Il condition monitoring al servizio delle ferrovie

Interruzioni di servizio dovute a interventi di manutenzione non programmati? Il più grande operatore ferroviario britannico, Govia Thameslink Railway (GTR), dice basta e sceglie il sistema di condition monitoring sviluppato da SKF.

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Per gli operatori ferroviari la manutenzione svolge un ruolo cruciale per assicurare l’operatività dei servizi e scongiurare costosi fermi non programmati. Nell’industria ferroviaria, ispezioni e manutenzione reattiva sono essenziali per il funzionamento in sicurezza dei sistemi e l’incolumità di passeggeri e operatori.

Già in altri settori industriali il condition monitoring si è attestato come tecnologia chiave per ridurre i costi di manutenzione e prolungare gli intervalli di manutenzione attraverso il rilevamento tempestivo di possibili cedimenti dei cuscinetti. Per soddisfare i requisiti specifici dell’industria ferroviaria, SKF ha sviluppato un apposito sistema denominato SKF Insight Rail.

Ivan Rochford, railway condition monitoring manager for Europe di SKF, dice: “L’industria ferroviaria è considerata l’ultima frontiera del condition monitoring. La complessità dei sistemi di misura tradizionali era vista come un ostacolo all’implementazione di questa tecnologia”.

SKF ha cambiato la percezione grazie a una soluzione non invasiva, che può essere installata in modo rapido e semplice su intere flotte di treni. L’applicazione del condition monitoring nel campo ferroviario è particolarmente impegnativa poiché il materiale rotabile è soggetto a urti e vibrazioni di forte intensità. L’accettazione di questa tecnologia da parte dell’industria ferroviaria “dipende in larga misura dalla capacità del prodotto di soddisfare requisiti di robustezza e facilità di installazione e impiego. Introdurre nell’applicazione ferroviaria un prodotto preesistente semplicemente non è un’opzione praticabile”, afferma Rochford.

Govia Thameslink Railway

Govia Thameslink Railway (GTR) è il più grande operatore ferroviario del Regno Unito e fa parte di Govia, la partnership tra Go-Ahead Group e Keolis, che gestisce anche i servizi Gatwick Express, Great Northern e Southern. GTR ha assunto la gestione dei servizi nel settembre 2014. Prima della pandemia, GTR gestiva il 19 per cento del trasporto ferroviario passeggeri nazionale, con 239 stazioni e 341 milioni di passeggeri all’anno. Govia, che con i suoi quattro operatori ferroviari dà lavoro a 7.000 persone, ha attuato un programma di investimenti da 2 miliardi di sterline che comprende 1.500 nuove carrozze e l’introduzione dei treni Classe 700 per Thameslink e Great Northern.

La sfida della manutenzione

L’esigenza di GTR di risolvere i problemi connessi al miglioramento delle prestazioni della sua flotta composita ha presentato a SKF l’occasione per provare il suo sistema di condition monitoring per la prima volta nel Regno Unito. Spina dorsale del trasporto ferroviario nel sud-est dell’Inghilterra, questa flotta si compone di numerose unità che operano ogni giorno con sistema a terza rotaia.

SKF è pronta a sostenere le nuove e importanti sfide che il mercato ferroviario si trova ad affrontare
Daniele Santomassimo, business engineer, SKF

Peter Cooper, fleet engineer di GTR, racconta: “Al fine di ridurre le fermate indesiderate in esercizio, per molti anni GTR ha utilizzato personale specializzato a bordo treno in grado di percepire eventuali vibrazioni o emissioni acustiche anomale riconducibili a un possibile danneggiamento dei cuscinetti (definiti “bearing rider”). Nonostante questo è incorsa in una serie di eventi critici, che hanno portato alla messa fuori servizio di un’unità per alcuni mesi”.

Per fortuna, nel 2017 GTR ha cominciato la sperimentazione dei sensori SKF Insight. Daniele Santomassimo, business engineer di SKF che ha collaborato con GTR all’installazione del sistema di condition monitoring, afferma: “GTR è nota nel Regno Unito per essere un operatore ferroviario all’avanguardia, che investe nella tecnologia per migliorare le prestazioni e l’affidabilità della propria flotta”.

Rimozione della sala per la sostituzione di un cuscinetto danneggiato rilevato da un sensore Insight Rail.

Superare le sfide della terza rotaia

Installare l’SKF Insight Rail sui treni di GTR è stato particolarmente impegnativo, poiché la rete ferroviaria di superficie londinese utilizza una terza rotaia per fornire energia elettrica ai veicoli. Ciò crea un ambiente elettromagnetico aggressivo che mette a dura prova i sensori del sistema. La fattiva collaborazione tra le due aziende ha permesso di realizzare una soluzione efficace.

Ivan Rochford ricorda: “Non avevamo previsto l’effetto che la terza rotaia avrebbe avuto sul funzionamento dei sensori. Il campo magnetico a essa associato provocava l’accensione degli interruttori di attivazione magnetica dei sensori. Essendo questi alimentati a batteria, il numero di tentativi di comunicazione è volutamente tenuto al minimo. L’interferenza magnetica, tuttavia, induceva i sensori a comunicare con il server, con la conseguente scarica delle batterie. In poco tempo i 32 sensori si sono guastati, nessuno escluso. Un vero disastro”.

SKF si è però impegnata a fondo per risolvere questo problema. Complice il buon rapporto instaurato tra le due aziende in anni di collaborazione, si è rapidamente giunti a una soluzione, sostituendo l’attivazione magnetica con la tecnologia di comunicazione in prossimità (connettività a corto raggio). Dice Rochford: “Funziona pressappoco come le carte di credito contactless. I sensori sono stati sostituiti in appena sei settimane e si è potuto riprendere la sperimentazione”. Il buon esito della prova ha dato il via all’installazione completa di oltre 1.000 sensori.

Gli operatori possono associare i sensori a una posizione specifica sul treno attraverso l'utilizzo di un’app su iPad.

Raccogliere i frutti

Peter Cooper osserva: “Il vantaggio è che possiamo utilizzare i sensori congiuntamente al “bearing riding”, e che questi sono stati installati sulle posizioni più critiche della flotta, secondo ciò che è risultato dall’analisi delle modalità di cedimento più recenti. Inoltre sono facili e veloci da installare, caratteristica fondamentale se, come GTR, si ha una flotta con 5.536 assili. Una volta identificato il cuscinetto che presenta anomalie, i sensori SKF Insight vengono montati su quel carrello, e questo dà la certezza di poter continuare a far funzionare l’unità. SKF identifica a sua volta quale dei quattro cuscinetti (o quale delle due sale) è in difetto, così possiamo gestire l’unità in modo proattivo senza influire sulla disponibilità della flotta”.

Daniele Santomassimo evidenzia altri vantaggi derivanti dell’adozione del condition monitoring, come la possibilità di comprendere le tipologie di danneggiamento dei cuscinetti. “Quando le modalità di cedimento risultano chiare, è possibile apportare modifiche al progetto dell’applicazione per aumentare l’affidabilità delle sale montate”, commenta. “Quello del passaggio di corrente elettrica è un fenomeno ben noto, nonché una delle principali cause di danneggiamento”.

Nel breve termine, i risparmi portano principalmente a una maggiore efficacia del sistema di approvvigionamento materiali e a una riduzione delle attività di manutenzione non programmate. Ma nel lungo termine il cliente può implementare un programma di manutenzione basato sulle condizioni per ridurre al minimo i costi di esercizio dei veicoli. Santomassimo, tuttavia, ritiene che “L’aspetto più importante consista nel poter monitorare costantemente un asset chiave della flotta per evitare le fermate non programmate e aumentare la disponibilità dei veicoli”.

SKF Insight Rail

L’SKF Insight Rail è un sistema di condition monitoring wireless indipendente con servizio di analisi in remoto associato, concepito per i carrelli dei treni per trasporto passeggeri.

I sensori che misurano la temperatura e le vibrazioni possono essere montati sul coperchio anteriore della boccola in meno di un minuto. È sufficiente rimuovere uno dei bulloni di montaggio e fissare il sensore SKF Insight con un bullone più lungo di 20 millimetri. Il sensore, che trasmette i dati al cloud SKF utilizzando la telefonia mobile, è un componente singolo, che funziona in modo indipendente e non richiede l’impiego di altri apparecchi o accessori.

Vengono misurate sia le vibrazioni sia la temperatura. La vibrazione è un parametro chiave che permette di rilevare precocemente l’insorgere di un danneggiamento. Il surriscaldamento del cuscinetto in genere prelude a un guasto nel breve termine. I dati trasmessi dai sensori vengono controllati automaticamente per rilevare eventuali segnali di danneggiamento. Un analista esperto controlla i dati per validare la rilevazione e, se sono presenti sintomi di danneggiamento, emette un rapporto per il cliente contenente la diagnosi e le azioni consigliate.

Lanciato alla fine del 2017 dopo rigorosi test con clienti in Svezia, Spagna, Italia e Russia, il sistema è ora adottato in oltre 25 paesi in tre continenti ed è stato installato su 28 classi di treni differenti.

La dashboard utente fornisce agli operatori un accesso facile e immediato ai dati.

Il futuro

GTR ha al vaglio la possibilità di adottare la soluzione SKF Insight Rail anche per un’altra delle sue flotte. “Il sistema a terza rotaia è gravoso per i cuscinetti”, dichiara Peter Cooper. “A livello aziendale penso che dobbiamo non solo rendere più efficace il monitoraggio dei cuscinetti, sostituendoli prima di un cedimento catastrofico, ma anche trovare soluzioni che ne prolunghino la durata”.

Santomassimo aggiunge che con l’attuale pandemia di COVID-19 gli operatori ferroviari del Regno Unito sono particolarmente sotto pressione affinché offrano un servizio affidabile, puntuale ed economico. Ma, come afferma, “SKF è pronta a sostenere le nuove e importanti sfide che il mercato ferroviario si trova ad affrontare”.