Con una storia di oltre 8.000 anni, Ningbo è una delle città più antiche della Cina. Appartenente alla provincia dello Zhejiang, sulla costa orientale del paese, ha sempre avuto una forte vocazione commerciale. Per oltre un millennio il suo porto è stato un importante scalo marittimo sulla Via della Seta di 2.000 anni fa, e permane tuttora uno dei più trafficati del mondo. Nell’area metropolitana vivono più di 2 milioni di persone, mentre altri 7 risiedono nei distretti periferici e nelle città satellite.

Come garantire la mobilità di tutte queste persone? Le autorità locali stanno scrivendo un nuovo capitolo nella storia dei trasporti della città con la realizzazione di una rete ferroviaria per il trasporto rapido di massa di 200 oltre chilometri, che assicurerà ai suoi passeggeri collegamenti rapidi e confortevoli. Avviato nel 2009, il progetto Ningbo Rail Transit ha cominciato il servizio passeggeri nel 2014. Cinque delle otto linee previste sono già operative, mentre il completamento della rete è previsto entro il 2026.

Miglioramenti di “mezza vita”

Sebbene la rete ferroviaria metropolitana di Ningbo sia una delle più recenti del mondo, i 200 treni che prestano servizio lungo i 46 chilometri della linea 1 operano ormai da quasi 10 anni. I team di manutenzione della società Ningbo Rail Transit Co. hanno avviato una serie di progetti per migliorare l’affidabilità e l’efficienza economica della flotta nel lungo termine.

Fondamentale, ai fini dell’affidabilità, è la durata dei cuscinetti installati su carrelli, motori di trazione e boccole. I cedimenti di questi cuscinetti possono rivelarsi catastrofici e costosi, pertanto la loro sostituzione è di solito rigorosamente programmata. Nel caso dei treni di Ningbo, questa operazione era stata inizialmente prevista al raggiungimento di 800.000 chilometri di percorrenza.

Nell’ottica di ottimizzare l’efficienza economica della manutenzione, Ningbo Rail Transit ha voluto verificare la possibilità di estendere tale soglia a 1 milione di chilometri. Un obiettivo che, se raggiunto senza un incremento del numero di cedimenti, avrebbe permesso di ottenere un risparmio significativo sui costi di manutenzione e sui ricambi, aumentando al contempo la disponibilità dei treni.

Ningbo Rail Transit ha dunque chiesto a diversi produttori di fornire cuscinetti in grado di raggiungere intervalli di manutenzione di un milione di chilometri. Solo SKF è riuscita a offrire la propria soluzione adattata alle esigenze del cliente.

Basata su un approccio all’affidabilità dei cuscinetti a livello dell’intero sistema, la proposta SKF prevedeva modifiche alle specifiche di progetto, come il passaggio a cuscinetti ibridi con corpi volventi in ceramica sui riduttori. SKF aveva inoltre suggerito di modificare il grasso lubrificante dei cuscinetti. Ne è scaturita una soluzione tecnologicamente innovativa e all’avanguardia per l’industria ferroviaria.

Connettività wireless

Denominata Insight Metro, la nuova tecnologia consiste in un sistema di condition monitoring completamente wireless, portatile, concepito per l’uso selettivo su cuscinetti che si stanno avvicinando al termine della loro durata di esercizio.

Il sistema Insight Metro prevede l’utilizzo di sensori che misurano velocità, temperatura e vibrazioni dei cuscinetti. I dati vengono preelaborati dal computer integrato e trasmessi tramite una rete mobile 4G a un server, dove una combinazione di sofisticati algoritmi e esperti analisti provvede a identificare segnali di guasti incipienti. Il condition monitoring è un approccio ampiamente utilizzato e collaudato nel settore ferroviario mondiale. Gli operatori utilizzano appositi sensori di temperatura e acustici sull’armamento o sui binari per individuare potenziali problemi al passaggio dei treni; nel caso di treni moderni, dotati di sensori e sistemi di acquisizione dati permanenti, si può effettuare il monitoraggio continuo delle apparecchiature critiche.

Ciascun approccio, tuttavia, presenta degli svantaggi. I dispositivi sui binari o armamento, per esempio, sono economici e possono monitorare un numero illimitato di treni, ma sono poco sensibili e non individuano i problemi in fase precoce. Per contro, i sistemi di bordo cablati possono acquisire una grande quantità di dati, ma per fornire approfondimenti richiedono numerose apparecchiature a bordo treno e vaste risorse analitiche.

Insight Metro, sviluppato interamente in Cina, rappresenta la soluzione intermedia: offre la sensibilità e la grande capacità di acquisizione dati tipica di un sistema avanzato di condition monitoring a bordo treno, ma è al contempo compatto, leggero e facile da installare, così da garantire agli operatori un modo economicamente efficiente per monitorare cuscinetti specifici.

Ogni unità Insight Metro è dotata di una batteria interna con un’autonomia di circa sei mesi. Il sistema segnala, tra gli altri, lo stato della batteria così da poterne programmare la ricarica in tempo utile. La funzionalità wireless consente di effettuare la ricarica in loco in modo semplice, per esempio durante lo stazionamento notturno dei treni in deposito.

Sotto controllo per un milione di chilometri

Da agosto 2022 Ningbo Rail Transit ha adottato 96 unità Insight Metro per i treni della Linea 1. La loro installazione su cuscinetti “in tarda età” consente a SKF e ai suoi clienti di acquisire dati sulle loro prestazioni e individuare precocemente eventuali segni di danneggiamento.

Il sistema è programmato per effettuare l’acquisizione dei dati otto volte al giorno”, dichiara Hower Fan, Digital project manager di SKF. “Le unità Insight Metro utilizzano i dati di velocità e vibrazioni per determinare il momento giusto per l’acquisizione, quando il treno procede a velocità stabile”.

Per le analisi di routine Insight Metro acquisisce circa 100 megabyte di dati, i quali vengono trasmessi al server in modalità wireless attraverso la rete 4G. In caso di superamento improvviso dei valori soglia di temperatura o vibrazione, le unità generano e inviano segnali di allarme.

“Nel centro di diagnostica in remoto, analizziamo i dati provenienti da ogni unità applicando algoritmi automatizzati e la conoscenza degli esperti di condition monitoring”, commenta Fan. “Come prassi forniamo ai clienti un rapporto mensile sulle condizioni dei cuscinetti, ma se sussiste l’indicazione di un intervento più urgente, inviamo un avviso in tempo reale per smontare il cuscinetto specifico e ispezionarlo il prima possibile”. I team di manutenzione di Ningbo Transit possono inoltre accedere ai dati sulle prestazioni dei cuscinetti direttamente tramite un portale online.

Nei primi sei mesi di funzionamento, il sistema ha identificato correttamente i problemi su due cuscinetti, consentendo ai tecnici di Ningbo Transit di intervenire tempestivamente senza causare interruzioni di servizio. “L’impiego di Insight Metro su larga scala ci aiuta inoltre a ottimizzare il processo di condition monitoring per una rete di trasporto operativa”, osserva Fan. “Per esempio, siamo riusciti a prolungare gli intervalli di ricarica delle batterie. Stiamo anche collaborando con il cliente per testare nuovi protocolli con meno intervalli di acquisizione dati giornalieri, in modo da estendere ulteriormente il funzionamento delle unità di monitoraggio prima della ricarica”.