Digitala tvillingar – framtidens verktyg för planering av järnvägsunderhåll
Att effektivt och kostnadsmedvetet planera och genomföra underhåll är avgörande för att säkerställa hög tillgänglighet i järnvägssystemet. Digitala tvillingar har stor potential att ge snabba beslutsunderlag men tekniken behöver beforskas ytterligare.
En digital tvilling är en digital kopia, en virtuell modell, av ett system eller en fysisk produkt, till exempel ett järnvägsspår, som kontinuerligt uppdateras med data från verkligheten. Den digitala kopian gör det möjligt att följa anläggningens funktion och nedbrytning samt simulera omständigheter som väder, trafikmängd, fordonstyngd/belastning för att få kunskap om driftsäkerheten på anläggningen.
Genom att kombinera mätdata med beräkningsmodeller kan tvillingen användas för att simulera och förutspå hur exempelvis rälen påverkas av olika driftsförhållanden över tid. Informationen kan nyttjas för att planera in underhållsåtgärder på exakt rätt tid. Det vill säga innan det påverkar prestandan eller äventyrar säkerheten, men också när det ger minst påverkan på trafiken.
− En förbättrad förståelse för var och hur fort skador utvecklas möjliggör mer träffsäkra och proaktiva underhållsåtgärder, vilket i sin tur bidrar till ökad driftsäkerhet, tillgänglighet, optimerade underhållsintervall och minskade livscykelkostnader, menar Matthias Asplund, Trafikverket.
Beslutsstöd för detaljplanerat underhåll
Forskning inom EU- RAIL-projektet IAM4RAIL visar att det är fullt möjligt att använda digitala tvillingar för att detaljplanera rälsunderhåll men arbetet är komplext och utmanande.
För att verkligen förstå hur rälen förändras över tid krävs omfattande och tillförlitliga mätdata från fält rörande allt från trafiksituationer, slipning och mätningar av rälprofil, detektering av sprickor osv. Med hjälp av simuleringsverktyg fångas händelseförloppet mellan fordon och räl under olika trafiksituationer. Den resulterande skadeutvecklingen beskrivs utifrån samverkande mekanismer som nötning, plastisk deformation och rullkontaktsutmattning. Allt för att korrekt återge de verkliga förhållandena. Illustration
Dessutom ställs höga krav på att beräkningarna är snabba eftersom en digital tvilling ska kunna beskriva långsiktiga processer, vilket innebär att analyserna inkluderar väldigt många tågpassager.
Resultat och vägen framåt
Den digitala tvillingen har demonstrerats vid en kurva på Västra Stambanan. De hittills uppnådda resultaten visar att det är möjligt att förutsäga skadeutveckling i rälen över längre tid genom att koppla samman mätdata, simuleringar och modellkalibrering.
− Resultaten visar att de simulerade profilförändringarna stämmer väl överens med fältmätningarna. Samtidigt kan vi konstatera att vägen mot en fullt fungerande detaljerad digital tvilling för rälnedbrytning kräver fortsatt utveckling av datainsamlingsmetoder och modellering, säger Caroline Ansin, som genomfört studien och som också disputerar i ämnet på Chalmers i november i år.
− Att samla in korrekta och nödvändiga data kräver även samverkan mellan olika aktörer i järnvägssystemet. Den tekniska och samhällsekonomiska potentialen är stor. Implementeringen bedöms ske gradvis under de kommande åren, avslutar Matthias Asplund.
