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DRIVE - Digitale Komplettlösung für Predictive Maintenance in Zügen

Top-Fokus Beitrag über die Komplettlösung DRIVE in der Fachzeitschrift Markt & Technik erschienen.

Effiziente Wartung und reduzierte Ausfallzeiten

Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) bietet die Möglichkeit, Wartungszyklen in Abhängigkeit von der Nutzung zu optimieren, Probleme vorherzusehen, bevor sie entstehen und Ausfallzeiten zu minimieren: Durch vorausschauende Wartung können Probleme bereits im Feld erkannt, Ersatzteile frühzeitig bestellt und Instandsetzungszyklen verkürzt werden. Die vorausschauende Wartung stellt damit ein Kernelement für die Senkung der Betriebskosten und Erhöhung der Betriebssicherheit im Schienenverkehr dar. Sie vermeidet unnötige und verkürzt nötige Wartungszyklen und reduziert damit die Ausfallszeiten auf ein Minimum. Vor diesem Hintergrund bieten ELTEC Elektronik, Splunk und ESE Engineering mit DRIVE 1.0 eine Lösung für die effiziente, schnelle und sichere Erfassung und Kommunikation von Zug-Betriebsdaten und deren Übertragung an übergeordnete Systeme. Für eine einfache System-Implementierung des „Condition Based Monitoring"-Systems steht ein Starterkit mit allen erforderlichen Komponenten zur Verfügung.

Bisher lieferten proprietäre Systeme limitierte und in der Regel nicht-standardisierte Informationen zu den Betriebsdaten der Züge. Darüber hinaus war auch meist kein Echtzeit-Fernzugriff gegeben. Im Gegensatz dazu bietet DRIVE 1.0 eine UIC 559-konforme Fernüberwachung von Instandhaltungsmaßnahmen des Betreibers. Der UIC-Standard beschreibt die Übertragung von Diagnosedaten im Schienenverkehr. Mit DRIVE 1.0 und dem integrierten UIC 559-Forwarder werden die Daten in einem standardisierten Format in Echtzeit an die Analyse-Software von Splunk weitergeleitet und bieten dem Nutzer die Planungsgrundlage für Betrieb und Wartung.

DRIVE 1.0 besteht aus drei Schlüsselkomponenten: der CyBox ED-S, einem bahntauglichen Onboard-Computer für die Erfassung und Vorverarbeitung der Daten im Zug und ihre Weiterleitung an das übergeordnete Analyse-System; der Analyse dieser Daten mit Hilfe der Splunk-Plattform und der Visualisierung der Analyse-Ergebnisse durch ESE. Dabei kombiniert DRIVE die Komponenten und das Know-how von drei Unternehmen: Der Ethernet Data Concentrator CyBox ED-S von ELTEC verbindet sich mit dem Zug über eine konfigurierbare Schnittstelle und sammelt als Onboard-Computer die relevanten Daten. Die ausgelesenen Zugdaten werden von der Splunk Big Data- und IoT Analytics-Plattform aufbereitet. ESE fungiert als Integrator für DRIVE sowohl im Zug als auch an den landseitigen Systemen und passt Übersichtsdarstellungen (Dashboards) und Auswertungen auf kundenspezifische Wünsche hin an. Der Nutzer profitiert von der übersichtlichen Aufbereitung komplexer Daten, der Echtzeit-Analyse und Verfügbarkeit von Prognosedaten, womit letztendlich reduzierte Ausfallzeiten und deutliche Kosteneinsparungen erreicht werden.

Das DRIVE 1.0 Kit beinhaltet alle erforderlichen Komponenten wie Hardware, Software und Services für die schnelle Erfassung und anschauliche Darstellung von Maschinendaten in Zügen.

Als Design- bzw. Implementierungs-Unterstützung beinhaltet das DRIVE 1.0 Starterkit alle erforderlichen Komponenten:

  • CyBox ED-S mit UIC559-Forwarder und allen Kabeln sowie Antennen
  • dreimonatige Lizenz für die Nutzung der Splunk-Software
  • Integration des Systems inklusive erster kundenspezifischer Auswertungen sowie Hosting für drei Monate

Robuster Datensammler

Die robusten Datenkonzentratoren der CyBox ED-Linie mit einer leistungsstarken CPU sind mit einer Vielzahl von Schnittstellen ausgestattet, über die fahrzeug- oder maschineninterne Sensordaten gesammelt und an übergeordnete Systeme oder Leitstellen für zustandsorientierte Wartung übertragen werden. Die Übermittlung der Gerätedaten kann sowohl kabellos über Mobilfunk/WAN als auch über Gigabit Ethernet-Kabel erfolgen.

Die Cybox ED-S sammelt als leistungsfähiger Onboard-Computer alle relevanten Daten für eine zustandsorientierte Wartung von Zügen.

Die wesentlichen Features der CyBox ED-S sind:

  • Integrierte ARM-CPU, i.MX6 skalierbar bis zu vier Cores
  • Vielfältige Schnittstellen (Gigabit Ethernet, 4 x seriell, 4 x digital, Relais)
  • 1x miniPCI Express-Socket für WLAN/LTE-Erweiterungen
  • GPS-Interface
  • lokaler Datenspeicher
  • sichere, verschlüsselte Datenübertragung durch integrierten Security-Chip
  • Weitbereichs-Netzteil (24-110 VDC)
  • Prüfberichte gemäß EN 50155 verfügbar

Mit dem EN 50155-kompatiblen Weitbereichsnetzteil, den kompakten Abmessungen, dem weiten Temperaturbereich (- 40 °C bis + 85 °C) und dem robusten Gehäuse (IP67) kann die CyBox ED-S in unterschiedlichsten Zugtypen und auch in beengten und rauen Umgebungen eingesetzt werden. Die Konfiguration ist denkbar einfach: Verbindung des Systems via Ethernet mit dem Computer, Komplettierung des UIC559 Config-Files mit den zugspezifischen Informationen, Einsetzen der SIM-Karte, Verbindung mit den Antennen bzw. GPS, Einschalten der CyBox ED-S und automatische Verbindung mit dem ESE-Server.

Speicherung und Analyse der Daten

Die im Zug ausgelesenen Daten werden mit der Big Data- und IoT-Analytics-Plattform von Splunk verarbeitet – einer generischen Lösung für alle textbasierten Maschinendaten. Die Verbindung zwischen dem CyBox ED-S Computer und der Splunk-Software erfolgt verschlüsselt, während der Zugriff auf den Computer automatisch überwacht wird. Mit diesem Ansatz erhält man einen einfachen, übersichtlichen Blick auf komplexe Daten, dank der nahtlosen Integration über die unterschiedlichen Datenquellen, Sensoren und Applikationen. Personalisierte Hinweise und Diagnose-Alarms in Echtzeit ermöglichen ein schnelles und gezieltes Handeln. Die Software korreliert dabei die anfallenden Telematik-, Sensor- und Betriebsdaten (wie z.B. Stromaufnahme). Mit der Kombination aus leistungsfähiger Datenerfassung und -verarbeitung kann eine zustandsorientierte Wartung in Zügen realisiert werden, angesichts ständig steigender Wartungs- und Reparaturkosten ein wichtiges Kriterium in der Branche.

Ein Beispiel: Türstörungen sind ein häufiges Problem in Zügen und können verschiedene Ursachen haben: wetter- und umgebungsbedingte Einflüsse (Temperaturänderungen, Schmutz, etc.), hohe Belastung in Stoßzeiten oder unsachgemäßer Gebrauch bzw. Vandalismus. Ein entsprechendes Splunk-Dashboard zeigt alle wichtigen Kriterien (Asset, Türnummer, Anzahl der Schließvorgänge und beispielsweise den Verlauf der Stromaufnahme über die Schließvorgänge auf). So können Events mit Anomalien, die auf eine Fehlfunktion hinweisen, schnell und einfach identifiziert werden. Hilfreich kann dabei auch eine Verlinkung der Maschinendaten mit Third-Party-Informationen (z.B. Wetter) sein. Diese Möglichkeit bringt Splunk standardmäßig mit.

Alles auf einen Blick – Splunk-Dashboard zur Türüberwachung. Eine Anomalie bei der Stromaufnahme deutet auf eine Störung hin.

Der hier vorgestellte DRIVE-Ansatz ist ein wichtiges Element bei der Digitalisierung einer gesamten Flotte. So lassen sich technische Hilfestellungen erarbeiten, wenn ein Zugführer während der Fahrt eine Alarmmeldung erhält. Mit der Splunk-Plattform können unterschiedlichste Sensorwerte und GPS-Informationen in Echtzeit ausgewertet werden. Alarmfunktionen können mit Maschinenregeln auf Basis einer Fehlertabelle verknüpft werden, um im Fehlerfall die beste Maßnahme zu ermitteln, wenn z.B. die Kühltemperatur zu hoch ist oder der Bremszylinder nicht arbeitet. Tritt ein Fehler verteilt über die Flotte auf, kann entsprechend reagiert werden.

Kundenspezifische Dashboards

Die ESE GmbH erarbeitet technische Lösungen für die Eisenbahn- und Signaltechnik und wirkt dabei an vielen internationalen Zukunftsprojekten mit. Dabei unterstützt das Unternehmen bei der Entwicklung und Inbetriebnahme aller Systeme an Strecke und im Fahrzeug. Im Rahmen der DRIVE 1.0 Lösung bietet ESE Entwicklungsunterstützung bei der Systemintegration. Dazu gehört auch die Realisierung von Auswertungen entsprechend den Kundenanforderungen. Zum Lieferumfang des DRIVE 1.0 Kits gehört die Entwicklung von zwei kundenspezifischen Dashboards zur Darstellung von Maschinendaten sowie Beratung zu möglichen kundenspezifischen Use Cases.

 

Weitere Informationen zu DRIVE 1.0 finden Sie auch unter https://www.train-monitoring.com.
Treten Sie gerne direkt mit Dr.-Ing. Ulrich Bock, Director Rail- & Industry Consulting in Kontakt, um Ihre speziellen Fragen und Bedarfe zum Thema Predictive Maintenance zu klären.