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Einflüsse der digitalen Evolution aufdie Zukunft des SchienenfernverkehrsWird “autonomes Fahren” Realität?
Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobilityUnrestricted © Siemens AG 2016
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 2 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Vision 2050: Die Zukunft der Mobilität wird spannend
• Wir stellen uns oft die richtigenFragen, geben aber die falschenAntworten
• Aufgabenbereiche werden sichverändern
• Übergangsfrei intermodal zureisen, wird der Normalfall sein
• Der Energieverbrauch wird sichverringern
• Kapazitäten und Flexibilitätwerden immens gesteigert
• Autos werden autonom fahren –ja, aber später und anders alsvielleicht vermutet!
1867
2016
Quelle: Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_tube#/media/File:Pneumatic_Dispatch_-_Figure_7.png
Quelle: Pocket-lint http://cdn.pocket-lint.com/r/s/970x/assets/images/phpqdbccw.jpg
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 3 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Ist das „autonome Fahren im Schienenfernverkehr“ amGipfel der überzogenen Erwartungen angekommen?
Quelle: Gartners Hype cycle der Jahre 2013, 2015, 2016
Erwartungen
Zeit
Pfad derErleuchtung
Plateau derProduktivität
Technolo-gischerAuslöser
Gipfel derüberzogenenErwartungen
Tal derEnttäuschungen
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Autonome Straßenfahrzeuge = Autonomes Fahren im Schienenfernverkehr ?
2015 (5 – 10 Jahre)2016 (mehr als 10 Jahre)
2013 (5 – 10 Jahre)
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 4 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Systeme des Schienenfernverkehrs sind bereits höher automatisiert alsSysteme des Straßenverkehrs – eine gute Basis für die Vollautomatisierung
1 GoA = Grade of Automation, Automatisierungsgrad nach International Electrotechnical Commission/Commission Électrotechnique Internationale, Internationaler Standard 62290-12 SAE Levels 0-5: Automatisierungsgrade wie von der Society of Automotive Engineers (SAE) definiert
Teilweise automatisiertFahrzeugführer behält die Kontrolle
Hoch automatisiertFahrer greift begrenzt ein
VollautomatisiertOhne Eingriff eines Fahrers
Produktstatus
Produktstatus
Automatische Zugsicherung Fahrerassistenzsysteme Automatischer Zugbetrieb Fahrerloser und unbemannter Zugbetrieb
Serie Nahverkehr/Forschung und Entwicklung FernverkehrSerie
N/AForschungEntwicklungSerie
Assistenzsysteme Autopilot
Herausforderung:Im Fehlerfall mussdas System einensicheren Statuseinnehmen
Automatisierungsgrad / StatusGoA01 GoA3 GoA4
SAE 02 SAE 1 SAE 2 SAE 3 SAE 4 SAE 5
GoA1 GoA2
Fahrerassistenzsysteme für Autobahnen
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Der exponentielle Anstieg der Digitalisierung wird auch das Bahnwesengrundlegend verändern – und das hat bereits begonnen!
Rüdiger Grube, Vorstandsvorsitzender Deutsche Bahn AG – FAZ.net, 2016
Ich rechne damit, dass wir 2021, 2022 oder 2023so weit sind, dass wir in Teilen unseres Netzesvollautomatisch fahren können.
„“
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Die Möglichkeiten durch die Digitalisierung sind vielfältig –das steigert auch den Automatisierungsgrad im Schienenfernverkehr
MehrSicherheit
HöhererDurchsatz
Neue Geschäfts-modelle & Aufgaben
auf der Schiene
WenigerBetriebskosten
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Im Sinne des olympischen Gedankens:Ist ein vollautomatisierter Bahnbetrieb stets die beste Lösung?
GoA = Grade of Automation, Automatisierungsgrad nach International Electrotechnical Commission/ Commission Électrotechnique Internationale, Internationaler Standard 62290-1
GoA 1GoA 2 GoA 3/4
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Beispiele für Anforderungen an eine zukunftssichere Bahn aus Sichtverschiedener Betreiber
High Density Fern- undRegionalverkehr
§ Kapazitätssteigerung beivorh. Infrastruktur
§ Konstantes Fahren trotzMischverkehr
§ Hohe Sicherheits-anforderungen
§ Hohe Verfügbarkeit desSystems
§ Interoperabilität
Low Density Fern- undRegionalverkehr
§ Niedrige Betriebskosten§ Reduktion des
Equipments§ Hohe Sicherheits-
anforderungen
Güterverkehr
§ Energieeinsparungen§ Interoperabilität§ Technik auf der Lok§ Fahren ohne Tf§ Hohe Sicherheits-
anforderungen
§ Hohe Verfügbarkeit desSystems
§ Präzises Stoppen§ Fahren ohne Tf§ Pit-to-Port: Integrierte
Lösungen§ Robuste High End
Lösungen§ Geringere Sicherheits-
anforderungen
Minenbahnen
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Der Eisenbahnbetrieb in Deutschland ist hoch komplex – die Notwendigkeitder Automatisierung wurde früh erkannt und in Teilbereichen umgesetzt
BetrieblicheSchicht
TechnischeSchicht
Fahrdienstleiter
Fahrweg
Triebfahrzeugführer
Fahrzeug
Stellwerks-bedienung
Triebfahrzeug-bedienung
Kommunikation &betriebliche Regeln
Zugbeeinflussung
ETCS
ATO
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Obwohl seit mehreren Jahrzehnten die Aufgaben des Triebfahrzeugführersgrundlegende Veränderungen erfahren haben…
Aktive Steuerung Überwachen
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…ist die nächste Evolutionsstufe Gegenstandteilweise kontroverser öffentlicher Diskussionen
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Auf welcher Basis soll das häufig diskutierte „autonome“ Fahrenauf der vorhandenen Infrastruktur aufsetzen?
Bauform Anzahl Anteil am Gesamt-bestand in %
Mechanische Stellwerke 839 27
ElektromechanischeStellwerke 339 10
Relais- /Drucktastenstellwerke 1.397 45
Elektronische Stellwerke 424 13
Sonstige Bauformen 91 2
Stellwerke gesamt 3.090 100
Quelle: DB AG, 2014 Quelle: DB Netz AG 2015
Anzahl Stellwerke nach Bauarten (DB AG) Streckenausrüstung (DB AG)in km 2014 2015
Betriebslänge 33.281 33.281
KontinuierlicheZugbeein-flussung
LZB Ausrüstungen(zweigleisig) 2.616 2.465
ETCS(VDE 8) 0
114 (LeipzigMesse –
Erfurt Hbf)
Nächste Jahre: ~2.500 km der Gleise mit ETCS ausgerüstet
Bis 2022: ~1.450 km davon entlang ERTMS Corridor A
Bis 2030: Class B Train Control System LZB wird ersetzt durch ETCS
Bis 2050: TEN-network in Deutschland mit ETCS ausgestattet
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 13 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
“Vollautomatisierung ist imSchienenfernverkehr möglich”
“ATO ist eine weitere Stufe derZugsicherung/-beeinflussung”
“Automatisierung kostetArbeitsplätze”
Ein paar notwendige begriffliche Einordnungen
Ja!Es besteht die Möglichkeit bestimmte betriebliche Szenarien vollautomatisiert zurealisieren. Aus der umfangreichen Erfahrung aus dem Nahverkehr lassen sich vielebewährte Funktionen auf den Fernverkehr übertragen.
Falsch!ATO ist eine Zusatzfunktion, welches auf der Basis eines sicherenZugbeeinflussungssystems, z.B. ETCS aufsetzt.
Falsch!Die Produktivität wird durch eine hochautomatisierte Systemlösung gesteigert – mehrZüge können am Tag verkehren. Aber klar ist, eine Arbeitsplatzverlagerung wirdstattfinden.
Teilweise richtig!Im Schienenfernverkehr ist vollautomatisiertes Fahren denkbar. Autonomes Fahren istnoch etwas anderes. Güter könnten sich evtl. autonom von A nach B bewegen.
“es wird zukünftigautonom gefahren”
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 14 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Bereits heute bewirken zusätzliche Assistenz- undAutomatisierungsfunktionen eine deutliche Effizienzsteigerung
ETCS mit Driver Advisory System ETCS mit einem zur Streckenzentraleverbunden Driver Advisory System
ETCS mit einem System fürAutomatic Train Operation
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 15 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
ATO verkürzt die Zugfolge durch späteres Bremsen und konstantes Fahrenund erhöht damit die Leistungsfähigkeit einer Strecke
Zugfolge zwischen normal betriebenen Zügen
Zugfolge zwischen mit ATO betriebenen Zügen
Optimierungspotential durch ATO
BlockBremsaufforderung durch ETCS
zulässige Geschwindigkeit
ETCSBremsweg
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 15 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 16 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Hochautomatisiertes Fahren im Fernverkehr wird bereits Realität:2018 wird die erste "ATO over ETCS" Anwendung den Betrieb aufnehmen
Anforderungen• Erhöhung der Kapazität auf bestehender
Infrastruktur in London• 24 Züge pro Stunde & pro Richtung
Umsetzung• Ziele nur mit “ATO over ETCS Level 2”
erreichbar• Trainguard® ATO over ETCS im
Kernbereich, DAS mit TPWS bzw. DASmit ETCS in den anderen Bereichen
Vorteile• Hocheffizientes ETCS System
(vergleichbar mit einem Metro System)• Anwendbar auf alle Eisenbahnverkehre
TPWS – Train Protection and Warning System
Thameslink ProgrammeIndicative future network
Stations indicated are for route identification onlyThis map shows an indicative rout network. The 2015 Thameslink trainservice is subject to further evaluation and consultation by the DfT
KeyJuly 2007By end 2015(possible destinations)
Peterbrough
Bedford
Luton Airport Parkway
Cricklewood
Letchworth
Cambridge
King’s Lynn
Lewisham
Dartford
Swanley
Seven Oaks
Ashford
EastbourneBrightonLittlehampton
Guildford Horsham
Gatwick Airport
East GrinsteadTonbridge
Bromley SouthWimbledon
Elephantand Castle
London Bridge
St Pancras International
City ThameslinkFarringdon
Blackfriar
ST PANCRASINTERNATIONAL
FarringdonCity Thameslink
LONDONBLACKFRIARS
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 17 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Vollautomatisierung im Schienenfernverkehr bleibt eine Herausforderung,aber wir sind bereits auf dem richtigen Weg
Zahlreiche Cross-Urban-Projekte weltweit
Assistenzlösungen werden verstärkt angefragt
ATO over ETCS (GoA2) ist „Stand der Technik“
Vollautomatisiertes Fahren (GoA3/4) istmöglicherweise die Zukunft, aber:• Komplexes Streckenlayout• Das Netz ist nicht vollständig gegen äußere Einflüsse zu
schützen (z.B. durch Zäune, Über- und Unterführungen etc.)• Neben den technischen Herausforderungen müssen die
Systeme in Europa harmonisiert werden
ATO wird den Betrieb mit ETCS Level 3stabilisieren und weitere Potenziale heben.
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 18 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Neue Lösungen auf dem Prüfstand zur Bahntauglichkeit
Innovationsprojekt
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 19 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Erste Demonstration gemeinsam mit DB Cargo:Funktionalität ATO im Kontext Güterverkehr erfolgreich getestet
Demonstrierte Szenarien• Automatisiertes Anfahren an Wagengruppe zum
Kuppeln
• Mit Tablet ferngesteuerte Abfahrt und exaktesHalten des Zuges
• Automatisiertes Bremsen und Anfahren nachStreckenvorgabe
• Automatisierte Fahrt mit Höchstgeschwindigkeit,sowie Abfahren einer Langsamfahrstelle
• Sensorgesteuerte Erkennung von Hindernissen
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Automatisiertes, sensorgestütztes Anfahrenan Wagengruppe zum Kuppeln
• Integration der Sensorik und Komponentenin Bestandslok
• Anbindung der ATO an die Fahrzeugsteuerung
• Ausführung ATO Steuerkommandos
• Exaktes Anfahren an Puffer zum Kuppeln
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Automatisiertes Anfahren, Fahren entlang eines Geschwindigkeitsprofils,Bremsen und exaktes Anhalten anhand betrieblicher Streckenvorgaben
Screenshot DBCargo Film
• Ruckfreie Kontrolle eines 230m Güterzuges(Fahren, Bremsen, Halten, LA)
• Zielhalt genauer als +/- 50cm
• Initialisierte Abfahrt des Zuges per Tablet
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 22 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Automatisierte Fahrt mit ATO optimiert das Fahrprofil
ATO
Tf
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 22 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 23 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Automatisierte Fahrt auf ein Hindernis,sensorgestützte Erkennung & Halt
Screenshot DBCargo Film
• Erprobung von Kfz-Sensoren LIDAR und RADARmit ATO
• RADAR auf 400m ertüchtigt (Softwareanpassung)
• Fusion der Sensordaten und Kopplung mit ATO
• Meldung detektierter Hindernisse an ATOin Echtzeit
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 24 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Zielsetzung für weitere Innovationsprojekte zumvollautomatisierten Fahren im Schienenfernverkehr
Aktiver Dialog zwischen Betreibern undHerstellern bezüglich• technisch-betrieblicher Machbarkeit, Zulassung
• Akzeptanz durch Gesellschaft, Kunden undMitarbeitern
• betrieblicher Szenarien, Rückfallebenen,akzeptablen technischen Lösungen
• Kostenreduktion, Flexibilisierung des Fahrplans
• eines realistischen Bildes von ATO und höhererAutomatisierungsstufen
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 25 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
In Abhängigkeit von Kundenwünschen, Migrationsszenarien undTechnologien – ETCS ist die Grundlage für Innovationen
UNISIG Gremien | Shift2Rail Arbeitspakete zu ATO, Moving Block etc. | ETCS Level 3 Demonstrator…
GoA3/4Level 3
ATO
ETCS
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 25 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 26 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility
Kontakt
Dr. Markus Pelz
Siemens AG, MO MM ML S 1Ackerstr. 22,38126 Braunschweig
E-Mail: [email protected]
Weitere Informationen:http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/de/fernverkehr/schienenverkehr/bahnautomatisierung/zugbeeinflussung/european-train-control-system/Seiten/european-train-control-system.aspx