Удорожание составляет десятки тысяч рублей
Стремительное освоение информационных и коммуникационных технологий превращает Интернет вещей (Internet of Things, IoT) из теоретической концепции создания сети передачи данных между физическими объектами в осязаемые технические решения и открывает новые возможности в обеспечении безопасного и бесперебойного движения железнодорожного транспорта. Технологии IoT позволяют контролировать передвижение и местонахождение локомотивов и вагонов, отслеживать состояние компонентов техники с помощью датчиков и эффективнее планировать техобслуживание, а также предотвращать аварийные ситуации, связанные с человеческим фактором, в частности оценивать уровень усталости машиниста. Однако внедрение таких решений только начинается, и какие из них получат широкое применение, еще предстоит выяснить в процессе эксплуатации. О современном уровне развития этой сферы и наиболее перспективных направлениях своим мнением поделились производители подвижного состава и разработчики технических решений, связанных с реализацией IoT.
С.М. Дробжев, первый заместитель генерального директора «РМ Рейл»
Использование технологий IoT и внедрение решений, не требующих человеческого присутствия – одна из наиболее трендовых и широко обсуждаемых тем в железнодорожных перевозках. Однако пока грузовой подвижной состав с применением Интернета вещей не производится. Мы считаем это направление очень перспективным. Внедрение умных устройств –будущее вагоностроения, и оно обосновано экономически. В частности, речь идет о системах контроля состояния ключевых узлов вагона, позволяющих оперативно в онлайн-режиме отслеживать их выход из строя, а также планировать ремонт по фактическому техническому состоянию.
Компания «РМ Рейл» ведет разработки в области внедрения технологий IoT в конструкцию вагонов. Совместно с НПП «РаТорм» (Екатеринбург) реализован первый этап создания системы «Цифровой умный вагон» для грузового железнодорожного подвижного состава, прототип которого был представлен на выставке «PROДвижение. Экспо» в Щербинке в 2021 году. Основой системы является блок устройства мониторинга и диагностики вагона (УМДВ), разработанный нашими партнерами. Выбор именно этого узла обусловлен наиболее эффективным технологическим решением моделей блока питания и блока сбора информации. Аккумуляторы и солнечные батареи, предлагаемые другими разработчиками, считаются крайне непрактичными в эксплуатации и обслуживании. Блок питания УМДВ обеспечивает энергию, аккумулируя ее от движущейся части тележки, собирает информацию и передает ее в облачное хранилище.
В 2023 году планируется оснастить этим устройством первую партию – 70 вагонов из алюминиевых сплавов модели 19-1299 на инновационной тележке модели 18-9891 с осевой нагрузкой 25 тс для подконтрольной эксплуатации. Предполагаются три этапа внедрения системы «Цифровой умный вагон». В настоящее время мы совместно с АО «ВНИИЖТ» осуществляем реализацию второго этапа, расширяя ее возможности. Важное преимущество выбранного решения – комплектующие отечественных производителей. Ранее мы планировали использовать датчики одного из крупнейших производителей Европы, которые полностью отвечали нашим техническим требованиям. Сейчас они ушли с российского рынка, поэтому «РМ Рейл» нашла партнеров в своем регионе – это молодая компания, резидент «Технопарка-Мордовия». Умные устройства повышают конечную стоимость вагона в текущий момент, но при серийном производстве удорожание будет минимальным. Преимущества гораздо более весомы: снижение аварийности; замена планового ремонта вагонов на ремонт по фактическому состоянию; минимизация труда осмотрщиков подвижного состава. В денежном эквиваленте эффект от использования технологий IoT позволит экономить миллиарды рублей, а главное – повысить безопасность на железной дороге.
Что касается спроса на вагоны с IoT со стороны рынка – большинство эксплуатантов грузового подвижного состава пока не определилось относительно преимуществ новой техники для своего бизнеса. Готовы попробовать, когда такое предложение будет –вот наиболее распространенный ответ на наши запросы.
Основным препятствием для широкого применения «умных» устройств в вагоностроении считаем отсутствие более динамичного отклика со стороны хозяина инфраструктуры в лице ОАО «РЖД», которое могло бы стать активным двигателем, драйвером этого процесса. Кроме того, для внедрения новых технологий требуется финансирование, в частности дорогостоящих испытаний. При существующей системе допуска на инфраструктуру все затраты ложатся на плечи разработчиков – производителей подвижного состава, и захотят ли они их нести единолично во имя достижения общегосударственных целей –большой вопрос.
А.Е. Хатламаджиян, руководитель Опытноконструкторского бюро АО «НИИАС»
Для железной дороги точнее называть технологию IIoT (Industrial Internet of Things, IIoT) «Промышленный интернет вещей». А в некоторых странах даже используют определение «Железнодорожный интернет вещей» (Railway Internet of Things, RIoT). Одна из сфер применения данной технологии на транспорте – умный подвижной состав. Этой темой занимается ряд компаний, которые предлагают решения по установке бортовыхустройств с основной функциональностью трекинга и возможностью подключения дополнительных сенсоров для анализа состояния отдельных элементов вагонов, грузов и путей.
В настоящее время остро стоит задача по диагностике подвижного состава и груза, существуют два подхода для ее решения: стационарные устройства (система ППСС –интегрированный пост автоматизированного приема и диагностики подвижного состава на сортировочных станциях) и установка бортовых устройств, которые располагаются непосредственно на подвижном составе и грузе. В составе ППСС есть подсистема СИБУК СПСГ, реализованная на основе технологий RFID и LPWAN и позволяющая считывать с установленных на вагонах датчиков информацию о подвижной единице, перевозимом грузе, состоянии запорно-пломбировочных устройств и так далее. По мере тиражирования ППСС на железной дороге создается первая масштабная сеть считывания информации с умного подвижного состава. Строящаяся информационная инфраструктура имеет относительно низкую дискретность (ППСС пока устанавливаются на подходах к важнейшим сортировочным станциям), но при этом будет охватывать практически всю сеть дорог ОАО «РЖД».
Системы, создаваемые с применением технологий промышленного Интернета вещей (умная инфраструктура и умный подвижной состав), можно поставить в один ряд с беспилотными технологиями, цифровизацией управления станциями и перегонами.
При этом, как показывает опыт, необходимы довольно ощутимые изменения в стоимости и простоте реализации инфраструктуры и ассортимента датчиков. Сейчас достаточно неплохо работают механизмы параллельного импорта, и основной объем оборудования промышленного Интернета вещей (именно процессорного уровня) производится в самых разных странах. С момента введения санкций интенсивно идет замещение импортных технологий отечественными компаниями. Поэтому, по нашему мнению, на сегодняшний день санкции не являются барьерным фактором. В нашей стране есть потенциал для необходимого уровня импортонезависимости.
Переход на широкое применение IoT технологии – один из основных трендов развития телематики. При этом экономическая составляющая в значительной степени зависит от конкретных сценариев. Отдельный пласт сейчас составляет внедрение IoT в системах обеспечения безопасности перевозочного процесса, где большинство сценариев связано с контролем, диагностикой и оперативным реагированием.
Надо отметить, что применение IoT решений довольно незначительно отражается на стоимости подвижного состава. При базовой стоимости подвижных единиц в несколько миллионов рублей удорожание, связанное с установкой IoT-устройств, составляет десятки тысяч рублей. Вместе с тем, инфраструктура, необходимая для функционирования IoT-устройств, к сожалению, требует достаточно больших капиталовложений – проектирование, стройка, обслуживание. На данный момент эксплуатанты нечасто обращаются к IoT-решениям, так как, с одной стороны, недостаточно предлагаемых разработок, а с другой – нет соответствующей инфраструктуры считывания информации. Именно поэтому нужны новые нестандартные подходы, такие как предлагаемая нашим институтом новая концепция Единой мобильной цифровой инфраструктуры (ЕМЦИ). Идея ЕМЦИ заключается в создании относительно недорогой унифицированной коммуникационной инфраструктуры IIoT, основной технологией в которой является дистанционное информационное взаимодействие базовой станции стандарта LPWAN, устанавливаемой на магистральном локомотиве, с различными беспроводными устройствами, размещаемыми на локомотивах, вагонах, грузах и элементах инфраструктуры. По нашему мнению, реализация этого подхода придаст дополнительный толчок в цифровизации железнодорожной инфраструктуры ввиду высокой универсальности предлагаемой концепции и относительно низкой стоимости ее реализации из-за отсутствия расходов на проектирование и стройку, а также низких эксплуатационных затрат.
Таким образом, основной барьер для успешного внедрения – текущая дороговизна технических решений, как инфраструктурных, так и конечных устройств по отношению к обширному функционалу, который может быть реализован. Зачастую заказчику непонятно, какую перспективу предоставляют IoT-решения, так как ему нужен не сам инструмент как таковой, а конкретный сценарий с приложенным технико-экономическим обоснованием. Думаю, необходимо сконцентрироваться на нескольких, желательно межхозяйственных, понятных заказчику сценариях. Их реализация должна потянуть за собой развитие инфраструктуры, что в свою очередь будет стимулировать появление новых IoT-сценариев.
К.В. Колесников, заместитель генерального директора АО «СТМ» по цифровизации – генеральный директор Центра инновационного развития (ЦИР) СТМ
На сегодняшний день железная дорога могла бы использовать IoT-технологии, но применение подобных решений, когда каждое устройство является конечным в сборе и получении информации, невозможно вы строить на базе Интернета вещей, так как эти протоколы не являются безопасными и частота опроса устройств не позволяет выработать должного быстродействия систем на железнодорожном транспорте. Применение постулатов IoT позволяет собирать аналитику и некоторые параметры диагностики, а также выстроить развернутую систему обратной связи с конечными устройствами.
Поэтому внутри холдинга «Синара – Транспортные Машины» мы разработали собственные решения, которые позволяют нам общаться с конечными устройствами и собирать с них большие объемы информации, необходимой как для работы, так и для диагностики, а также отслеживания окружающей среды и ее изменений. Разработки оказались полезными при аналитике взаимодействий с подвижным составом участников рабочих процессов на железной дороге и людей вблизи железнодорожной техники.
Мы в ЦИР СТМ изначально создавали свою систему на основе отечественного микроконтроллера и вопросы с импортными комплектующими не отразились в полной мере на архитектуре и концепции наших решений. Сейчас у нас нет никаких рисков, связанных с работой устройств. Более того, мы занимаемся переводом всех наших решений на отечественные микроконтроллеры.
Заказчики, которые представляют в основном промышленность и транспорт, сегодня все чаще смотрят в сторону умных единиц подвижного состава для того, чтобы автоматизировать и оптимизировать свои рабочие процессы. На наш взгляд, требуется разработка федерального протокола обмена информацией между конечными устройствами с необходимым уровнем безопасности и криптозащиты, который будет единым стандартом для автомобильного и железнодорожного транспорта. Также необходимо развитие федеральной сети передачи данных, чтобы, используя этот протокол, получать данные с конечных устройств в нужном формате, в необходимом количестве, с требуемой скоростью передачи и с обеспечением соответствующей инфраструктуры.
А.М. Романчиков, управляющий директор по развитию интеллектуальных систем управления АО «Трансмашхолдинг», генеральный директор «ТМХ-Интеллектуальные системы»
Технологию IoT можно условно разбить на 4 составляющие:
– устройства (те самыеT hings), которые собирают информацию о реальном мире;
– ПО, которое делает устройства умными и отвечает за сбор и предобработку данных, перевод их в нужный формат, подключение к сети передачи данных; – коммуникации, в широком смысле обеспечивающие подключение устройств друг к другу, к внешним системам. Протоколы, каналы передачи данных и так далее;
– платформа, которая контролирует устройства, накапливает и анализирует данные, взаимодействует с пользователем.
Всего пару лет назад самой востребованной была платформа, нужно было научиться собирать и анализировать уже существующие на подвижном составе данные (сегодня системы на локомотиве собирают более 400 параметров). После решения этой задачи стало понятно, что для предиктивной диагностики узлов нужна более высокая точность и новые виды параметров, так как имеющихся было недостаточно, а предварительную аналитику нужно проводить «на борту».
В ТМХ разрабатывается бортовая предиктивная система диагностики, которая предназначена для сбора и передачи данных о техническом состоянии подвижного состава с целью прогнозирования выхода из строя критически важных узлов. Ее применение позволит повысить надежность техники, снизить количество отказов и неплановых ремонтов, а также в перспективе перейти к обслуживанию локомотивов по состоянию. В системе диагностики используются датчики тока и вибрации ,делающие тысячи измерений в секунду, модули предобработки информации, выдающие предварительный результат, который потом проще анализировать, а также умные камеры, следящие за пантографом. В настоящее время бортовая предиктивная система диагностики проходит опытную эксплуатацию на электровозе «Ермак» в депо Кандалакша на полигоне Октябрьской дороги. Технологии IoT будут расти и внедряться, в части систем диагностики точно, ведь здесь есть полезный коммерческий эффект.
Так, в первую очередь будут совершенствоваться способы сбора и предобработки данных. ТМХ сейчас сосредоточен на изучении того, как ведут себя узлы локомотива в эксплуатации, построении точных моделей и алгоритмов, определении, какие именно параметры необходимо снимать и в какой точке. Что касается способов передачи данных, идеально было бы применять беспроводные датчики, это сэкономило бы километры кабеля и сильно упростило внедрение. Но сегодня это невозможно, ведь дискретность данных слишком высока, к тому же на железнодорожной технике повышенные требования к стойкости оборудования.
Наши партнеры осваивают производство датчиков в России, разработка прикладного ПО идет полностью внутри страны. Все компоненты доступны, но пока их требуется немного. Трудности могут возникнуть, когда система будет широко тиражироваться, к этому времени, мы надеемся, будет налажено импортозамещение вычислительных модулей, у разработчиков появятся компетенции по системному ПО.
На наш взгляд, наиболее оправдано применение IoT во всем, что связано с контролем узлов локомотива: параметры работы, замены во время обслуживания и так далее. Применение таких систем поможет и сервисным компаниям в оптимизации обслуживания, и эксплуатантам –вырастет надежность техники. Если брать стоимость этих систем в сравнении с конечной стоимостью техники, то она измеряется несколькими процентами. В то же время эффекты для эксплуатанта ощутимее. Все новые грузовые электровозы производства ТМХ выходят с завода, оборудованные средствами агрегации параметров всех систем локомотива и передачи их в центр обработки. После завершения разработки системы предиктивной диагностики, мы уверены, она также станет обязательной опцией.
Для успешного внедрения технологий IoT отрасли в первую очередь требуется доступ к компонентам и поддержка регулятора. Новые технические решения должны испытываться на сети РЖД без бюрократических проволочек. Это довольно «практическая» технология, и чтобы совершенствоваться, она должна эксплуатироваться, взаимодействовать с реальным миром. А чем доступнее будут компоненты системы, тем дешевле будет конечное решение, а значит, и выше эффект.
А.А. Сурай, главный инженер проекта компании «Центр 2М»
На сегодняшний день зарубежные аналоги телеметрии подвижного состава внедряются более 7 лет. Известные решения позволяют повысить операционную эффективность управления парком вагонов с использованием функциональности по оптимизации порожних пробегов, получать прогноз прибытия подвижного состава и организации поставки «точно вовремя». В целях оптимизации затрат на ТОиР используется функциональность по оценке технического состояния колесных пар, буксового узла, загрузки вагона.
На площадке союза «Объединение вагоностроителей» при непосредственном участии АО «ВНИИЖТ» и владельцев подвижного состава была проведена работа по формированию единых технических требований к системе и оценке экономического эффекта. В системе телеметрии «Цифровой грузовой вагон» разработки ООО «Центр 2М» одной из ключевых является технология MultiSim виртуального оператора сотовой связи. Также используем энергоэффективные решения ГНСС, технологии LPWAN для сбора информации с диагностических датчиков. Основное направление –удаленная оценка технического состояния отдельных узлов и деталей для обеспечения технологии обслуживания по состоянию. Эта функциональность получит качественный скачок в развитии в случае электрификации подвижного состава. Однако уже сейчас мы имеем хорошие результаты в части оценки состояния колеса.
Как показывает зарубежный опыт, у операторов есть интерес к развитию подобных технологий, к примеру, один из европейских разработчиков решения на сегодняшний день установил более 30 тыс. устройств телеметрии. Система «Цифровой грузовой вагон» только получает дорогу в жизнь. Для успешного внедрения технологий IoT сначала на отечественный рынок должны выйти готовые решения, которых до сих пор не было. Наша компания планирует до конца 2022 года завершить все мероприятия по получению доступа на сеть железных дорог телематической системы в составе грузовых вагонов, для этого пройдены все лабораторные и полигонные испытания.
В дальнейшем необходимо определить общие правила использования собираемых данных. Текущая экономическая оценка показала, что применение телеметрии грузовых вагонов позволяет добиться синергетического эффекта за счет предоставления данных всем участникам перевозочного процесса, включая разработчиков вагонов.
Комментарии