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SKF Rail Track Monitoring

SKF Rail Track Monitoring

Cette nouvelle technologie mise au point par SKF repose sur le même système Imx embarqué que celui utilisé pour la surveillance des équipements tournants de bogies. Ce système vérifie l’état des voies, détecte les problèmes plus rapidement et permet aux opérateurs ferroviaires d’optimiser la planification et l’exécution des interventions de maintenance.

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La croissance démographique dans les métropoles, combinée à d’autres facteurs comme la pollution de l’air et la congestion du trafic des véhicules classiques à énergie fossile, conduit les populations à se tourner de plus en plus vers des solutions de transport en commun. Dans plusieurs villes du monde, la demande relative aux métros et trains de banlieue dépasse les prévisions ces dernières années. Les exploitants ferroviaires sont, par conséquent, soumis au quotidien à des pressions constantes pour améliorer la qualité de service et la disponibilité, tout en maîtrisant les risques et les coûts.

La stratégie adoptée concernant les interventions de maintenance sur l’infrastructure est déterminante pour éviter des perturbations de service et des modifications horaires de moins en moins bien acceptées par les voyageurs et les administrations ferroviaires. Les activités de maintenance et de rénovation des voies visant à les garder en bon état reposent généralement sur des inspections visuelles et des interventions planifiées. Bien que solidement ancrée, cette approche s’avère relativement coûteuse. Les opérateurs des voies ferrées ne peuvent circuler le long des voies que lorsque la circulation des trains est interrompue et les véhicules d’inspection des voies sont coûteux et, généralement, lents, d’où des interventions longues.

Pour remédier à cette situation, SKF a mis au point une technologie basée sur ses solutions centralisées et son savoir-faire appliqués à l’analyse des vibrations. Elle procure aux exploitants ferroviaires des outils pour surveiller l’état des voies ferrées par le biais de leurs trains, dans le cadre des services ordinaires. SKF a consacré de nombreuses recherches à cette technologie au cours des dernières années et des tests de validation sur le terrain ont été réalisés, notamment auprès de l’exploitant espagnol Transports Metropolitans de Barcelona (TBM), ainsi que d’autres exploitants de métros à travers le monde. Cette technologie utilise des capteurs embarqués à bord de trains standard pour surveiller les vibrations générées par le passage du train sur les voies. Les exploitants sont ainsi en mesure, non seulement de détecter des défauts des voies, mais aussi d’anticiper les besoins de maintenance et de fixer des objectifs pour le suivi de la qualité.

L'IMx-Rail se présente sous forme d'un kit personnalisé facile à installer sur le châssis du bogie.
L'IMx-Rail se présente sous forme d'un kit personnalisé facile à installer sur le châssis du bogie.

Cette technologie SKF présente d’autres avantages. En garantissant un bon état des voies et en réduisant le bruit émis par le train en circulation, elle améliore le confort et l’expérience globale des voyageurs. Il existe, par ailleurs, une corrélation entre état des voies et durée de vie des roues et roulements. Cette corrélation s’explique par le fait que les impacts subis par les roues lors de leur passage sur des défauts de la voie ferrée sont directement transmis aux roulements d’essieux. En inspectant et en préservant l’état des voies ferrées, les exploitants ferroviaires sont ainsi en mesure d’allonger la durée de service des roues et roulements et d’améliorer la fluidité des mouvements des trains.

Le temps est une ressource précieuse. Le nouveau IMx-Rail (Fig. 1a) lancé récemment sur le marché par SKF permet d’équiper le train (Fig. 1b) pour la surveillance des voies rapidement et facilement. IMx-Rail est le dernier-né de la très populaire famille de solutions de maintenance conditionnelle IMx de SKF. Cette solution autonome constituée de capteurs et de composants électroniques pour le traitement et le transfert des données, en vue d’une exploitation commerciale, peut être intégrée au sein des systèmes informatiques de l’exploitant ferroviaire. Elle peut être montée aussi bien à l’intérieur d’une voiture qu’en extérieur dans l’environnement des bogies. Tandis que les versions précédentes étaient conçues initialement pour surveiller le matériel roulant (roues, roulements de boîtes d’essieux, boîte d’engrenages et moteur de traction), l’IMx-Rail permet, en outre, de surveiller l’état des voies. Les clés du succès de l’IMx-Rail résident dans la facilité avec laquelle il peut être intégré sur les trains existants et au sein des processus du client, ainsi que dans sa fiabilité.

Installation de l'IMx-Rail sur le châssis du boggie.
Installation de l'IMx-Rail sur le châssis du boggie.

La surveillance de l’état des voies sur l’intégralité d’une ligne de métro nécessite seulement une unité IMx-Rail et deux capteurs de vibrations pour la mesure et l’enregistrement des données. Ces dernières sont ensuite traitées et transmises sans fil au point de collecte sur le serveur back-office qui déclenche des actions de maintenance en cas d’anomalies.

À réception des données sur le serveur, le logiciel SKF @ptitude Observer effectue un traitement des informations en corrélant les mesures de vibrations avec l’emplacement sur la voie où celles-ci ont été prises. Les algorithmes appliqués pour localiser les emplacements des mesures constituent une technologie mise au point par SKF, avec un brevet en instance, qui ne nécessite aucune interconnexion avec le système du train, ce qui garantit une installation rapide et évite par ailleurs tout risque d’interférence avec des systèmes critiques pour la sécurité du train. Le logiciel localise les défauts de la voie à partir du système de localisation utilisé par l’exploitant ferroviaire (chaînage ou point kilométrique) et fournit des résultats précis, y compris en présence de tunnels.

Tableau de bord de la ligne de métro qui permet aux utilisateurs de visualiser facilement l'état des voies entre les stations.
Tableau de bord de la ligne de métro qui permet aux utilisateurs de visualiser facilement l'état des voies entre les stations.

SKF @ptitude Observer s’appuie sur plusieurs outils spécifiques pour l’affichage des informations traitées qui permettent à l’utilisateur d’en tirer le meilleur parti. Lorsque l’analyse démarre, un tableau (Fig. 2) dresse la synthèse de l’état des lignes et permet de vérifier les sections des voies où les données ont été enregistrées. La couleur de chaque section résume l’état des voies sur la base de seuils prédéfinis. L’utilisateur peut ainsi rapidement repérer les sections qui présentent l’état le plus dégradé et sont par conséquent prioritaires en ce qui concerne la maintenance.

Lorsque l’utilisateur clique sur l’une des sections de voie, le logiciel présente un graphique à nuages de points correspondant à cette section pour permettre une visualisation plus détaillée de l’état de la voie (Fig. 3). Grâce à ce graphique, l’utilisateur peut comparer l’amplitude des vibrations entre différentes parties des voies. Le logiciel fournit également d’autres informations précieuses, comme l’heure à laquelle les mesures ont été prises et la vitesse précise sur la totalité de la section.

La vitesse du train et l'état des voies sont consultables pour chaque voyage entre les stations.
La vitesse du train et l'état des voies sont consultables pour chaque voyage entre les stations.

Si on clique sur une zone du graphique, un graphique à bulles apparaît pour permettre de suivre l’évolution de l’état de la voie dans cette zone au fil du temps (Fig.4). Sur ce graphique, chaque ligne de bulles représente un voyage du train ; la taille et la couleur des bulles indiquent l’amplitude des mesures de vibrations. L’utilisateur peut comparer l’amplitude des vibrations entre différents voyages du train et suivre l’évolution d’un défaut au fil du temps.

Un graphique à bulles permet à l'utilisateur de suivre l'évolution de l'état de la voie au fil du temps entre les différents voyages.
Un graphique à bulles permet à l'utilisateur de suivre l'évolution de l'état de la voie au fil du temps entre les différents voyages.

Lorsqu’on sélectionne l’une des bulles, la forme d’onde et le spectre associés à la mesure s’affichent (Fig. 5). L’analyse de ces graphiques permet de déterminer si le défaut de la voie détecté est un défaut localisé ou étendu.

Forme d'onde et spectre associés à la mesure permettant à l'utilisateur de déterminer l'étendue du défaut sur les voies.
Forme d'onde et spectre associés à la mesure permettant à l'utilisateur de déterminer l'étendue du défaut sur les voies.

De plus, la comparaison de mesures prises pour la même partie de la voie lors de différents voyages du train permet de vérifier la fiabilité de l’analyse (Fig. 6) et d’éviter de fausses détections de défauts de la voie. Si différentes mesures sur la même partie de la voie révèlent des signatures vibratoires similaires, cela signifie que les vibrations mesurées ont été générées par la voie ou par l’interaction entre la voie et la roue, et non par des sources externes ou aléatoires, comme des projections de ballast sur le châssis de bogie.

Lorsque l’analyste a identifié un défaut de la voie, des outils spécifiques dans @ptitude Observer peuvent être utilisés pour déclencher une exception. Cette exception contient toutes les informations se rapportant au défaut de la voie.

Une répétabilité élevée du signal sur une même partie de la voie lors de différents voyages confirme la fiabilité de la mesure.
Une répétabilité élevée du signal sur une même partie de la voie lors de différents voyages confirme la fiabilité de la mesure.

SKF @ptitude Observer intègre une interface conviviale à destination de l’exploitant ferroviaire pour le reporting. Cette interface utilisateur (IU) a été conçue pour être facile à utiliser et à comprendre sans connaissances techniques spécifiques. Les informations sont synthétisées sur différents écrans et des outils permettent de naviguer entre les différents niveaux de détail, selon les besoins. D’autres outils sont également disponibles pour mettre à jour les graphiques et tableaux de bord une fois la réparation du défaut de la voie effectuée.

Le premier écran dans l’IU est une carte géographique avec une représentation de l’état des lignes (Fig. 7). La carte comprend plusieurs niveaux de détail. Au niveau supérieur, l’utilisateur peut visualiser chaque section de voie entre deux stations représentée sous forme de deux lignes droites. La couleur des lignes fournit une indication de l’état de chaque section de voie dans chacune des directions. À ce niveau de détail, la carte contient également des notes avec le nombre d’exceptions déclenchées pour chaque section.

Représentation de l'ensemble de la ligne de métro permettant une compréhension intuitive de l'état des voies entre les stations.
Représentation de l'ensemble de la ligne de métro permettant une compréhension intuitive de l'état des voies entre les stations.

Toutes les informations relatives à ces exceptions déclenchées par l’analyste sont à la disposition de l’exploitant ferroviaire, par exemple la plage de chaînage ou le point kilométrique auquel l’exception a été observée, la date de l’événement, la gravité indiquée par l’analyste, le côté de la voie concerné etc. (Fig. 8).

Une interface utilisateur intuitive est disponible pour signaler les exceptions au client et suggérer des actions de suivi en lien avec celles-ci.
Une interface utilisateur intuitive est disponible pour signaler les exceptions au client et suggérer des actions de suivi en lien avec celles-ci.

L’analyste peut joindre au rapport les détails de l’exception, les graphiques qui ont permis de détecter le défaut de la voie (Fig. 9). L’exploitant ferroviaire accède à ces graphiques par le biais de l’IU et peut consulter les détails pour comprendre la nature des défauts signalés.

Cette IU est accessible à distance par le biais d’un réseau local ou même d’Internet, ce qui procure une grande souplesse aux opérateurs qui peuvent consulter les informations depuis un autre lieu que celui dans lequel se trouve l’analyste.

Les données graphiques qui ont déclenché la génération d'un rapport d'exception peuvent être consultées via l'interface utilisateur.
Les données graphiques qui ont déclenché la génération d'un rapport d'exception peuvent être consultées via l'interface utilisateur.

Le logiciel développé spécifiquement inclut de nombreuses fonctionnalités pour permettre à des exploitants comme Metro Barcelona de tirer profit d’une technologie de pointe pour la maintenance de l’infrastructure ferroviaire. « Nous sommes constamment à la recherche de meilleures façons d’offrir un réseau sûr, fiable et économique, explique Fernando Vaquero Granados, ingénieur matériel roulant chez TMB. Des technologies comme le SKF Rail Track Monitoring System nous aident à identifier les problèmes plus rapidement et à cibler nos activités d’inspection et de maintenance plus efficacement. »

En surveillant leurs voies avec le système SKF, les exploitants sont en mesure de déterminer plus efficacement les priorités en matière de maintenance et de préserver le confort des voyageurs et l’état des roues et roulements.

Contact commercial

evolution@skf.com

Résumé
Avec le développement des transports en commun dans les villes à travers le monde, la maintenance des voies ferroviaires est devenue une préoccupation importante. Des voies en bon état améliorent le confort des voyageurs et optimisent la durée de vie des roues et roulements. SKF a mis au point une technologie de surveillance de l’état des voies à travers l’analyse des vibrations.

@ptitude est une marque déposée du Groupe SKF.