Schlummernde Potenziale in Planung, Nachrüstung und Wartung von Schienenfahrzeugen

Der Markt für Schienenfahrzeuge wächst und verlangt ständig neue Technologien für mehr Passagiere. Hersteller stehen unter großem Zeitdruck. Die Schienenfahrzeugplanung ist allerdings eine anspruchsvolle Aufgabe, bei der nicht nur ein komplexes Produkt entwickelt, sondern auch viele äußere Gegebenheiten und Anforderungen berücksichtigt werden müssen. Die Bedingungen sind weder mit denen der Automobilbranche noch mit denen des Anlagenbaus vergleichbar. Ein durchgehend digitalisierter Prozess von der Planung des Fahrzeugs bis hin zu dessen Optimierung und Betrieb kann vieles vereinfachen.

Im Vergleich zu anderen Technologiebereichen birgt die Schienenfahrzeugbranche einige Besonderheiten. Anders als im Automobilsektor müssen die Fahrzeuge zu dem Streckennetz und individuellen Kundenwünschen passen. Das gilt nicht nur für Spurweite oder Netzspannung, sondern auch für viele weitere Aspekte wie die verwendeten Zugsicherungssysteme oder die Frage, ob und wie die Strecke elektrifiziert ist. Hersteller müssen ihre Produkte daher von Markt zu Markt stark anpassen.

Optimierte Lifecycle-Kosten und Umwelt gewinnen an Bedeutung

Zusätzlich werden im Schienenfahrzeugbau Umweltfragen immer wichtiger. Diesellokomotiven stehen wegen ihrer Abgase in der Kritik. Allerdings sind noch nicht alle Schienennetze elektrifiziert. Zusätzlich sollen Züge immer leiser werden und weniger Grobstaub verursachen. Das erfordert Fahrzeugneubeschaffungen oder aufwendige Umrüstungen und Modernisierungen bestehender Fahrzeuge. Umbauten sind nicht nur technisch schwierig, sondern auch unter dem Gesichtspunkt der Neuzulassung eine Herausforderung. Diese dauert zum Teil länger als der Konstruktionsprozess. Zusätzlich wünschen sich immer mehr Fahrgäste Komfortangebote wie WLAN während der Fahrt. Auch hier müssen Zughersteller und -betreiber nachrüsten und sind mit der Zulassungsproblematik konfrontiert.

Verkabelung: Viel Aufwand und hohe Risiken

Auch ohne die landesspezifische, zeitaufwendige Zulassung ist die Konstruktion eines Zuges noch komplex genug. Vor allem die Verkabelungsplanung ist mit herkömmlichen Methoden äußerst umständlich. Traditionell müssen Hersteller dafür einen Zugprototyp bauen, die benötigten Kabel dort einziehen und dann die Kabellängen händisch messen. Neben dem massiven Aufwand birgt der Prozess auch die Gefahr, dass Fehler in der Verdrahtungsplanung erst am Prototyp bemerkt werden. Verzögerungen und lange Planungsprozesse sind für die Hersteller in der Schienenfahrzeugbranche ein massives Problem aufgrund der Art und Weise wie Aufträge vergeben werden. Patrick Gansauge, Key Account Director bei Aucotec, weiß: „Zughersteller stehen vor der Herausforderung, dass sie äußerst schnell auf unterschiedlichste Ausschreibungen reagieren müssen.“

Weniger Ressourcen für mehr Komplexität im Engineering

Eine disziplinübergreifende Planungssoftware auf einem zentralen Datenmodell spart Ressourcen und ermöglicht gleichzeitig deutlich mehr Komplexität im Engineering. Mit einer solchen Software lassen sich die Prozesse von der Entwicklung über die individualisierte Fertigung bis zur pünktlichen Auslieferung perfekt orchestrieren. Sie bildet den gesamten Zug inklusive aller Systeme vollständig ab und dient als einzige Quelle für Informationen (Single Source of Truth). Der digitale Zwilling und ein bidirektionaler Datenaustausch mit mechanischen Konstruktionssystemen erlauben unter anderem den Verzicht auf manuelle Messungen am physischen Prototyp.

Schnellere Planung dank Baukasten

Doch die Vorteile einer durchgehend digitalisierten Planung gehen noch weiter. So können Hersteller einen Zug schnell aus bereits bestehenden Elementen und Modulen im Baukastenprinzip zusammenfügen. Das erweist sich besonders vor dem Hintergrund kurzfristiger Ausschreibungen in Kombination mit immer komplexeren Zugsystemen als entscheidender Wettbewerbsvorteil. Zusätzlich können spätere Modifikationen mit der digitalen Repräsentation geplant werden. Da der Zwilling ein komplettes Spiegelbild des realen Schienenfahrzeugs ist und alle Änderungen enthält, die an dem Zug vorgenommen wurden, kann er auch für Dokumentationszwecke verwendet werden. So lassen sich auch langwierige Zulassungsprozesse deutlich verkürzen.

Zukunftsmusik Predictive Maintenance

Theoretisch könnte auch im Schienenverkehr eine durchgehende Digitalisierung den Einsatz präventiver Wartungssysteme ermöglichen. Zurzeit ist das allerdings noch ein Wunschtraum. Für eine vorausschauende Instandhaltung müssen die Fahrzeugzustandsdaten erhoben und an eine zentrale Stelle übermittelt werden. „Dafür bedarf es vieler Sensoren und leistungsstarker Funknetze nach 5G-Standard für die Übertragung großer Datenmengen“, sagt Patrick Gansauge.

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