieren, gleichzeitig aber das Sicherheitsniveau nicht zu verringern bzw. sogar weiter erhöhen zu können, hat Siemens ein intelligentes Fahrwerksdiagnose System entwickelt, dass es erlaubt das Fahrverhalten des Fahrzeugs als Gesamtes, aber auch wichtige und instandhaltungsrelevante Einzelkomponenten des Fahrwerks praktisch dauerhaft zu beobachten. Das Fahrwerksdiagnosesystem liefert dem Instandhaltungsdepot Health States – in welchem Zustand ist mein Fahrwerk bzw. Fahrzeug, Remaining Useful Lifetime – wie lange kann mein Fahrzeug noch betrieben werden bis eine Instandhaltungsmaßnahme erforderlich ist, und Werkstattmeldungen – welche konkrete Instandhaltungsmaßnahme ist im Depot bei einer Abweichung von einem normalen Health State durchzuführen.

Dafür werden Sensoren an Radsatzlagern, Fahrwerksrahmen und Wagenkasten verbaut und die daraus gewonnenen Daten mit an Fahrzeugen typischerweise vorhandenen Informationen aus Antrieb u. Bremse, etc. in einem Diagnoserechner zusammengeführt. Bedarfsgerechte und intelligente Algorithmen in der Bandbreite von klassischen Signalverarbeitungsmethoden über physikalische Ansätze bis hin zu modernsten Machine Learning und Artifical Intelligence Methoden verarbeiten die Daten zu Fahrwerksdiagnoseinformationen, die in weiterer Folge auf die Landseite übermittelt, dort weiterverarbeitet und in einem Dashboard angezeigt werden. Die Werkstattmeldungen werden direkt in das CMMS-System übertragen, woraus dann im Instandhaltungssystem direkt die entsprechenden Arbeitsaufträge für die Instandhaltung das Fahrwerks generiert werden können.

Die Fahrwerksdiagnose ermöglicht eine kontinuierliche Beobachtung des Fahrwerks, wodurch Sichtkontrollintervalle gestreckt werden können. Durch das Wissen um den Zustand des Fahrwerks und seiner Komponenten zu jedem Zeitpunkt im Fahrzeugleben können Komponenten bis kurz vor ihrem Funktionsende in Betrieb gehalten werden, und müssen nicht wie bei heute üblicher fristenbasierter Instandhaltung ausgetauscht werden, selbst wenn sie noch voll funktionsfähig sind.

Die Fahrwerksdiagnose erhöht aber auch die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit der Fahrzeuge, da auch ad-hoc Ausfälle und Schäden, die mehr oder weniger unangekündigt zwischen zwei Kontrollintervallen auftreten, zumindest teilweise abgefangen werden können.

Für tatsächliche Ad-hoc Fehler wie z.B. Flachstellen, etc. wiederum liefert die Fahrwerksdiagnose wertvolle Daten aus dem Betrieb, um die Ursachen analysieren zu können und daraus Maßnahmen für Fahrzeug, Instandhaltung oder Betrieb abzuleiten

Aber nicht nur das Fahrzeug wird mit der Fahrwerksdiagnose beobachtet, auch der Fahrweg und implizit die Umgebungsbedingungen können kontinuierlich erfasst werden. Dadurch steht ein zusätzliches Werkzeug zur Verfügung, um neben Regelinspektionen auch eine kontinuierliche Beobachtung des Fahrwegs und der Reaktion der Fahrwerke auf den Fahrweg zu ermöglichen.

Die Fahrwerksdiagnose wurde an einem Commuter-Fahrzeug in 85 vier-teiligen Zügen verbaut und ist seit Dezember 2018 im Einsatz. An ausgewählten Beispielen aus dem bisherigen Betrieb wie Dämpfer, Flachstellen oder aus der Instandhaltung wird die Funktion und der Datenfluss der Fahrwerksdiagnose beschrieben und die sich daraus ergebenden neuen Möglichkeiten in Betrieb und Instandhaltung von Fahrzeug und Fahrweg werden diskutiert.

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