Datengetrieben: Der Zug der Zukunft

Die exponentielle Zunahme der Rechen- und Speicherleistung in den vergangenen Jahren hat es möglich gemacht: Daten können – in allen Lebensbereichen – ganz anders genutzt werden als bisher. Mit erstaunlichen Effekten. Die Zukunft wird vorhersagbar, ein alter Menschheitstraum erfüllt sich. Zumindest im Kleinen, und in jedem Fall in der Bahnbranche. Auf Basis präziser Vorhersagen, die bei der intelligenten Auswertung von Daten entstehen, kann etwa die Wartung von Zügen und damit ihre Verfügbarkeit auf der Strecke entscheidend verbessert werden. Im Zeichen einer Verkehrswende ist das ein wichtiger Baustein. Knorr-Bremse investiert zielgerichtet in derart datengetriebene Produkte und smarte Prozesse. Der resultierende Nutzen für Kunden und den Konzern ist immens.

Datengetrieben: Mehrwerte für Kunden und das Unternehmen

Die Innovation der Knorr-Bremse Division Systeme für Schienenfahrzeuge heißt Condition-Based Maintenance (CBM) für zustandsbasierte, ja vorausschauende Wartung. „Was die notwendige Datenbasis für diese Lösung angeht, hat Knorr-Bremse als führender Anbieter für Bremsen, Türen, Klimasysteme, Sanitäranlagen und Steuerungskomponenten einen unschätzbaren Vorteil: Wir sitzen direkt an der Quelle“, sagt Dr. Maximilian Eichhorn, Vice President Digital Products bei Knorr-Bremse. „Genau hier, an den in Zügen verbauten Subsystemen, liegt das Gold des digitalen Zeitalters.“ Dort entstehen im Fahrbetrieb große Mengen von Betriebsdaten. „Sie erlauben uns, den Zustand unserer Systeme im Zugbetrieb in Echtzeit zu erfassen, zu steuern und in ihrem Verhalten vorherzusagen.“ Für Knorr-Bremse, seine Kunden und die Bahnbranche als Ganzes bedeutet das nicht weniger als eine Zeitenwende.

Condition-Based Maintenance – und noch ein Schritt weiter

Die Funktionsweise der CBM erklärt Markus Schumann, Director Sales Digital Products and Services bei Knorr-Bremse, wie folgt: „Sensoren können die Daten, die etwa durch Vibrationen und Schwingungen, Energieverbräuche, Geräusche, Temperaturen und viele weitere Parameter entstehen, genau erfassen. Die Daten werden gebündelt an die Knorr-Bremse Cloud-Plattform übertragen, dort durch selbstlernende Algorithmen – eine präzise arbeitende Künstliche Intelligenz – analysiert und unseren Kunden als Insights zur Verfügung gestellt. So geben wir Auskunft über den ‚Gesundheitszustand‘ und die Performance der Systeme.“ Bahnbetreiber können dadurch ihre Zugflotten effizienter warten. Denn mögliche, sich abzeichnende Defekte können frühzeitig identifiziert und proaktiv behoben werden – und nicht erst, wenn etwa eine Störung unmittelbar bevorsteht. Wartung auf Grundlage des Echtzeitzustands sozusagen. „Und wir können noch einen Schritt weiter gehen“, ergänzt Stefan Soyka, Director Digital Development & Services. „Denn unsere Algorithmen ermöglichen es uns teilweise schon heute, genaue Vorhersagen über den zukünftigen Austauschbedarf von Komponenten zu treffen.“

Hersteller und Betreiber profitieren: Für sie lassen sich durch CBM kostspielige Ausfall- und Depotzeiten reduzieren, die Betriebs- und Lebenszykluskosten der Fahrzeuge optimieren und – durch präzise Aussagen über die Performance von Systemen – Energie einsparen. Ihren Passagieren können Bahnbetreiber mehr verfügbare Züge auf der Strecke anbieten. So schafft Knorr-Bremse Mehrwert für seine Kunden. Aber nicht nur das. „Neuartige digitale Geschäftsmodelle sind ein Kerntreiber für unser eigenes Business“, so Maximilian Eichhorn. „Denn unsere Kunden sind bereit für die enormen Vorteile dieser Produkte und Services zu zahlen.“

Roll-Out in England: Remote Condition Monitoring für Klimasysteme

So zum Beispiel in England. Hier ist der Roll-out einer „Remote-Condition Monitoring“-Lösung – einer Vorstufe zur Condition-Based Maintenance – in vollem Gange. In 172 Zügen von Siemens Mobility des englischen Betreibers South Western Railway werden 733 Klimaanlagen der Knorr-Bremse Marke Merak modernisiert und aufgerüstet. Per Sensoren liefern sie nun Daten über die Außentemperatur, die Temperatur in den Zügen, die Performance, den Energieverbrauch und den CO₂-Gehalt in der Abteilluft. „Die Knorr-Bremse Cloud analysiert diese Daten algorithmisch und stellt die Ergebnisse über eine Schnittstelle der Bahnbetriebsplattform Railigent von Siemens Mobility zur Verfügung. Dort werden sie via Dashboard angezeigt. Siemens Mobility, in diesem Fall selbst für die Wartung der Systeme zuständig, kann so den Zustand der Anlagen beurteilen und über Wartungseinsätze entscheiden“, erklärt Markus Schumann. Neben weiteren Hinweisen kategorisiert die Knorr-Bremse Cloud den Zustand der überwachten Komponenten nach einem Ampelsystem. Ein roter, gelber oder grüner Status weist auf die Wartungswürdigkeit der Teile hin. Die Grundlagen für dieses Monitoring-System hat Knorr-Bremse gemeinsam mit Betreibern auch für Türsysteme und Bremssystemkomponenten wie Druckluftkompressoren und Bremsbeläge geschaffen.

Digitale Ökosysteme: unbegrenzte Möglichkeiten

Mit diesen Vorstößen hin zu einem digitalen Ökosystem – einem Netz verschiedener Partner, die über eine vermittelnde Plattform unterschiedliche digitale Services anbieten – ist die Grundlage für viele weitere digitale Lösungen gelegt. Im Fall des Betreibers South Western Railway ist zudem das Energiesparen durch Sensordaten geplant. „Am CO₂-Gehalt können wir heute schon ablesen, wie viele Menschen sich im Waggon befinden. Sind es wenige, kann die Anlage heruntergeregelt werden. Das spart dem Betreiber viel Energie und Kosten. Schließlich ist die Klimaanlage neben der Traktionsenergie der zweitgrößte Stromverbraucher in einem Zug“, sagt Maximilian Eichhorn. Der Weg zum Condition-Based Maintenance ist von hier nicht weit. Mit der Erweiterung könnte Knorr-Bremse seinen Kunden eine Performance-Garantie geben: etwa für eine Verfügbarkeit nahe 100 Prozent. Die technologische Entwicklung dazu läuft auf Hochtouren. Die Lösung kann immer an die hochspezifischen Bedürfnisse von Kunden angepasst werden.

So kann Knorr-Bremse beispielsweise heute schon bei Zugtüren der Knorr-Bremse Marke IFE den Service Predictive Maintenance – eine Ausbaustufe der digitalisierten Wartung – anbieten. Dabei trifft die smarte Knorr-Bremse Cloud noch präzisere Voraussagen darüber, wann eine bestimmte Komponente mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit ausfallen wird. Bei Zugtüren ermöglicht das beispielsweise Aussagen, wie viele Öffnungs- und Schließzyklen bis zu einer nötigen Instandsetzung noch verfügbar sind. Wartungszeitpunkte werden noch besser planbar. Stefan Soyka blickt auf diese Entwicklung voraus: „Die aktuell in Entwicklung befindlichen Systeme von Knorr-Bremse werden zukünftig in der Lage sein, die generierten Daten selbst zu analysieren und bereits intelligente Wartungsempfehlungen und Vorhersagen an die übergeordnete Plattform zu schicken.“

„Die Zukunft sind intelligente Systeme und Komponenten“, ergänzt Maximilian Eichhorn. „Diese kann man sich wie ein Smartphone vorstellen: Welche Funktionen wir mit ihnen perspektivisch anbieten, hängt davon ab, welche Anwendungen – gewissermaßen Apps – wir darauf installieren, wie wir die entstandenen Daten verwerten – und welche weiteren skalierbaren Lösungen wir für unsere Kunden daraus entwickeln können.“ Was zeigt: Den Chancen und Möglichkeiten sind keine Grenzen gesetzt. Die Digitalisierung der Bahnbranche ist in vollem Gange. Und steht doch erst am Anfang.