Колесников кирилл владимирович вниижт

Кирилл Колесников, первый заместитель генерального директора Центра инновационного развития СТМ

Сейчас климатическая повестка становится значимым фактором изменений в мировой экономике и энергетике. Ожидается, что водород может быть использован для накопления, хранения и доставки энергии и рассматривается в качестве перспективного энергоносителя и инструмента для решения задач по развитию низкоуглеродной экономики и снижению антропогенного влияния на климат. Рассматривается возможность использования водорода и в качестве топлива для подвижного состава.

Холдинг «Синара – Транспортные машины» участвует в реализации прорывных проектов в железнодорожном машиностроении в области развития водородного транспорта. Так, в июне текущего года было подписано соглашение между АО «Роснано», ОАО «РЖД» и АО «Группа Синара» о сотрудничестве в сфере разработки грузовых магистральных локомотивов с использованием гибридной силовой установки на базе водородных топливных элементов и накопителей энергии отечественного производства.

В рамках соглашения разработана и в августе 2021 года подписана программа мероприятий, согласно которой изготовление головного образца маневрового локомотива запланировано на I квартал 2026 года, а головного образца магистрального грузового локомотива – на III квартал 2027-го.

Сейчас в соответствии с этой программой организации научно-отраслевого комплекса холдинга «РЖД» (АО «ВНИИЖТ», АО «ВНИКТИ») разрабатывают предварительные технико-экономическое обоснование и общие технические требования к подвижному составу и инфраструктуре. Наличие утверждённых со стороны основного заказчика – ОАО «РЖД» – технических требований и понимание модели являются необходимыми и значимыми условиями вывода на российский рынок подвижного состава с водородной силовой установкой.

В СТМ водородные проекты координирует Центр инновационного развития. СТМ совместно с Уральским федеральным университетом имени Бориса Ельцина» (УрФУ), Институтом высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН и АНО «Агентство по технологическому развитию» создали Консорциум организаций в сфере разработки транспортных систем на базе силовых установок с использованием водородного топлива, в рамках которого в настоящее время ООО «Научно-исследовательский центр СТМ» (входит в холдинг «СТМ») и Инжиниринговый центр цифровых технологий машиностроения УрФУ проводят исследования возможности использования силовой установки на водороде и других видах топлива, состоящей из твёрдооксидных топливных элементов и упрощённого накопителя энергии для нужд железнодорожного подвижного состава с применением инструментов численного 1D-моделирования.

В то же время хотелось бы отметить, что существует перечень вопросов, решение которых позволит осуществить полноценный и экономически целесообразный переход на водород в качестве топлива для подвижного состава. Кроме высокой стоимости низкоуглеродного водорода это, например, ограниченность нормативно-правовой базы в области водородной энергетики, в том числе норм обеспечения безопасности, отсутствие транспортной инфраструктуры и недостаточные готовность и уровни освоения промышленных технологий хранения и транспортировки водорода.

Первый заместитель генерального директора Центра инновационного развития холдинга «Синара – Транспортные Машины» () на полях международной выставки «PRO//Движение.Экспо» рассказал Gudok.ru о перспективах создания беспилотного железнодорожного транспорта. По его словам, в этой сфере у промышленности есть два пути. «Можно выпускать уже оборудованный новый подвижной состав, полностью изменив конструктив, чтобы оптимизировать его работу, снизить стоимость и поднять эффективность производства. Также можно оборудовать действующий подвижной состав», – отметил он, добавив, что СТМ совместно с и ведёт разработки в этом направлении. «Разрабатываем ТЭМ14АМ (автоматизированная модификация маневрового тепловоза с электропередачей и двухдизельной силовой установкой. – Ред.), но это будет кардинально новый подвижной состав», – сообщил . Он также заметил, что со стороны промышленности главным требованием к такого рода системам является надёжность. «Самый важный параметр – безотказность работы. Потому что на сегодняшний день всё, что находится в эксплуатации, не выдерживает критики на долгосрочный период работы – всё равно необходима тонкая достройка в процессе эксплуатации, необходимо постоянно проводить различные работы по сервису оборудования. Потому что всё-таки это компьютерная техника», – сказал он, отметив, что это сложно из-за жёстких эксплуатационных условий и соответствующих требований. Первый заместитель генерального директора пояснил, что такое оборудование по большей части изготавливается за границей. «На сегодняшний день все средства автоматизации, которые устанавливаются, имеют в большей мере зарубежные корни: камеры, матрицы для камер, которые позволяют распознавать объекты на дистанции 300–400 метров, – отечественная техника пока не может этого обеспечить. Пока это в основном китайское, европейское или американское производство, потому что ключевые игроки этого рынка там. Что касается вычислителей – многие ведут разработки в этих направлениях, в том числе на процессорах «Эльбрус» и «Байкал», но сегодня мощность этих процессоров не позволяет обеспечить необходимое быстродействие системы. Поэтому в основном применяются вычислители либо от Intel, либо от AMD», – заключил он. «Программным обеспечением занимаются отечественные специалисты. На сегодняшний день в этой области – одна из задающих тренды держав, и это позволяет в беспилотном транспорте занимать главенствующую позицию», – заметил . «Что касается железнодорожного транспорта, здесь мы в основном впереди по пассажирскому транспорту – это беспилотная «Ласточка» с уровнями автоматизации GoA3 и GoA3+, а также в области автоматизированных станций: Лужская, , . Здесь мы задаём тренды. Но нельзя упускать из виду наших партнёров, например, немецкие железные дороги, которые автоматизировали станционную работу и продолжают в этом направлении развиваться», – подчеркнул он. Также рассказал, что производители пока скептически смотрят на внедрение полностью беспилотных поездов с автоматизацией уровня GoA4. По его словам, это сперва коснётся путевой техники, такой как щебнеочистительные машины и укладочные поезда. И без участия человека удастся повысить её производительность. «А что касается пассажирского движения (с автоматизацией уровня GoA4. – Ред.), то я как эксперт дал бы на разработку не менее трёх лет, чтобы мы с уверенностью могли выпустить поезд, который будет полностью безопасен для человека», – резюмировал . Как сообщал Gudok.ru, в ходе «PRO//Движение.Экспо» участники дискуссии «Беспилотные поезда: реальность или мечта?» рассмотрели текущий уровень технологий автоматизации железнодорожного транспорта и проанализировали последствия их внедрения.

Основной задачей разработки прескрептивной системы диагностики технического состояния электропоездов является обеспечение удаленного мониторинга и прогноза технического состояния электропоездов, прогнозирование возможности эксплуатации и принятия решения о его движении при применении беспилотных технологий ведения поездов.

Компания Сименс ведет разработки в области предиктивных систем диагностики. Основным направлением является диагностика промышленного оборудования, а в диагностики подвижного состава компания Сименс описывает лишь электрические параметры работы подвижного состава.

Работы в области диагностических систем и комплексов проводимые в  ООО «Центр инновационного развития Синара-Транспортные Машины» (ООО «ЦИР СТМ») признаны компанией DB Systemtechnik (лидером инноваций Европейских железных дорог). Между ООО «ЦИР СТМ» и DB Systemtechnik подписано соглашение о сотрудничестве в области цифровых двойников и разработке систем диагностики подвижного состава.

Предиктивная (предсказательная) диагностика оборудования позволяет предугадать наступление аварийной ситуации на основе анализа и мониторинга его текущего состояния и предсказания сбоев. В результате предприятие может заблаговременно предпринять действия для устранения проблемы или смягчения неблагоприятного эффекта.

Создание систем предиктивной аналитики и диагностики охватывает ряд этапов:

– первичный сбор эксплуатационных данных оборудования, включая историю его работы;

– анализ данных и построение прогностических моделей (на основе математических алгоритмов, обучения нейронных сетей, методов распознавания образов); (стадия, на которой находятся все разработчики предиктивных систем диагностики)

– верификация и проверка точности моделей. (данная стадия успешно пройдена лишь Сколтехом и DB)

Статистические данные об отказах электропоездов свидетельствуют о том, что действующие системы диагностики и мониторинга отказов (а именно: КАСАНТ (АО НИИАС), МПСУиД (НПО САУТ)) имеют ряд таких недостатков, как:

Данные недостатки существующих систем диагностики не позволяют выполнять комплексный анализ причин отказов и осуществлять необходимые мероприятия по предотвращению отказов отдельных узлов, и реализовать систему, принимающую решение о возможности эксплуатации электропоезда.

Дескриптивная аналитика – основывается на выявлении и мониторинге отказов технических средств и позволяется осуществлять планирование на основе статистических данных.

Прогнозная аналитика – основывается на подтвержденных статистических данных и с их учетом позволяет осуществлять ресурсные прогнозы работы компонентов (узлов).

Предиктивная аналитика – основывается на выявлении в статистических данных и онлайн массивах данных неочевидные зависимости и мультиварианты сценариев работы компонентов (узлов), что позволяет прогнозировать ресурс компонента (узла) с помощью расчетных моделей.

Прескриптивная аналитика – основывается на вариантных расчетах с использованием многоуровневых моделей и наложением на модели реальных нагружений из эксплуатации и позволяет принимать решение о дальнейшей эксплуатации исследуемого объекта.

Следует отметить, что электропоезда необходимо дооборудовать средствами диагностики, позволяющими наполнять, цифровой двойник статистическими данными и мультивариантными сценариями нагружения узлов в эксплуатации.

Прескриптивная аналитика отвечает на вопрос «Что делать?». Основывается на вариантных расчетах с использованием многоуровневых цифровых двойников. Позволяет предсказывать события на основе сопоставления данных за прошедший и текущий период эксплуатации электропоезда.

Важно, что вывод о возможности движения поезда делается не на основе текущего технического состояния, а исходя из наработки при различных условиях эксплуатации.

В области разработки диагностических комплексов, цифровых двойников подвижного состава и инфраструктуры ООО «ЦИР СТМ» имеет признанный опыт в отрасли железнодорожного транспорта за реализацию таких проектов как: МПСУиД тепловозов ТЭМ10 и ТЭМ9.

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.