DB-Netz AG: Wie optiMEAS die Verfügbarkeit verbessert
Die Instandhaltungsfahrzeuge für Oberleitungen (IFO) der DB Netz AG sind unentbehrlich – für die laufende Unterhaltung des ca. 20.000 Kilometer langen elektrifizierten Netzes und als “Feuerwehr“ in Notsituationen. Die Lösung von optiMEAS, bestehend aus IoT-Hardware und -software sowie Schnittstellen, ermöglicht eine genaue Feststellung der Standorte und die automatisierte Ermittlung von Betriebstagen und gefahrenen Kilometern.
Die Herausforderung: Instandhaltungsfahrzeuge müssen einsatzbereit sein
Ein außergewöhnlich starker Sturm, der Bäume auf Oberleitungen kippen lässt, kann den Bahnbetrieb plötzlich weiträumig lahmlegen. Besonders
bei Großstörungen ist die Wiederherstellung der Stromversorgung eine Riesenherausforderung und die Verfügbarkeit von IFOs essenziell. Es müssen mehrere Fahrzeuge aus unterschiedlichen Regionen in ein Gebiet entsendet werden, um auch in einer solch kritischen Situation schnell wieder den Betrieb auf den Strecken aufnehmen zu können. Dafür muss die Leitstelle wissen, wo die mit Spezialtechnik ausgestatteten Fahrzeuge sind und ob sie einsatzbereit sind. Ein anderes Problem: Nach längeren Standzeiten springen die Fahrzeuge nicht an, weil die Batteriespannung nicht ausreicht. Auch dafür benötigt DB Netz eine Lösung. Neben akuten Defekten wird die Fahrzeugverfügbarkeit durch regelmäßige Wartungen eingeschränkt, die nach festgelegten Zeitintervallen erfolgen. Ziel ist es, Wartungsintervalle anhand der tatsächlich gefahrenen Kilometer und Betriebszeiten zu optimieren und Werkstattaufenthalte zu reduzieren. Für die Entwicklung einer zukunftssicheren Lösung setzt die DB Netz auf die Digitalisierungs- und Bahnexpertise von optiMEAS. Das Unternehmen arbeitete bereits erfolgreich mit der DB Systemtechnik zusammen.
Die Lösung: Das optiMEAS-System liefert kontinuierlich Betriebsdaten
In mehreren Etappen entsteht für die IFO-Baureihen und die Logistikloks die smarte Lösung von optiMEAS. Auf der Fahrzeugseite erfasst immer ein IoT-Gerät die Daten, verarbeitet sie intelligent und übermittelt sie zur „Landseite“. Zwei bahnzertifizierte Gerätetypen sind im Spiel: In den IFOs ist das smartRAIL verbaut und in der Logistikbaureihe das besonders kompakte smartMINI. Über ihre Firmware smartCORE bieten die Systeme GPS, diverse Schnittstellen, intelligente Funktionen zur Datenerfassung und -verarbeitung sowie Cloudanschluss. Per GPS-Signal erfasst jedes System in kurzen Abständen die Positionsdaten und nimmt die Batteriespannung auf. Über Mobilfunk sendet das Gerät die Daten in die optiCLOUD. Die Positionswerte fließen automatisch in die digitale Karte der DB Netz. Die Laufkilometer und Betriebstagsdaten werden über einen Algorithmus errechnet und stehen für das ITSystem bereit, in dem die Instandhaltungsstrategien implementiert sind. Ortung, Laufkilometerzähler und Batteriemonitoring sind Grundfunktionen der Gesamtlösung.
In einigen Testfahrzeugen, sogenannten Musterumbauten, sind zusätzlich Betriebsstundenzähler realisiert. Über CAN-Bus-Adapter sind die Steuergeräte von Hauptmotor, Hilfsmotoren und Aggregaten der Arbeitsmaschinen vollständig rückwirkungsfrei an smartRAIL angeschlossen, das die Daten abgreift. Analoge Signale erfasst das System über optional verbaute Sensorik in Kombination mit den eigens entwickelten Messmodulen smart I/O MIO1 und smartI/O 8U12. Je nach Baureihe sind das die Temperaturen von Öl und Kühlmittel, der Füllstand von Treibstofftanks und der Druck im Rußpartikelfilter von Dieselmotoren. Die offene Systemarchitektur ermöglicht es, weitere Datenquellen, Sensorik und Messmodule einzubinden, ohne das Basis-System ändern zu müssen. Die Firmware smartCORE erhält für eine neue Messaufgabe lediglich ein weiteres Softwaremodul.
Eine Schlüsselrolle soll künftig das Messmodul smartI/O BATMON spielen. Es erfasst kontinuierlich die Batteriespannung und dient zugleich als „intelligentes Netzteil“: Stehen IFOs auf dem Abstellgleis in Bereitschaft, ist smart-RAIL bzw. smartMINI in den Batteriesparmodus versetzt. Das smarte Messmodul erfasst ab da die Batteriespannung selbständig und weckt das IoT-Gerät in festlegbaren Intervallen nur, um die Daten in die optiCLOUD zu übertragen. Die Cloud ist sowohl Datenserver als auch Schnittstelle zu den Geräten. Um Softwareupdates aufzuspielen oder Gerätekonfigurationen zu ändern, muss kein Techniker zur Lok fahren, das geht remote über die Cloud. smartRAIL ist komplett bahnzertifiziert und dank integrierter Watchdogs ausfallsicher.
Der Nutzen: Transparenz, höhere Verfügbarkeit und datenbaiserte Instandhaltung
Mittlerweile fahren knapp 80 Fahrzeugsysteme mit einem optiMEAS-System an Bord, über das sie laufend Positions- und Fahrzeugdaten an die Landseite übermitteln. Die Leitstelle kann jedes Fahrzeug auf der Karte digital orten und über eine Ampel sehen, ob es einsatzbereit ist. Das ist vor allem für das Großstörungsmanagement wertvoll, weil IFOs aus unterschiedlichen Netzbereichen so schnell koordiniert werden können. Die Laufkilometerzähler auf GPS-Basis nutzt die DB Netz, um daraus die tatsächliche Abnutzung und den Wartungsbedarf von Komponenten wie Radsätzen und Bremsen abzuleiten und Austauschintervalle in Zukunft nutzungsorientiert anzupassen. Damit sollen Wartungskosten gespart, weniger Ressourcen verbraucht und die Verfügbarkeit der IFOs im Maschinenpool gesteigert werden. Die permanente Überwachung der Starterbatterie gewährleistet die Einsatzbereitschaft der Flotte. Mit Hilfe der historischen Diagnosedaten sollen Batterieausfälle künftig prognostiziert und automatische Alarme ausgelöst werden. Dank zusätzlicher intelligenter Messtechnik hat die DB Netz den Hauptmotor und die Arbeitsmaschinen – darunter die wichtigen, aber störanfälligen Hubarbeitsbühnen – in Zukunft im Griff. Erfasste sowie errechnete Laufzeitdaten sollen es ermöglichen, Motoren und Aggregate nutzungsbezogen rechtzeitig zu warten. Nach erfolgreicher Erprobung soll die IFO-Baureihe 708 flächendeckend mit dieser Technik ausgerüstet werden. Die Skalierbarkeit von smartRAIL gewährleistet, dass unbegrenzt weitere Messtechnik integrierbar ist, um den „Gesundheitszustand“ von Komponenten zu überwachen. Ein aktuelles Thema ist die Überwachung der Rußpartikelfilter in den Dieselmotoren. Ein Highlight der Lösung: Sie füttert das IT-System kontinuierlich mit Leistungswerten zu den Fahrzeugsystemen. Die intelligente Nutzung der stetig wachsenden Datenbasis ermöglicht es, Wartungszeitpunkte zu optimieren und perspektivisch eine zustandsbasierte Instandhaltung umzusetzen. Ziel der DB Netz ist es, mit größtmöglicher Effizienz die Bahninfrastruktur in hoher Qualität zur Verfügung zu stellen. Die Digitalisierung der IFO-Flotte mit smartRAIL leistet dazu einen wichtigen Beitrag.
optiMEAS ist seit Jahren unser Digitalisierungspartner.Das klappt super und ist vor allem immer lösungsorientiert. Damit haben wir für unsere Fahrzeuge genau die Leistungsdaten zur Verfügung, die wir zur Optimierung brauchen.
