Skaitmeninis geležinkelis

1998 m. gegužės 5 d. niekas neketino patekti į geležinkelio istoriją. Tiesiog Phippsburg, CO, trūko lokomotyvų. Vietoj įprastų penkių lokomotyvų buvo tik keturi, kurie traukė 108 vagonų anglies traukinį į Union Pacific. Stačias geležinkelio Toponas laipsnis vakariniame Uolinių kalnų šlaite. Tai, kas toliau seka, tarp lokomotyvų statytojų yra legendinė.

Lokomotyvai buvo visiškai nauji „General Electric“ begemotai su posūkiu: jų traukos varikliai veikė kintamąja, o ne nuolatine srove. Tądien kopdami į Topono laipsnį, traukiniai sulėtėjo iki vos juntamų šešių metrų per minutę. Nė vienas save gerbiantis inžinierius nebūtų išbandęs tokios beprotiškos gudrybės su įprastais nuolatinės srovės varikliais: būtų paslydę ratai, sustingęs traukinys, o patys varikliai būtų apkepę kaip kiaušinis. Tačiau nė vienas iš tų dalykų neįvyko. Iš tiesų, vėlesnis tyrimas parodė, kad lokomotyvai gamino didesnę traukos jėgą, nei manyta esant tokiam greičiui. Šis jėgos žygdarbis inicijavo radikalią geležinkelių transformaciją – revoliuciją, kuri tiesiogiai kyla iš informacinių technologijų pažangos.

Ši istorija buvo mūsų 2002 m. kovo mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Technologiškai kalbant, geležinkelyje sunku rasti ką nors, kas nepasikeitė per pastarąjį dešimtmetį. Dešimtys šių dienų dyzeliniuose lokomotyvuose esančių mikroprocesorių valdo beveik visas jų sistemas – nuo ​​degalų padavimo iki kabinos oro kondicionavimo. Stulpinės linijos, kurios kažkada blykstelėjo pro lekiančių keleivinių traukinių langus, nyksta mikrobangų arba šviesolaidinio ryšio naudai. Eksperimentinės naujos dispečerinės ir valdymo sistemos netrukus gali pasakyti inžinieriams, ar jie naudoja efektyviausius degalus taupančius droselio nustatymus.

Daugeliui žmonių pasakykite traukinius ir jie galvoja apie keleivių įvairovę. Tačiau Jungtinėse Valstijose didžiausią ekonominį poveikį turi tie geležinkeliai, kuriais vežami kroviniai. Geležinkeliai gabena 25 procentus JAV krovinių. Jie lengvai yra efektyviausias būdas perkelti anglį, grūdus ir birius chemikalus. Tačiau geležinkelio įmonės jau seniai palaiko savotišką meilės ir neapykantos ryšį su pažangiausiomis technologijomis. Pavyzdžiui, jie atsisakė tik anglimi kūrenamų garvežių, kai „General Motors“ sukūrė dyzelinį-elektrinį variklį ir 1940-aisiais rengė demonstracijas visos šalies geležinkeliuose. Ir net tada daugelis geležinkelių ilgus metus įstrigo garuose.

Tačiau per pastarąjį dešimtmetį geležinkeliai įsitraukė į savo informacinės revoliucijos versiją. Kompiuterių ir belaidžių sistemų derinys suteikia geležinkeliams didesnį klientų aptarnavimo pajėgumą ir geresnę siuntimo bei išlaidų kontrolę, taip pat atleidžiama nuo klerkų armijų. Charlesas Dettmannas, Vašingtone įsikūrusios Amerikos geležinkelių asociacijos operacijų, tyrimų ir technologijų vykdomasis viceprezidentas, teigia, kad geležinkelių konkurencingumas – galbūt net jų egzistavimas – priklauso nuo informacinių technologijų naudojimo.

Geležinkelio įmonės yra labai sunkiai parduodamos. Paprastai aš galiu nustumti juos toliau, nei jie nori eiti, sako Carl D. Martland, MIT Transporto studijų centro vyresnysis mokslinis bendradarbis ir geležinkelių pramonės konsultantas. Jie primygtinai reikalauja žinoti, kad bus naudinga produktyvumui, ir pasieks tik tiek, kiek to prireiks. Jie padarė labai gerą darbą sakydami: ar ši technologija man naudinga?

Geležinkelio modelis

Vos prieš du dešimtmečius Rytų Vajomingo Powder River baseinas buvo nederlinga, be medžių užmiestyje, kurioje buvo nedaug žmonių ir nebuvo pramonės. Tačiau regione buvo kažkas, ko nuo 10-ojo dešimtmečio pradžios Jungtinėms Valstijoms staiga prireikė: daug mažai sieros turinčios, palyginti švariai degančios anglies. Tiesą sakant, po rytiniu Vajomingo trečdaliu driekiasi stora anglių siūlė. Ir vienintelis praktiškas būdas tiek daug anglies išvežti iš atokaus Powder River baseino yra geležinkelis.

Du geležinkeliai, aptarnaujantys regioną – Ramiojo vandenyno sąjunga ir Burlingtono šiaurinė Santa Fė – išleido daugiau nei 5 mlrd. USD, kad būtų sukurta didžiausia ir moderniausia pramoninė geležinkelių sistema šalyje. Dėl griežtėjančių oro taršos taisyklių, mažai sieros turinčios anglies paklausa dabar auga, nei niekas nesvajoja; viena geležinkelio linijos atkarpa tapo pirmąja geležinkelio atkarpa istorijoje, kuri palaiko daugiau nei milijardą kilogramų per dieną.

Kadangi geležinkelis ir kasyklos yra nauji, „Powder River“ operacija suteikia galimybę sukurti efektyviausią įmanomą operaciją be senesnės infrastruktūros ir pasenusių technologijų, kurias dažnai veikė geležinkeliai. Niekur nematyti darbuotojų, kurie kažkada sunkiai nukopijavo visus automobilių numerius ir siuntė juos faksu į būstinę. Kiekvienam tuščiam traukiniui įvažiuojant į kasyklą ir kiekvienam pakrautam traukiniui išvykstant, skaitytuvai nuskaito automatinio identifikavimo žymas, įrašo kiekvieno automobilio numerį ir praneša duomenis Union Pacific Harriman dispečeriniam centrui Omahoje, NE.

Harrimano centras yra ambicingų pastangų nukreipti visą geležinkelių sistemą iš centrinės vietos į traukinių išsiuntimą naudojant kompiuterinę programą, parenkančią vietas, kuriose jie susitinka arba pravažiuoja, esmė. Harriman sistema kontroliuoja eismą daugiau nei 27 000 kilometrų Union Pacific trasoje 23 valstijose – nors žmonių dispečeriai gali bet kada įsikišti, jei nesutinka su kompiuterio pasirinkimais – ir leidžia koordinuoti judėjimą keliomis dienomis anksčiau. visą geležinkelį, o ne vieną liniją ar skyrių.

Tušti traukiniai patenka į Powder River baseino anglių talpyklą po geležinkeliu, atitinkančiu pastovaus greičio palaikymo sistemą. Traukiniai slenka maždaug 1,5 kilometro per valandą greičiu, tokiu greičiu, kurį ranka galėtų pasiekti tik įgudęs inžinierius. Kompiuterizuoti pakrovimo latakai pripildo kiekvieną automobilį suplanuotu anglies svoriu – 100 000 kilogramų, maždaug 0,2 proc. tikslumu. Traukinys gali būti pripildytas anglies per 45 minutes arba maždaug dvigubai greičiau, nei galėjo įveikti ankstesni automatiniai krautuvai.

Anglies traukiniams išvažiuojant iš Powder River laukų, lokomotyvai nuolat kalbasi su Union Pacific būstine Omahoje. Duomenų srautas pateikia traukinio būklės istoriją, apie kurią praneša daugybė jutiklių, kurie stebi, pavyzdžiui, alyvos slėgį, darbinę temperatūrą, arklio galias ir degalų naudojimo greitį. Senais laikais (tarkim, 1990-ųjų pradžioje) inžinieriai žinodavo, kad lokomotyvui kažkas negerai, tik tada, kai jis jau turėjo rimtų problemų. Tada skambėdavo pavojaus varpai, staiga užgesdavo variklis arba imdavo rūkyti. „Union Pacific“ visą savo parką aprūpina borto kompiuteriais, kurie nuolat seka lokomotyvų vietą ir būklę, tada praneša šią informaciją būstinės techninės priežiūros skyriui.

Kai parkas bus aprūpintas, duotas lokomotyvas praneš Omahos centrui, kad turi problemą, gerokai anksčiau nei praneš inžinieriui. Jutikliai paprastai turėtų užfiksuoti problemas šimtus ar tūkstančius kilometrų, kol jos tampa pakankamai rimtos, kad inžinierius galėtų rūpintis. Pavyzdžiui, informacija, kad variklis sunaudoja 15 procentų daugiau degalų nei įprastai, inžinieriams nerūpi, tačiau labai domina lokomotyvą stebinčius techninės priežiūros specialistus.

Kompiuterių įrengimas lokomotyvuose nėra lygiai taip pat, kaip juos įdėti į kontroliuojamą biuro aplinką. Nešvarumai, vibracija ir didelis karštis bei šaltis yra kasdienio geležinkelio eksploatavimo dalis. Union Pacific kelis mėnesius eksperimentavo su įvairių tipų amortizatoriais ir vibraciją kontroliuojančia medžiaga. Pasak vyriausiojo technologijų pareigūno Lydeno Tennisono, pamokos buvo padarytos iš kitos įmonės, kuri žino, kaip pritaikyti aukštųjų technologijų įrangą nepalankioms sąlygoms. Mes daug išmokome iš kariuomenės, sako jis. Pavyzdžiui, lokomotyvų technikai iš pradžių linksminosi sužinoję, kad kariuomenė nuolatos vibravo procesorius, prijungtus prie lizdų, surišdami juos dantų siūlu. Pralinksmintas, bet sužavėtas: Union Pacific priėmė šį sprendimą.

AC DC

Visą dyzelino amžių lokomotyvai veikė pagal paprastą principą: dyzelinis variklis suko generatorių, gaminantį kintamąją elektros srovę, kuri vėliau buvo paversta nuolatine srove, kad paleistų ašis varančius traukos variklius. Šuolis į priekį, dėl kurio buvo galima pasiekti Toponas klasę, priklausė nuo esminių technologijų pokyčio 1990-aisiais nuo nuolatinės srovės variklių prie kintamosios srovės variklių. Šį pakeitimą įgalino greiti, nebrangūs mikroprocesoriai.

Tiek nuolatinės srovės, tiek kintamosios srovės lokomotyvo galia pradeda savo kelią į ratus vienodai. Abiejų tipų dyzelinis variklis suka generatorių, kuris gamina kintamosios srovės energiją, kuri vėliau paverčiama nuolatine. (Paleidžiama kintamosios srovės galia, esant pastoviai 60 ciklų per sekundę, lokomotyvą galėtų važiuoti tik vienu greičiu.) Tačiau technologijos čia skiriasi. Nuolatinės srovės lokomotyvuose nuolatinė srovė tiesiogiai patenka į variklius, kurie suka ratus. Kintamosios srovės variklyje nuolatinė srovė praeina per kompiuteriu valdomus komponentus, vadinamus inverteriais, kurie nuolatinę srovę padalija į kintamą. Ši kintamoji srovė savo ruožtu tiekiama į variklius.

Kompiuterių lustai daro kintamosios srovės variklius praktiškus, nes tiksliai reguliuoja galios srautą jokiu kitu būdu. Lustai stebi ir valdo nuolatinę srovę, patenkančią į keitiklius, ir užtikrina, kad jie tiektų reikiamą kintamosios srovės kiekį į traukos variklius. Tai nemenkas žygdarbis: kiekvienam keitikliui gali prireikti net 500 įjungimo ir išjungimo komandų per sekundę, kad būtų galima reguliuoti kintamosios srovės srautą. Ir nors 500 komandų per sekundę gali atrodyti neįspūdingi gigahercų lustų dieną, tinkamas palyginimas yra ne su kitais kompiuteriais, o su žmonėmis. Įsivaizduokite, kad traukinio inžinierius kas sekundę bando pakeisti 500 droselio padėties.

Kintamosios srovės varikliai yra tvirtesni nei jų DC pusbroliai. Jiems buvo atlikti žiaurūs bandymai, reikalaujantys didžiausios galimos energijos gamybos, kartais ištisas dienas. Pasak Michaelo E. Ideno, Union Pacific automobilių ir lokomotyvų inžinerijos generalinio direktoriaus Michaelo E. Ideno, tie bandymai buvo daug daugiau nei tai, ką galėjo padaryti pati blogiausia geležinkelio aplinka, ir varikliai niekada nepriartėjo prie perkaitimo. Kol įranga veikia tinkamai, kintamosios srovės varikliai niekada neturėtų perdegti, sako Idenas. Daugelis geležinkelių netgi naudoja kintamosios srovės lokomotyvą, o ne pneumatinius stabdžius, kad išlaikytų traukinius nejudančius sunkiuose kalnuose, sako Idenas. Ši technika, leidžianti išvengti daug laiko reikalaujančio oro stabdžių išpumpavimo proceso, iškeptų nuolatinės srovės variklį per kelias minutes.

Kintamosios srovės varikliai ne tik gali traukti sunkesnius krovinius, bet ir pagerina bendrą efektyvumą. Kiekvienas lokomotyvo ratas liečiasi su ne didesniu nei nikelio bėgio plotu. To rato svorio procentas, kuris paverčiamas traukos galia, vadinamas sukibimu. Nors geriausi nuolatinės srovės varikliai gali pasiekti apie 30 procentų sukibimą, kintamosios srovės lokomotyvai naudojasi tiksliu traukos variklių kompiuteriniu valdymu, kad sukibimas būtų vidutiniškai 34–38 procentai; Kiekvienas sukibimo procentinis taškas padidina traukos galią penkiems papildomiems pilnai pakrautiems anglies automobiliams.

Takelių kūrimas

Žinoma, traukiniai turi važiuoti bėgiais. O paklotus bėgelius ir rišiklius būtina prižiūrėti ir patikrinti. Informacinės technologijos vaidina transformuojantį vaidmenį šiame tradiciškai daug darbo reikalaujančiame reikale. Pavyzdžiui, per pastaruosius dvejus ar trejus metus atsirado bėgių derinimo sistemos, kurios naudoja lazerius atstumui ir krypčiai įvertinti. Tada kompiuteriai nustato teisingą bėgių kelio kreivumą ir pakilimo kampą ir perduoda informaciją mašinoms, kurios įstato bėgį ir jungtis į vietą. Svarbus dalykas yra galimybė greitai išmatuoti bėgių kelio geometriją, neatsižvelgiant į žmogaus regėjimą, sako Louis Cerny, nepriklausomas geležinkelių konsultantas Gaithersburge, MD.

Vienas ypač daug laiko atimantis bėgių priežiūros darbas – uolų balastas tarp bėgių – taip pat yra adrenalino įkvėpimas. Birželio mėn. Herzog Contracting – geležinkelio statybos bendrovė, įsikūrusi Sent Džozefoje, MO, pristatė naują balastinį traukinį į Union Pacific. 60 automobilių balasto iškrovimas paprastai trunka mažiausiai dvi dienas; Hercogo traukinys atlieka darbą per 30 minučių. Traukiniui slenkant, kompiuteriai, vadovaujami pasaulinės padėties nustatymo sistemos palydovų, nusprendžia, kurias vagonų duris atidaryti ir kiek balasto išpumpuoti (netgi nutraukdami srautą kelių sankryžose).

Panaši pažanga padeda tikrinti vėžes. Šis darbas kažkada buvo vienišas bėgikas, nešantis kelis sunkius įrankius, vaikščiojantis takeliu, kad pamatytų, ar jis nesislenka, ar nesitraukia spygliai, ar per daug nesilanksto bėgių jungtys. Aukščiausia automatizuota bėgių kelio patikra yra sistema, kurią 1999 m. Federalinei geležinkelių administracijai pristatė tikrinimo automobilius gaminantis Plasser American ir geležinkelių tikrinimo techninės ir programinės įrangos gamintojas Ensco. Ši savaeigė jutiklių ir kompiuterių masė, riedanti iki 145 kilometrų per valandą greičiu, generuoja trasos būklės rodmenis ir siunčia ekipažus į iškilusias problemas. Dauguma pagrindinių Jungtinių Valstijų krovinių gabenimo geležinkelių tokiais automobiliais dabar naudojasi arba yra užsisakę.

„Ensco“ taip pat sukūrė nuotolinio stebėjimo sistemas, kurias galima pritaikyti bet kokiam vagonui ar lokomotyvui. Sistemos, dabar naudojamos Amtrak ir keliuose priemiestinių geležinkelių tinkluose, nuolat vertina bėgių kelio anomalijas, važiavimo kokybę ir lokomotyvo mechaninę būklę. Iškilus problemai, monitoriai siunčia aliarmą per palydovinį arba antžeminį belaidį ryšį. Išsamią informaciją apie problemą ir tikslią jos vietą galima rasti internete. Kita nauja patikros įranga naudoja kompiuterizuotą matymą, ieškodama tarp automobilių esančių pneumatinių stabdžių žarnelių defektų. Pulsuojantys lazeriai, išsiskleidžiantys pyrago gabalo pavidalu, gali tiksliai sukurti rato vaizdą, kai jis rieda, ir užregistruoja paviršiaus defektus geriau nei patyręs inspektorius, kai ratas stovi vietoje. Visi šie detektoriai yra skirti pranešti apie problemas traukinio brigadai arba dispečeriui, kol maža problema neišnyksta ir nesukelia avarijos.

Down the Line

Nuolat mažėjant technologijų kainai, geležinkeliai gali būti pasiruošę dar vienam automatizavimo etapui. Pirmasis kandidatas yra idėja, kurios geležinkeliai iki šiol vengė, vadinama teigiama traukinių kontrole. Kompiuteriai, valdantys lokomotyvo droselį ir stabdžius, būtų aprūpinti pasaulinės padėties nustatymo sistemos imtuvais, kurie tiksliai pasakytų, kur jie yra ir kokiu greičiu važiuoja. Modifikacija iš pradžių buvo pasiūlyta kaip saugos patobulinimas, siekiant išvengti susidūrimų: jei inžinierius lėkė pro stabdymo signalą, sistema praneša kompiuteriui sulėtinti arba sustabdyti traukinį. Tačiau šiai paraiškai nepavyko laimėti geležinkelių. Minimalus saugos pagerinimas būtų kainavęs daug pinigų, todėl nebuvo ekonomiškas, aiškina MIT Martlandas.

Tačiau daugelis geležinkelių pareigūnų pradeda suprasti verslo teigiamą traukinių valdymo pagrindą: ta pati technologija nuolat atnaujina kiekvieno lokomotyvo vietą geležinkelyje. Pažangi sekimo ir valdymo technologija jau įdiegta greituosiuose keleiviniuose traukiniuose, pvz., Bostono–Vašingtono linijoje. Šią technologiją taip pat plėtoja kelios įmonės, iš kurių ryškiausia Pitsburge įsikūrusi „Union Switch and Signal“.

Palydovų sujungimas su kompiuteriais, kad būtų galima valdyti traukinio greitį, yra tik vienas žingsnis link visiškai kompiuterinio automatizavimo. Metro reguliariai veikia tokiu būdu; vairuotojas važiuoja kartu. Tačiau krovininis traukinys nėra toks paprastas kaip metro. Pavyzdžiui, ilgas traukinys tuo pačiu metu gali kopti į vieną laipsnį ir leidžiantis žemyn kita. Ir kiekvienas prekinis traukinys turi savo stabdymo charakteristikas, kurias inžinierius turi greitai įsisavinti; netinkamai elgiantis su traukiniu gali būti padaryta rimta žala, pvz., suplyšusios jungtys ir galbūt net nulėkti nuo bėgių. Tačiau kai kurie geležinkeliai eksperimentuoja su kompiuteriais, kurie gali išmokti traukinio charakteristikas taip greitai, kaip gali inžinierius. Pavyzdžiui, kompiuteriai perėmė sunkiųjų rūdos traukinių kontrolę Minesotoje, veikė efektyviai ir sklandžiai sustoja gavus raudoniems signalams.

Kitas logiškas žingsnis yra visiškai automatinis veikimas, kai inžinierius yra tik kaip monitorius. Nors technologija, skirta tai įgyvendinti, iš esmės egzistuoja, kiti veiksniai yra kliūtis. Pavyzdžiui, didelės išankstinės išlaidos atgraso geležinkelius diegti naujas sistemas, kurios neduoda akivaizdžios naudos. Saugumas yra kitas rūpestis; Automatizuotos valdymo sistemos turi būti labai patikimos, kad būtų galima patikėti, kad jos pakeis žmones operatorius, ir tik tada, kai toks pakeitimas įmanomas, technologija atsiperka labai ekonomiškai.

Kompiuterizavimas jau leido geležinkeliams dirbti su mažiau žmonių. Naujausi įvykiai reiškia dviejų svarbiausių traukinį valdančių žmonių – inžinieriaus ir konduktoriaus – darbą. O norint įdiegti, reikia iš naujo derėtis dėl sutarčių su profesinėmis sąjungomis, atstovaujančiomis darbuotojams, kuriuos naujos sistemos gali išstumti.

Panašu, kad ilgas kopimas į Topono laipsnį yra tik greitėjančios kelionės į kompiuterių automatizuotą ateitį pradžia. „Union Pacific's Iden“ sako, kad mes tik pradedame naudotis technologijų teikiamais pranašumais.

paslėpti