TECHnOLOGIE Zustandserfassung Internationales Verkehrswesen (64) 4 | 2012 57 Höchste Verfügbarkeit durch prädiktive Instandhaltung Wie sieht die Instandhaltungsstrategie der Zukunft aus? Wie können künftig immer mehr reguläre und reaktive Instandhaltungsaktivitäten durch einen vorausschauenden Service ersetzt werden? Seit geraumer Zeit verfolgt die Siemens Rail Services-Division erfolgreich die Strategie der Früherkennung − bevor Schäden eintreten. E in Hauptziel aller Betreiber (unabhängig von Kunde, Vertrag und Region) ist es, eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Bahnsysteme sicherzustellen und die Wartungs- und Reparaturzeiten möglichst kurz zu halten. Siemens Rail Services erreicht dies, indem Instandhaltungsaktivitäten erst dann durchgeführt werden, wenn sie tatsächlich nötig sind - natürlich weiterhin stets im Rahmen gesetzlicher Vorgaben. Grundlage ist, die vorhandene Sensorik zu nutzen, um Zustandsinformationen der relevanten Komponenten der Fahrzeuge und der Infrastruktureinrichtungen zu erhalten. So identiiziert Rail Services Probleme in einer frühen Phase und plant die Instandhaltungsmaßnahmen - mit einem hohen Abb. 1: Zukunftsorientierter Service Nutzen für Instandhalter, Betreiber und letztlich auch Fahrgast. Vorsorge statt nachsorge Auf vielen Bahnsystemen ist schon eine Datenfernübertragungstechnik installiert, mit der die zum Systemzustand gesammelten Informationen übertragen werden können. Ansonsten ist eine Datenfernübertragungsbox (Remote Data Access Box, RDA) nachzurüsten. Die Datenfernübertragung ermöglicht es der Instandhaltung oder dem Support Center, die relevanten Zustandsinformationen zu analysieren und zu überwachen. Besonderes Augenmerk wird auf die Fahrzeug-Hauptkomponenten gelegt, wie z. B. die Fahrwerke, den Antrieb, die Bremsen, die Türen und die Klimasysteme. Hinsichtlich der Infrastruktur umfasst diese Art der Zustandserfassung Weichenantriebe, Bahnübergänge, Achszähler oder ETCS control unit. Bei Abweichungen vom Sollzustand führen vorbeugende Maßnahmen zur Vermeidung von Störungen. Instrumente für Predictive Maintenance Den Experten im Support Center stehen dabei IT-gestützte Systeme für die Ermittlung von Zusammenhängen (Korrelationsanalyse) und graische Auswertungen der Zeitverläufe von Sensordaten zur Verfügung. Unterstützt von bereits ermittelten Algorithmen und Regeln bewerten Experten diese Sensor- und Zustandsdaten in Echtzeit und visualisieren sie durch Abbildungen in Stan- Der Autor: Johann knogler Abb. 2: Instandhaltung just-in-time: Servicetechnikerin bei der Datenfernübertragung TECHnOLOGIE Zustandserfassung Internationales Verkehrswesen (64) 4 | 2012 58 dard-Reports. Die Ergebnisse der Datenanalyse führen sowohl zur Verfeinerung der bereits ermittelten Erkenntnisse als auch zur Entwicklung neuer Regeln und Algorithmen. Diese Analysetools können individuell auf Speziika von Fahrzeugen und Flotten angepasst werden. Die Möglichkeit von lottenübergreifenden Analysen stellt einen wesentlichen Nutzen dar. Denn die generierten Synergieefekte erzeugen neue Erkenntnisse, die zu einer stetigen Verbesserung der Produkte beitragen. Dabei nutzt der Serviceanbieter auch historische Daten, um die Zusammenhänge zwischen den Signalen und den erkannten Ursachen zu ermitteln. Diese Zusammenhänge werden dann auf die fernübertragenen Daten in Echtzeit angewandt. Im Zentrum steht dabei, die Erkenntnisse aus den Zusammenhängen regelmäßig durch die Rückmeldungen aus dem Feld zu veriizieren und bei Bedarf zu verbessern. Übertragungsplattform und Condition Monitoring Bei der Datenfernübertragung steht die Sicherheit der Verbindung und der Daten im Vordergrund. Der bei Siemens verwendete Standard wird als common Remote Service Platform (cRSP) bezeichnet. Die Plattform ist nach ISO-27001 zertiiziert. IT-Security- Stellen kontrollieren sie regelmäßig. Um jegliche Art von Manipulation der Daten zu verhindern, ist die Verschlüsselung der Übertragung sehr wichtig. Es gilt sicherzustellen, dass die Daten nur autorisierten Benutzern und Systemen zur Verfügung stehen. Aus Sicherheitsgründen wird jeder Datentransfer über die cRSP kontinuierlich protokolliert. Mit Hilfe der genannten IT-Instrumente werden die übertragenen Daten für eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) verwendet. Sollten Indikationen für eine relevante Veränderung des Zustandes einer Komponente vorliegen, erhalten die Mitarbeiter der Instandhaltung oder des Support Centers diese mittels einer graischen Benutzeroberläche. Ebenso sind automatische Benachrichtigungen in Form einer E-Mail oder einer SMS direkt auf ein mobiles Gerät möglich. Diagnosegestützte Projekte Ein Beispiel aus der Praxis ist die Instandhaltung beim Hochgeschwindigkeitszug Velaro RUS mit Unterstützung der Rail Remote Services. Die Diagnosesysteme des Instandhaltungswerks im russischen Metallostroy bei St.-Petersburg beispielsweise kontrollieren den Zustand der Radsätze. Die Informationen werden automatisch in das Instandhaltungs-Planungssystem eingelesen. Auch Diagnosemeldungen von den Fahrzeugen übertragen sich an das Instandhaltungsplanungssystem. Hierbei existiert ein automatisches Regelsystem, um die Diagnosemeldungen zu iltern, zu verknüpfen, zu priorisieren und gegebenenfalls einer automatischen Weiterverarbeitung zuzuführen. Die Auswertung und Verknüpfung von Daten führt wiederum zu einer Früherkennung von Fehlerquellen- zugunsten von höchst eizienten Serviceprozessen, maximalem Kundennutzen und einer herausragenden Verfügbarkeit. Eine weitere Anwendung inden die ITgestützten Analysetools in Spanien. Sie unterstützen dort die Instandhaltung der Züge Velaro- E AVE S103, die der Instandhalter Nertus (ein Joint Venture der Siemens Rail Services und der spanischen Staatsbahn Renfe) durchführt. Relevante Algorithmen werden beispielsweise im Hinblick auf Motor- und Getriebetemperatur ausgewertet. In Großbritannien kommt die neue Strategie ebenfalls zum Einsatz - unter anderem in der Pilotanwendung bei der Flotte Class- 185, dem TransPennine Express. Bei den 51- dieselgetriebenen Nahverkehrszügen des Betreibers First Group sind relevante Signale der Dieselmotoren für eine prädiktive Instandhaltung festgelegt worden − durch die autarke und rückwirkungsfreie Arbeitsweise von implementierten RDA- Boxen. So wurden die Fahrzeuge zusätzlich zur kontinuierlichen Datenaufzeichnung für eine Datenfernübertragung ertüchtigt. Diagnose durch akustische Überwachung Insgesamt werden heute mehr als 370- Desiro-UK-Züge mit annähernd 1500- Wagen in Großbritannien instand gehalten. Für jeden einzelnen ausgelieferten Zug hat Siemens Rail Services einen Instandhaltungsvertrag abgeschlossen. Mit dem akustischen Überwachungssystem RailBAM®, einer Condition-Monitoring- Technologie, kommt ein weiteres innovatives Produkt zum Einsatz, das den prädiktiven Ansatz unterstreicht und stärkt. RailBAM® erkennt bzw. „hört“ Schäden an Radsatzlagern bereits in der Frühphase. Entwickelt hat diese akustische Überwachung der Siemens-Partner Track IQ™, gemeinsam installiert wurde das erste System im Jahr 2009 in Swaythling, einem Vorort von Southampton. In der Nähe beindet sich auch die Basis der größten Desiro- Flotte in England. Das System überwacht bei jeder Vorbeifahrt 45- Züge mit je fünf Wagen und 127- Züge mit je vier Wagen, also insgesamt 2932-Radsätze. Die jährliche Lauleistung pro Zug liegt durchschnittlich Abb. 3: Beispiel einer Temperaturmessung anhand des Rail Monitors Internationales Verkehrswesen (64) 4 | 2012 59 bei 300 000- km. Bei üblichen Instandhaltungsabläufen im Depot inspizieren die Fachkräfte nicht jedes Mal zwingend die Radsatzlager. Damit Schäden (z. B. Rollkontaktermüdung oder auch Verschmutzungen) erkannt werden können, muss ein Lager entnommen und zerlegt werden. Das System analysiert hingegen Fahrzeuge während ihres täglichen Betriebes durch eine akustische Signalerfassung und identiiziert so eventuelle Schäden. Eine Reihe hochempindlicher Mikrofone zeichnet dabei das akustische Frequenzspektrum der einzelnen Lager auf. Kommt es zu Aufälligkeiten, sind dies erste Anzeichen für Zustandsänderungen im Lagerbereich, die es näher zu untersuchen gilt. Seit 2009 detektierte das akustische System erfolgreich 16-beginnende Schäden. Keiner dieser Defekte wäre mit herkömmlichen Methoden so frühzeitig erkannt worden. ausblick Diagnoseleistungen und damit verbunden die prädiktive Instandhaltung werden in Zukunft einen immer höheren Anteil an der gesamten Instandhaltung von Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen haben, um Fehlerquellen in einer frühen Phase zu erkennen, Instandhaltungsaufgaben noch gezielter und damit kostengünstiger abzuwickeln und im weltweiten Bahnmarkt Akzente zu setzen. Im September 2011 unterschrieb Siemens Rail Services in Russland einen weiteren bedeutenden Servicevertrag - ein wesentlicher Grund für die Auftragsvergabe waren die innovativen Instandhaltungsleistungen. ■ Abb. 4: Predictive Maintenance im System Bahn Johann knogler, Dipl. Ing. (FH) Abteilungsleiter Service Innovations Siemens Rail Services Erlangen Johann.Knogler@siemens.com