Digitālais dzelzceļš

1998. gada 5. maijā neviens nebija plānojis ieiet dzelzceļa vēsturē. Tas ir tikai tas, ka Phippsburg, CO, lokomotīvju trūka. Parasto piecu lokomotīvju vietā bija pieejamas tikai četras, lai vilktu 108 vagonu ogļu vilcienu augšup pa Union Pacific. Dzelzceļa stāvais Toponas grāds Klinšu kalnu rietumu nogāzē. Tālākais lokomotīvju būvētāju vidū ir leģendārs.

Lokomotīves bija pavisam jaunas General Electric behemoti ar savdabīgumu: to vilces motori darbojās ar maiņstrāvu, nevis līdzstrāvu. Todien kāpjot Toponas pakāpē, vilcieni palēninājās līdz tikko manāmiem sešiem metriem minūtē. Neviens sevi cienošs inženieris nebūtu izmēģinājis tik neprātīgu triku ar parastajiem līdzstrāvas motoriem: riteņi būtu izslīdējuši, vilciens apstājies, un paši motori būtu apcepti kā ola. Bet neviena no šīm lietām nenotika. Patiešām, vēlākā izmeklēšana parādīja, ka lokomotīves bija radījušas lielāku vilkšanas spēku, nekā tika uzskatīts par iespējamu tādā ātrumā. Šis spēka varoņdarbs aizsāka radikālas pārmaiņas dzelzceļā — revolūciju, kas tieši izriet no informācijas tehnoloģiju sasniegumiem.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Tehnoloģiski raugoties, dzelzceļā ir grūti atrast kaut ko tādu, kas pēdējā desmitgadē nebūtu mainījies. Desmitiem mūsdienu dīzeļlokomotīvju mikroprocesoru darbina gandrīz visas to sistēmas, sākot no degvielas padeves līdz kabīnes gaisa kondicionēšanai. Polu līnijas, kas savulaik zibēja garām braucošu pasažieru vilcienu logiem, izzūd par labu mikroviļņu vai optiskās šķiedras sakariem. Eksperimentālās jaunas dispečerēšanas un vadības sistēmas drīzumā var informēt inženierus, vai viņi izmanto visefektīvākos droseles iestatījumus.

Vairumam cilvēku sakiet, ka vilcieni, un viņi domā par pasažieru dažādību. Bet ASV dzelzceļi ar vislielāko ekonomisko ietekmi ir tie, kas pārvadā kravas. Dzelzceļi pārvadā 25 procentus no ASV kravu. Tie ir viegli visefektīvākais veids ogļu, graudu un beztaras ķīmisko vielu pārvietošanai. Taču dzelzceļa kompānijām jau sen ir bijušas mīlestības un naida attiecības ar jaunākajām tehnoloģijām. Viņi tikai atteicās no oglēm kurināmām tvaika lokomotīvēm, piemēram, kad General Motors izstrādāja dīzeļdzinēju un 40. gados sniedza demonstrācijas dzelzceļiem visā valstī. Un pat tad daudzi dzelzceļi gadiem ilgi bija iestrēguši ar tvaiku.

Tomēr pēdējo desmit gadu laikā dzelzceļi ir iesaistījušies savā informācijas revolūcijas versijā. Datoru un bezvadu sistēmu kombinācija nodrošina dzelzceļiem lielāku klientu apkalpošanas jaudu un labāku nosūtīšanas un izmaksu kontroli, kā arī atbrīvojumu no ierēdņu armijām. Čārlzs Detmans, Vašingtonā bāzētās Amerikas dzelzceļu asociācijas viceprezidents operāciju, pētniecības un tehnoloģiju jautājumos, apgalvo, ka dzelzceļu konkurētspēja, iespējams, pat to pastāvēšana ir atkarīga no informācijas tehnoloģiju izmantošanas.

Dzelzceļa uzņēmumi ir ļoti grūti pārdot. Es parasti varu viņus virzīt tālāk, nekā viņi vēlas, saka Karls D. Martlands, MIT Transporta pētījumu centra vecākais zinātniskais līdzstrādnieks un dzelzceļa nozares konsultants. Viņi uzstāj, ka zina, ka būs produktivitātes ieguvums, un sniegs tikai tik tālu, cik tas viņiem vajadzīgs. Viņi ir paveikuši ļoti labu darbu, sakot: vai šī tehnoloģija man dod kaut ko labu?

Dzelzceļa modelis

Tikai pirms divām desmitgadēm Austrumu Vaiomingas Powder River baseins bija neauglīgs, bez kokiem nomale ar maz cilvēku un bez nozares. Taču reģionā bija kaut kas tāds, kas 90. gadu sākumā Amerikas Savienotajām Valstīm pēkšņi bija vajadzīgs: daudz zema sēra satura, salīdzinoši tīri degošas ogles. Patiesībā zem Vaiomingas austrumu trešdaļas stiepjas bieza ogļu šuve. Un vienīgais praktiskais veids, kā izvest tik daudz ogļu no attālā Poderriveras baseina, ir pa dzelzceļu.

Divi dzelzceļi, kas apkalpo apgabalu Klusā okeāna savienība un Burlingtonas ziemeļu Santafē, ir iztērējuši vairāk nekā 5 miljardus ASV dolāru, lai izveidotu lielāko un modernāko rūpniecisko dzelzceļu sistēmu valstī. Stingrāku gaisa piesārņojuma noteikumu ietekmē pieprasījums pēc oglēm ar zemu sēra saturu šobrīd aug, nekā neviens nevar sapņot; viens līnijas posms ir kļuvis par pirmo dzelzceļa posmu vēsturē, kas atbalsta vairāk nekā vienu miljardu kilogramu dienā.

Un, tā kā dzelzceļš un raktuves ir jauni, Powder River darbība nodrošina tīru lapu, lai izveidotu pēc iespējas efektīvāku darbību, neradot slogu, ko rada vecāka infrastruktūra un novecojušas tehnoloģijas, kuras dzelzceļi bieži vien ir turpinājuši darboties. Nekur nav redzami strādnieki, kuri savulaik ar pūlēm nokopēja visus automašīnu numurus un nosūtīja tos pa faksu uz galveno biroju. Katram tukšam vilcienam ieejot raktuvēs un katram piekrautam vilcienam izejot, skeneri nolasa automātiskās identifikācijas atzīmes, ierakstot katras automašīnas numuru un ziņojot par datiem Union Pacific Harriman dispečercentram Omahā, NE.

Harimana centrs ir vērienīgo centienu pamatā, lai virzītu visu dzelzceļa sistēmu no centrālās atrašanās vietas uz vilcienu nosūtīšanu, izmantojot datorprogrammu, kas izvēlas punktus, kuros tie satiekas vai šķērso. Harriman sistēma kontrolē satiksmi pa vairāk nekā 27 000 kilometriem Union Pacific trases 23 štatos — lai gan cilvēku dispečeri var iejaukties jebkurā laikā, ja viņi nepiekrīt datora izvēlei, un tā ļauj koordinēt kustības dienas pirms laika. visu dzelzceļu, nevis vienu līniju vai rajonu.

Tukši vilcieni iebrauc Powder River baseina ogles saturošajā tvertnē zem dzelzceļa ekvivalenta kruīza kontrolei. Vilcieni ielīst ar aptuveni 1,5 kilometriem stundā, ar ātrumu, ko tikai prasmīgākais inženieris varētu saskaņot ar roku. Datorizētās iekraušanas teknes piepilda katru automašīnu ar plānoto ogļu svaru - 100 000 kilogramu, ar precizitāti līdz 0,2 procentiem. Vilcienu ar akmeņoglēm var piepildīt 45 minūtēs jeb aptuveni divreiz ātrāk, nekā spēja iepriekšējie automātiskie iekrāvēji.

Ogļu vilcieniem izbraucot no Powder River laukiem, lokomotīves pastāvīgi sarunājas ar Union Pacific štābu Omahā. Datu straume sniedz vilciena stāvokļa īsu stāstījumu, par ko ziņo virkne sensoru, kas uzrauga, piemēram, eļļas spiedienu, darba temperatūru, zirgspēku jaudu un degvielas patēriņa ātrumu. Senos laikos (teiksim, 90. gadu sākumā) inženieri zināja, ka ar lokomotīvi kaut kas nav kārtībā, tikai tad, kad tai jau bija nopietnas problēmas. Tad atskanēja trauksmes zvani vai pēkšņi apstājās dzinējs vai sāka smēķēt. Union Pacific aprīko visu savu floti ar borta datoriem, kas pastāvīgi izseko lokomotīvju atrašanās vietu un stāvokli, un pēc tam ziņo par šo informāciju galvenās mītnes apkopes dienestam.

Kad flote ir aprīkota, dotā lokomotīve dos signālu Omahas centram, ka tai ir problēma, ilgi pirms tā paziņos inženierim. Sensoriem parasti vajadzētu uztvert problēmas simtiem vai tūkstošiem kilometru, pirms tās kļūst pietiekami nopietnas, lai inženierim varētu rūpēties. Piemēram, informācija par to, ka dzinējs patērē par 15 procentiem vairāk degvielas nekā parasti, inženieri maz interesē, bet ļoti interesē lokomotīvi uzraugošos apkopes tehniķus.

Datoru uzstādīšana lokomotīvēs nav gluži kā to ievietošana kontrolētā biroja vidē. Netīrumi, vibrācija un ārkārtējs karstums un aukstums ir daļa no ikdienas dzelzceļa darbības. Union Pacific mēnešiem ilgi eksperimentēja ar dažāda veida trieciena stiprinājumiem un vibrāciju kontrolējošiem materiāliem. Saskaņā ar galvenā tehnoloģiju virsnieka Laidena Tenisona teikto, mācības tika gūtas no cita uzņēmuma, kas zina kaut vai divas par augsto tehnoloģiju aprīkojuma pielāgošanu nelabvēlīgiem apstākļiem. Viņš saka, ka mēs daudz mācījāmies no militārpersonām. Lokomotīvju tehniķi sākumā bija uzjautrināti, piemēram, uzzinot, ka militāristi turēja procesorus, kas pievienoti to rozetēm, pastāvīgā vibrācijā, piesienot tos ar zobu diegu. Uzjautrināts, bet pārsteigts: Union Pacific pieņēma šo risinājumu.

AC/DC

Visā dīzeļdegvielas laikmetā lokomotīves strādāja pēc vienkārša principa: dīzeļdzinējs pagrieza ģeneratoru, kas ražoja maiņstrāvu, kas pēc tam tika pārveidota par līdzstrāvu, lai darbinātu vilces motorus, kas virza asis. Solis uz priekšu, kas ļāva pacelt Toponas klasi, bija atkarīgs no fundamentālām pārmaiņām tehnoloģijā 1990. gados no līdzstrāvas motoriem uz maiņstrāvas motoriem. Šīs izmaiņas ir nodrošinājušas ātru, lētu mikroprocesoru pieejamība.

Jauda gan līdzstrāvas lokomotīvei, gan maiņstrāvas lokomotīvei savu ceļu uz riteņiem sāk vienādi. Abos veidos dīzeļdzinējs griež ģeneratoru, kas ražo maiņstrāvu, kas pēc tam tiek pārveidota par līdzstrāvu. (Sākuma maiņstrāva ar nemainīgu 60 ciklu sekundē lokomotīvi varētu darbināt tikai ar vienu ātrumu.) Tomēr šeit tehnoloģijas atšķiras. Līdzstrāvas lokomotīvē līdzstrāvas jauda nonāk tieši motoros, kas griež riteņus. Maiņstrāvas motorā līdzstrāva iet caur virkni datora vadītu komponentu, ko sauc par invertoriem, kas sadala līdzstrāvu maiņstrāvā. Šo maiņstrāvu savukārt padod motoriem.

Datoru mikroshēmas padara maiņstrāvas motorus praktiskus, regulējot jaudas plūsmu ar precizitāti, kas nav iespējama ar citiem līdzekļiem. Mikroshēmas uzrauga un kontrolē līdzstrāvu, kas nonāk invertoros, un nodrošina, ka tie piegādā vilces motoriem atbilstošu maiņstrāvas daudzumu. Tas nav mazs sasniegums: katram invertoram var būt vajadzīgas pat 500 ieslēgšanas-izslēgšanas komandas sekundē, lai regulētu maiņstrāvas plūsmu. Un, lai gan gigahercu mikroshēmu dienā 500 komandas sekundē var šķist neiepriecinošas, pareizais salīdzinājums nav ar citiem datoriem, bet gan ar cilvēkiem. Iedomājieties vilciena inženieri, kurš mēģina veikt 500 izmaiņas droseļvārsta stāvoklī katru sekundi.

Maiņstrāvas motori ir izturīgāki nekā to līdzstrāvas radinieki. Viņi ir pakļauti nežēlīgiem testiem, kas prasīja maksimālu iespējamo enerģijas ražošanu, dažreiz dienām ilgi. Saskaņā ar Union Pacific automobiļu un lokomotīvju inženierijas ģenerāldirektora Maikls E. Idens teikto, šie testi pārsniedz visu, ko varēja radīt vissliktākā dzelzceļa vide, un dzinēji nekad ne tuvu nepārkarst. Kamēr aprīkojums darbojas pareizi, maiņstrāvas motoriem nekad nevajadzētu izdegt, saka Idens. Daudzi dzelzceļi pat izmanto maiņstrāvas lokomotīves spēku, nevis pneimatiskās bremzes, lai noturētu vilcienus nekustīgus uz smagas pakāpes, saka Idens. Šis paņēmiens, kas ļauj izvairīties no laikietilpīga gaisa bremžu atsūknēšanas procesa, līdzstrāvas motoru apcep dažu minūšu laikā.

Maiņstrāvas motori ne tikai spēj vilkt lielākas slodzes, bet arī uzlabo vispārējo efektivitāti. Katrs lokomotīves ritenis saskaras ar sliežu zonu, kas nav lielāka par niķeli. Procentuālo svaru uz šī riteņa, kas tiek pārveidots par vilkšanas spēku, sauc par saķeri. Lai gan labākie līdzstrāvas motori var nodrošināt aptuveni 30 procentu saķeri, maiņstrāvas lokomotīves izmanto precīzas vilces motoru datorvadības priekšrocības, lai sasniegtu vidējo saķeri no 34 līdz 38 procentiem; katrs procentpunkta pieaugums saķerē nodrošina vilkšanas spēku piecām papildu pilnībā piekrautām ogļu automašīnām.

Dziesmu veidošana

Vilcieni, protams, jābrauc pa sliedēm. Un pēc ieklāšanas sliede un saites ir jāuztur un jāpārbauda. Informācijas tehnoloģijas spēlē transformējošu lomu šajā tradicionāli darbietilpīgajā lietā. Piemēram, pēdējos divos vai trīs gados ir parādījušās sliežu izlīdzināšanas sistēmas, kas attāluma un virziena noteikšanai izmanto lāzerus. Pēc tam datori nosaka pareizo sliežu ceļa izliekumu un pacēluma leņķi un padod informāciju iekārtām, kas novieto sliedes un saites. Svarīga ir spēja ātri izmērīt sliežu ceļa ģeometriju, neatkarīgi no cilvēka redzes, saka Luiss Sernijs, neatkarīgs dzelzceļa konsultants Geitersburgā, MD.

Viens īpaši laikietilpīgs sliežu ceļu uzturēšanas darbs — klinšu balasta izkliedēšana starp sliedēm — ir arī adrenalīna uzņemšana. Jūnijā Herzog Contracting — dzelzceļa būvniecības uzņēmums, kas atrodas Sentjozefā, MO, piegādāja jaunu balasta vilcienu uz Union Pacific. 60 balasta automašīnu izkraušana parasti aizņem vismaz divas dienas; Hercoga vilciens paveic darbu 30 minūtēs. Vilcienam traucoties, datori, kurus vada globālās pozicionēšanas sistēmas satelīti, izlemj, kuras vagona durvis atvērt un cik daudz balasta izsūknēt (pat pārtraucot plūsmu ceļu krustojumos).

Līdzīgi sasniegumi palīdz veikt sliežu ceļu pārbaudi. Šo darbu kādreiz veica vientuļš gājējs, kurš nesa dažus smagus darbarīkus, un viņš gāja pa sliežu ceļu, lai redzētu, vai tas nepārvietojas, vai smailes nevelkas ārā vai sliežu savienojumi pārāk neliecas. Labākā automatizētā sliežu ceļa pārbaude ir sistēma, ko 1999. gadā Federālajai dzelzceļa administrācijai piegādāja Plasser American, inspekcijas automašīnu ražotājs, un Ensco, dzelzceļa pārbaudes aparatūras un programmatūras ražotājs. Šī pašgājēja sensoru un datoru masa, kas ripo ar ātrumu līdz 145 kilometriem stundā, ģenerē trases stāvokļa rādījumus un nosūta apkalpes uz jebkuru problēmu vietām. Lielākā daļa ASV lielāko kravu dzelzceļu izmanto šādas automašīnas vai nu ir tās pasūtījušas.

Ensco ir izstrādājis arī tālvadības uzraudzības sistēmas, kuras var aprīkot ar jebkuru motorvagonu vai lokomotīvi. Sistēmas, kas tagad tiek izmantotas Amtrak un vairākiem piepilsētas dzelzceļiem, nepārtraukti novērtē sliežu ceļu anomālijas, braukšanas kvalitāti un lokomotīves mehānisko stāvokli. Kad parādās problēma, monitori nosūta trauksmi, izmantojot satelīta vai zemes bezvadu savienojumu. Detalizētai informācijai par problēmu un tās precīzu atrašanās vietu var piekļūt, izmantojot internetu. Citas jaunas pārbaudes iekārtas izmanto datorizētu redzi, lai meklētu defektus gaisa bremžu šļūtenēs starp automašīnām. Pulsējošie lāzeri, kas izplešas pīrāga šķēles formā, var precīzi radīt riteņa attēlu, kad tas ripo, un fiksē virsmas defektus labāk nekā pieredzējis inspektors, kad ritenis stāv uz vietas. Visi šie detektori ir paredzēti, lai ziņotu par problēmu vietām vilciena apkalpei vai dispečeram, pirms neliela problēma pieaug un izraisa vraku.

Uz leju Line

Tā kā tehnoloģiju izmaksas pastāvīgi krītas, dzelzceļi var būt gatavi jaunai automatizācijas kārtai. Pirmais kandidāts ir ideja, no kuras dzelzceļi līdz šim ir vairījušies, ko sauc par pozitīvu vilcienu kontroli. Datori, kas kontrolē lokomotīves droseļvārstu un bremzes, būtu aprīkoti ar globālās pozicionēšanas sistēmas uztvērējiem, kas precīzi norāda, kur viņi atrodas un cik ātri viņi dodas. Modifikācija sākotnēji tika ierosināta kā drošības uzlabojums, lai novērstu sadursmes: ja inženieris pabrauc garām apstāšanās signālam, sistēma signalizēs datoram, lai tas palēninātu vai apturētu vilcienu. Tomēr šim pieteikumam neizdevās iekarot dzelzceļus. Tas būtu maksājis daudz naudas par minimālu drošības uzlabojumu, un tāpēc tas nebija rentabls, skaidro MIT Martland.

Taču daudzas dzelzceļa amatpersonas sāk izprast pozitīvas vilcienu kontroles biznesa pamatojumu: tā pati tehnoloģija nodrošina nepārtrauktus atjauninājumus par katras lokomotīves atrašanās vietu uz dzelzceļa. Uzlabota izsekošanas un kontroles tehnoloģija jau ir ieviesta ātrgaitas pasažieru vilcienos, piemēram, Bostonas–Vašingtonas līnijā. Šī tehnoloģija tiek izstrādāta arī vairākos uzņēmumos, no kuriem visievērojamākie ir Pitsburgas Union Switch and Signal.

Satelītu apvienošana ar datoriem, lai regulētu vilciena ātrumu, ir tikai viens solis ceļā uz pilnībā datorizētu darbību. Metro regulāri darbojas šādā veidā; vadītājs brauc līdzi. Taču kravas vilciens nav tik vienkāršs kā metro. Piemēram, garš vilciens vienlaikus var uzkāpt vienā pakāpē un nokāpt citā. Un katram kravas vilcienam ir savas bremzēšanas īpašības, kuras inženierim ātri jāapgūst; nepareiza rīcība ar vilcienu var izraisīt nopietnus bojājumus, piemēram, saplēstus sakabes un, iespējams, pat noskriet no sliedēm. Tomēr daži dzelzceļi eksperimentē ar datoriem, kas spēj apgūt vilciena īpašības tikpat ātri, cik to spēj inženieris. Piemēram, datori ir pārņēmuši kontroli pār smago rūdas vilcieniem Minesotā, kas darbojas efektīvi un vienmērīgi apstājas pie sarkanajiem signāliem.

Nākamais loģiskais solis ir pilnībā automātiska darbība, kurā inženieris ir tikai kā monitors. Lai gan tehnoloģija to ieviešanai lielā mērā pastāv, citi faktori ir šķēršļi. Piemēram, lielās sākotnējās izmaksas attur dzelzceļus no jaunu sistēmu uzstādīšanas, kas nesniedz acīmredzamu ieguvumu. Drošība ir vēl viena problēma; automatizētajām vadības sistēmām ir jāpierāda ārkārtīgi uzticamas, lai tās varētu aizstāt cilvēku operatorus, un tikai tad, kad šāda aizstāšana ir iespējama, tehnoloģija atmaksāsies ar lielu ekonomisko atdevi.

Datorizācija jau ir devusi iespēju dzelzceļiem darboties ar mazāku cilvēku skaitu. Jaunākie notikumi ir uzbrukums divu vissvarīgāko cilvēku, kuri vada vilcienu, darbam: inženierim un konduktora. Un izvietošanai ir jāpārrunā līgumi ar arodbiedrībām, kas pārstāv darbiniekus, kurus jaunās sistēmas varētu izspiest.

Izskatās, ka garais kāpiens Toponas pakāpē ir tikai sākums paātrinātam ceļojumam uz datoru automatizētu nākotni. Union Pacific’s Iden saka: Mēs tikai sākam izmantot tehnoloģiju priekšrocības.

paslēpties