Instandhaltungsoptimierung durch Fahrwerksdiagnose: Ein Bericht über die Forschungskooperation zwischen Stadtwerke München und Siemens

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1 Instandhaltungsoptimierung durch Fahrwerksdiagnose: Ein Bericht über die Forschungskooperation zwischen Stadtwerke München und Siemens 9., How does your bogie feel today?

2 AGENDA Motivationen Verlauf der Kooperation Aktuelle Erkenntnisse Weitere Schritte Seite 2

3 Forschungsziele Erforschung und Erprobung von neuen Funktionen Fokus Fahrwerk und Strecke Umsetzung von Predictive Maintenance Seite 3

4 Erwartungen MVG Ausgangsbasis Quelle: Reichel, Müller, Mandelartz, Betriebliche Instandhaltung Seite 4

5 Erwartungen MVG Der Weg zum Ziel I Vordergründig: Überwachung von Bauteilen mit begrenzter Lebensdauer, z. B. Wälzlager Früherkennung von Schäden und Vermeidung von Folgeschäden Ausnutzen der Lebensdauer des Bauteiles unter realen Beanspruchungen Angepasste Planung von Instandhaltungsmaßnahmen Schnelle Überprüfung der Qualität und Nachhaltigkeit der Instandhaltungsmaßnahme Identifikation unzulässiger Verschleißzustände, z. B. Radunrundheiten Verringerung der Beanspruchung Reduzierung von Luft- und Körperschall Seite 5

6 Erwartungen MVG Der Weg zum Ziel II Herausforderungen: Kenngrößen für die Schädigung der relevanten Komponenten geeignete Messstellen, Sensoren und Auswertungen Beherrschung der Datenflut Nutzung der Daten für eine zustandsorientierte Instandhaltung. Seite 6

7 Erwartungen MVG Der Weg geht weiter Überwachung der Infrastruktur, z. B. Gleisparameter, Verschleißzustände Definition angepasster Infrastrukturgrenzwerte durch direkte Erfassung der Fahrzeugreaktion Keine speziellen Prüffahrzeuge mehr erforderlich? Angepasste Planung von Instandhaltungsmaßnahmen Schnelle Überprüfung der Qualität und Nachhaltigkeit der Instandhaltungsmaßnahme Seite 7

8 Erwartungen MVG - Visionen Überwachung sicherheitsrelevanter Bauteile z.b. Radsatzwellen Ersatz sicherheitsrelevanter Prüfungen, z. B. Ultraschallprüfung, durch permanentes Monitoring Diagnose Überwachung sicherheitsrelevanz nein ja gesetzliche Forderung nein ja (TSI) Echtzeitanforderung nein ja Information geht an Datenspeicherung onboard bzw. Maintenance- Management-System Zugsteuerung und Zugführer Reaktion strategisch geplant unmittelbar Seite 8

9 Historie der Zusammenarbeit Projektstart Integrationskonzept Integration und Inbetriebsetzung Zeitraum Projekt ZugNr. WagenNr. FahrwerkNr. Diagnosebericht München C DG2 / 1518 Daten verfügbar Allgemeine Informationen im betrachteten Zeitraum: Laufleistung [tkm] 0,1 0 Durchschnittsgeschwindigkeit [km/h] Maximalgeschwindigkeit [km/h] 48, Start Durchsprachen Gemeinsames Lernen Entwicklung/Erprobung der Algorithmen Raddurchmesser Achse 1 mm Getriebe 1 Zahnrad 1 ZE G A Raddurchmesser Achse 2 mm Getriebe 1 Zahnrad 1 DH G A Erreichung BM Achse1 km Getriebe 1 Zahnrad 2 ZE G A Erreichung BM Achse1 km Getriebe 1 Zahnrad 2 DH G A Getriebe 1 Zahnrad 3 ZE Y A Flachstelle / Ausbröckelung VL Getriebe 1 Zahnrad 3 DH Flachstelle / Ausbröckelung VR Getriebe 2 Zahnrad 1 ZE Flachstelle / Ausbröckelung HL Getriebe 2 Zahnrad 1 DH Flachstelle / Ausbröckelung HR Getriebe 2 Zahnrad 2 ZE Radunrundheit VL Getriebe 2 Zahnrad 2 DH Radunrundheit VR Getriebe 2 Zahnrad 3 ZE Y A Radunrundheit HL Getriebe 2 Zahnrad 3 DH Radunrundheit HR Getriebe 1 Lager 1 Außenring Achslager VL Temperatur Getriebe 1 Lager 1 Innenring Achslager HR Temperatur Getriebe 1 Lager 2 Außenring Achslager VL Außenring Getriebe 1 Lager 2 Innenring Achslager VR Außenring Getriebe 1 Lager 3 Außenring Achslager HL Außenring Getriebe 1 Lager 3 Innenring Achslager HR Außenring Getriebe 1 Lager 4 Außenring Achslager VL Innenring Getriebe 1 Lager 4 Innenring Achslager VR Innenring Getriebe 1 Lager 5 Außenring Achslager HL Innenring Getriebe 1 Lager 5 Innenring Achslager HR Innenring Getriebe 2 Lager 1 Außenring Schwingpegel AL VL x Getriebe 2 Lager 1 Innenring Schwingpegel AL VL z Getriebe 2 Lager 2 Außenring Schwingpegel AL VR x Getriebe 2 Lager 2 Innenring Schwingpegel AL VR z Getriebe 2 Lager 3 Außenring Schwingpegel AL HL x Getriebe 2 Lager 3 Innenring Schwingpegel AL HL z Getriebe 2 Lager 4 Außenring Schwingpegel AL HR x Getriebe 2 Lager 4 Innenring Schwingpegel AL HR z Getriebe 2 Lager 5 Außenring Schwingpegel Getriebe 1 Getriebe 2 Lager 5 Innenring 05/12 06/12 07/12 08/12 09/12 10/12 11/12 12/12 01/13 02/13 03/13 04/13 06/13 08/13 10/13 12/13 02/14 04/14 06/14 08/14 Seite 9

10 Siemens Bogie Diagnostics Toolbox Die SBDT ist ein sensorisches System zur Identifikation von Zuständen im Fahrwerk und an der Strecke R = f(a x, a y, a z, x, y, y, n,...) Aussage, Instandhaltungsanweisung Sensor System: Sensoren an vorgegebenen Positionen Schwingungen / Beschleunigungen Drehzahl Temperatur bahntaugliche Bauteile für rauen Einsatz Verkabelung inkl. Stecker und Schutz Hardware (Elektronik): Platine mit A/D Wandlung, digitalem Signalprozessor (DSP), Speicher, und Schnittstellen Die Elektronik ist im Fahrwerk für kurze Leitungslängen (EMV) und zur Reduktion von Schnittstellen zwischen Fahrwerk und Wagenkasten Algorithmen: Messwerte Kennwerte Ereignismeldungen Seite 10

11 Siemens Bogie Diagnostics Toolbox: Von den Daten zum Service Analysis & Failure Prediction Trend Analysis Data Mining Reporting Central Diagnostic System Diagnostics Database Data Communication crsp Data Source (sensors, control units, cameras) Diagnostics Server Land Based Receiver Rail System Diagnostics Data Logger Data pre processing Data priority Data Warehouse Rail Monitor Remote Data Access Diagnostics Processing RRSD CMMS CMMS Application Knowledge FXM Field Experience Management Von den Daten zum Service Die Sensordaten werden am Fahrwerk digitalisert und zu Kenngrößen vorverarbeitet Diese werden dann über den Zugbus zu einem zentralen Speicher geleitet und gespeichert Über eine Datenfernübertragung kommen die Fahrwerkskennwerte dann an die Landseite Auf der Landseite werden diese dann in einer zentralen Datenbank gespeichert und analysiert (Trends, Fahrwerks- & Flotten- Vergleiche, Reports). Bei Auffälligkeiten werden Handlungsempfehlungen bzw. Instandhaltungsanweisungen abgeleitet. Seite 11

12 Siemens Bogie Diagnostics Toolbox 5 Teilfunktionen zur Diagnose und Überwachung des Fahrbetriebes Fahrwerksdiagnose & -überwachung Elektronik, Sensorik im Fahrwerk Komponenten Strecke System Überwachung Zusatzfunktionen Diagnosecenter Manuelle Begutachtung Automatisierte Begutachtung Visualisierung, Flottenvergleich, Trenderkennung, Meldungen im Zugbus Verwendung von Daten in Steuergeräten Diagnosebericht Instandhaltung Ausnutzung der Bauteillebensdauer Optimierte Instandhaltung Erhöhung von Zuverlässigkeit Reduzierung korrektiver Schäden Erhöhung der Planbarkeit in der Instandhaltung Vermeidung von A-Fehlern Optimierung der Infrastrukturausnutzung Seite 12

13 Auswahl von Forschungsergebnissen: Track Condition Indication Seite 13

14 Auswahl von Forschungsergebnissen: Diagnosebericht Diagnosebericht Zeitraum Projekt ZugNr. WagenNr. FahrwerkNr München C DG Allgemeine Informationen im betrachteten Zeitraum: Ausgewertete Laufleistung [tkm] 9,6 Durchschnittsgeschwindigkeit [km/h] Maximalgeschwindigkeit [km/h] 46, Radkennwert VL Radkennwert VR Radkennwert HL Radkennwert HR Achslagerkennwert VL Achslagerkennwert VR Achslagerkennwert HL Achslagerkennwert HR : 6 Getriebekennwert 1 Zahnrad 1 Getriebekennwert 1 Zahnrad 2 Getriebekennwert 1 Zahnrad 3 Getriebekennwert 2 Zahnrad 1 Getriebekennwert 2 Zahnrad 2 Getriebekennwert 2 Zahnrad 3 Getriebelagerkennwert 1 Getriebelagerkennwert 2 : Seite 14

15 Auswahl von Forschungsergebnissen: Systemfunktionen nominell auffällig Seite 15

16 Siemens Bogie Diagnostics Toolbox: Moderne Instandhaltungskonzepte Moderne Instandhaltungskonzepte: Fahrwerksdiagnose-Systeme helfen dabei ausfallende Komponenten an Fahrwerken frühzeitig zu erkennen und unterstützen bei der Optimierung der Wartungskosten. Instandhaltungskosten Teure Komponentenversagen können in einem frühen Stadium erkannt und zu niedrigen Kosten getauscht werden. Die korrektive Instandhaltung wird planbar. Durch die Bogie Health Check Diagnose kann die Einsatzdauer von Komponenten optimiert werden Ein optimiertes Wartungskonzept verkürzt die Zeiten im Depot = höhere Verfügbarkeit. Seite 16

17 Quantitative und qualitative Potentiale der Fahrwerksdiagnose Fahrwegmonitoring Wo sind Störungen? Wo hat sich etwas verändert Wie hat sich etwas verändert Track Access Charge Schnelle und Flexible Problemlösung Aussagen Fahrer/Schaffner/Passagiere plausibilisieren frühe Problemeingrenzung Gezielte Problemeingrenzung Überprüfung der getroffenen Maßnahmen Vermeidung von Folgefehler Instandhaltungsplanung Ressourcenplanung Depot Planung korrektiven Instandhaltung Disponierung der Triebzugverfügbarkeit Ressourcenplanung Unterflurdrehbank Daten/Zustandstransparenz Optimierung Fahrbetrieb Nachvollziehbare IH- Historie Nachweisfunktionen Komfortveränderung Automatisierung reduzierte Sichtkontrollen* Radvermessung* Protokollerstellung (RFID) Vorteile Versicherungsprämien? Einsatzdaueroptimierung Ersatzteilmanagement Zustandsorientierte Instandhaltung* Verschleißprognosen* *für Hersteller quantifizierbare Größen Seite 17

18 Auswahl von Forschungsergebnissen: Summary Track Condition Indication: Streckenindikation für das Monitoring von interessanten Veränderungen an der Strecke sind möglich Fokus: wie reagiert das jeweilige Fahrzeug (Fahrzeug, Fahrwerk) auf Störungen im Gleis. Diagnosebericht mit regelmäßigen Durchsprachen: direkter Zugriff aus der täglichen Instandhaltung auf das Entwicklungs-Know-how. Bogie Health Check: Systemfunktionen mit Trends über die Zeit zeigen das Maß der Veränderung der Systemeigenschaften. Seite 18

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit How does your bogie feel today?

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