La diagnostica mobile e le misure per la certificazione TE Webinar CIFI - 31 Gennaio 2022
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La diagnostica mobile e le misure per la certificazione TE Webinar CIFI 31 Gennaio 2022 Informazione ad uso interno - Internal use information
La SO «Servizi per i Rotabili e la Diagnostica» Direzione operativa infrastrutture Assicura l’omologazione e messa in servizio dei sistemi di diagnostica mobile Servizi per i rotabili e per la PRINCIPALI ATTIVITA’ diagnostica •Assicura la messa in servizio dei veicoli ferroviari di RFI Ingegneria Garantisce l'elaborazione delle specifiche tecniche e delle prescrizioni operative per il corretto utilizzo dei veicoli ferroviari in uso a RFI Manutenzione Predispone i piani di rinnovo, implementazione ed adeguamento dei veicoli ferroviari, dei sistemi di diagnostica Esercizio mobile e relativi sistemi di gestione 2 Informazione ad uso interno - Internal use information
3 La Rete Ferroviaria Italiana 16.782 km LINEE FERROVIARIE IN ESERCIZIO linee elettrificate linee non elettrificate (Diesel) 4.717 km 12.065 km 1.467 km LINEE ALTA VELOCITA’ 25 KV CA
Il ruolo della diagnostica nel processo manutentivo Conoscere lo stato degli asset I servizi di “Diagnostica” rappresentano l’insieme delle attività volte a determinare lo «stato di salute» dell’infrastruttura ferroviaria OBIETTIVI Assicurare le informazioni Garantire la Ottimizzare gli Prevenire i per la sicurezza interventi guasti manutenzione dell’esercizio manutentivi «on condition» 4 Informazione ad uso interno - Internal use information
Come avviene la diagnostica dell’infrastruttura… Rete Ferroviaria Italiana controlla sistematicamente i parametri manutentivi dell’infrastruttura mediante una flotta di laboratori viaggianti, i cosiddetti “treni diagnostici”. Questi sistemi di diagnostica mobile impiegano le più moderne tecnologie e sono specializzati per misurare i parametri relativi ai 4 sottosistemi infrastrutturali SEGNALAMENTO ENERGIA ARMAMENTO TELECOMUNICAZIONI 5 Informazione ad uso interno - Internal use information
La diagnostica dell’infrastruttura TE La linea di contatto ed enti del settore TE Interazione pantografo-catenaria 6 Informazione ad uso interno - Internal use information
Procedura Operativa – DPR P SE 97 1 0 • Elencare e definire le grandezze rilevate • Definire i valori di riferimento ai fini manutentivi delle grandezze rilevate • Descrivere i criteri seguiti per l’elaborazione dei dati • Introdurre dei parametri sintetici dello stato manutentivo dell’infrastruttura (IQLC) • Descrivere la metodologia seguita per l’erogazione del servizio di diagnostica mobile • Regolamentare la manutenzione correttiva e la manutenzione “on condition” • Integrare il flusso dati prodotti dalla diagnostica nel SIM InRete 2000. 7 Informazione ad uso interno - Internal use information
I parametri misurati - Geometria e usura della linea di contatto ALTEZZA LINEA DI CONTATTO – Distanza tra i fili di contatto e il piano del ferro POLIGONAZIONE – Distanza trasversale del filo di contatto rispetto all’asse del binario SPESSORE RESIDUO FILO DI CONTATTO – Parte residua del diametro del filo perpendicolare alla parte usurata PENDENZA LINEA DI CONTATTO – Variazione altimetrica della catenaria, su base 5 m o 60 m 8 Informazione ad uso interno - Internal use information
Usura della linea di contatto Spessore residuo del filo di contatto (B) Calcoli matematici 9 Informazione ad uso interno - Internal use information
Compensazione dei parametri geometrici Il cambiamento del sistema di coordinate è possibile grazie ad un sistema di Filo di contatto Asse di riferimento compensazione cassa-binario che misura i verticale movimenti relativi tra il corpo del veicolo e il binario Valore relativo: valore della grandezza Superficie di riferito all’imperiale del veicolo rotolamento Valore assoluto: valore della grandezza riferito all’asse centrale del binario 10 Informazione ad uso interno - Internal use information
Tecnologie di misura parametri geometrici TE I sistemi di misura senza contatto utilizzano tipicamente Principio di triangolazione laser un fascio laser e telecamere lineari per misurare i parametri geometrici, sfruttando i princìpi della visione stereoscopica e della triangolazione ottica 11 Informazione ad uso interno - Internal use information
Prove metrologiche sistema diagnostico In assenza di specifica normativa per la caratterizzazione metrologica dei sistemi di misura della catenaria prendiamo a riferimento la norma EN 13848 seppur riferita alle misure della geometria del binario Progettazione Esecuzione Analisi dei Report Scenari Corse Prova dati metrologico ANALISI DI: A seguito di report • RIPETIBILITA’ positivo: • RIPRODUCIBILITA’ • ACCURATEZZA Analisi di rilevanza Ottenimento della MIS 12 Informazione ad uso interno - Internal use information
Il processo diagnostico Soglie variabili in Le sue fasi funzione del progetto della LdC Acquisizione dei Identificazione Deviazione dalla parametri Verifica Validazione dell’intervento soglia caratteristici manutentivo PARAMETRO DI RILIEVO MISURA DIFETTO PROVVEDIMENTO RIFERIMENTO RILEVANTE INTERVENTO ATTENZIONE OTTIMALE 13 Informazione ad uso interno - Internal use information
Grafico di un rilievo TE Difetto rilevante di usura Difetto rilevante di poligonazione 14 Informazione ad uso interno - Internal use information
Istruzione tecnica - DTC IT SE 01 1 0 - Definisce le attività da eseguire per armamento e linea di contatto prima dell’attivazione di nuove linee o tratti di linea. E’ valida sia per linee convenzionali che per l’alta velocità - Attività finalizzate alla certificazione dei sottosistemi Infrastruttura ed Energia - Richiama gli atti normativi vigenti e le specifiche tecniche di interoperabilità 15 Informazione ad uso interno - Internal use information
Certificazione sottosistema energia – Attivazione linee Per l’attivazione di linee e tratti di linea con velocità maggiori di 160 km/h è necessario, oltre alle misure di geometria della linea di contatto, eseguire le prove di qualità di captazione alla Vmax della linea. METODO DELLE FORZE METODO DEGLI ARCHI Pantografi strumentati con celle di carico e Fototubo per la misura accelerometri degli archi Calcolo della forza Calcolo della media di contatto Fm percentuale di e deviazione innesco di un standard σ arco NQ[%] I limiti di accettabilità delle misure sono definiti nella STI Energia 16 Informazione ad uso interno - Internal use information
Metodo degli archi Per velocità maggiori di 160 km/h la qualità di captazione deve essere valutata per ciascun binario e per ciascun senso di marcia. Calcolo della percentuale d’arco: • σ è la somma delle durate degli n archi maggiori di 5 ms generati durante la prova (tutte le coppie di archi ravvicinati che hanno un “tempo di buio” minore o uguale ad 1 ms vengono uniti come un unico arco) Appositi sensori, sensibili alla luce • è il tempo totale da conteggiare al contemporaneo verificarsi di 2 ultravioletta emessa durante l’arco condizioni: elettrico. 1. velocità del treno uguale alla velocità di prova ± 3 km/h; 2. corrente assorbita dal pantografo maggiore o uguale al 30% della corrente nominale. 17 Informazione ad uso interno - Internal use information
Velocizzazione linea Adriatica Per la velocizzazione di un tratto della linea Adriatica a 200 km/h sono state eseguite le prove di qualità di captazione alla Vmax della linea, calcolando la percentuale d’arco. Secondo la norma CEI EN 50317, tutti gli archi di durata minore di 5 ms non vengono considerati nel calcolo di NQ, mentre tutte le coppie di archi ravvicinati che hanno un “tempo di buio” minore o uguale ad 0,1 ms vengono uniti come un unico arco. 18 Informazione ad uso interno - Internal use information
Metodo delle forze Sistemi in grado di monitorare l’interazione pantografo-LdC attraverso l’uso di accelerometri e celle di carico(EN 50317) Calcolo della forza media di contatto, ovvero il valore statistico medio della forza di contatto. E’ costituita dalle componenti statiche, dinamiche ed aerodinamiche della forza di contatto del pantografo. I limiti di accettabilità di Fm per ogni sistema di alimentazione sono definiti nella norma EN 50367:2012 in funzione della velocità 19 Informazione ad uso interno - Internal use information
Metodo delle forze 20 Informazione ad uso interno - Internal use information
Nuove tecnologie: misura della fune e della catenaria rigida 21 Informazione ad uso interno - Internal use information
Nuove tecnologie: Sistemi di Video Ispezione • Acquisizione di immagini ad alta qualità e alta risoluzione localizzate con precisione nell’infrastruttura ferroviaria • Algoritmi di identificazione degli oggetti per consentire all’operatore una più veloce localizzazione degli oggetti di interesse • Algoritmi per l’identificazione automatica di alcuni difetti sugli oggetti identificati Pendini rotti Isolatori danneggiati Inclinazione eccessiva mensole 22 Informazione ad uso interno - Internal use information
Flotta attuale per la diagnostica TE Falco 1 OHL geometry and wear systems Sistemi Ridondati Falco 2 23 Informazione ad uso interno - Internal use information
Flotta attuale per la diagnostica TE Sirter Geometry and wear contact line measurement system 24 Informazione ad uso interno - Internal use information
Flotta attuale per la diagnostica TE Aldebaran 2.0 Geometry and wear contact line measurement system 25 Informazione ad uso interno - Internal use information
Flotta attuale per la diagnostica TE OHL geometry and Sistemi Ridondati Aiace ibrido Video inspection wear system 26 Informazione ad uso interno - Internal use information
Progetto di rinnovo della flotta diagnostica Assetto attuale Assetto futuro 2021 2022 SPECIFICHE DI RIFERIMENTO SISTEMI Riassetto flotta in esercizio DIAGNOSTICA TE Aumento flotta • Geometria della linea di contatto diagnostica Progettazione nuova flotta SAGU_RFI DPR-SRD.ING SR AD 03 I 01 A Assegnazione veicoli • Qualità della captazione diagnostica SAQC_RFI DPR- SRD.ING SR AD 03 I 02 A territoriali 27 Informazione ad uso interno - Internal use information
RINNOVO FLOTTA Treni «Diamante 2.0 e Aiace 2.0» Treno diagnostico e di certificazione in grado di misurare lo stato dell’infrastruttura alla velocità di 300 km\h (+10% per le attività di certificazione) SISTEMI DI MISURA TE Caratteristiche principali Geometria e usura della linea di Potenza = 8.800 kW contatto Peso = 460 T Trazione = 3 kV cc e 25 kV- 50 Hz Interazione pantografo catenaria Velocità = 300 km/h Sistemi di visione 28 Informazione ad uso interno - Internal use information
RINNOVO FLOTTA Fornitura di N° 5 treni bi-modali a trazione diesel-elettrica-Treni di tipo 1 SISTEMI DI MISURA TE Geometria e usura della linea di contatto Interazione pantografo catenaria Sistemi di visione 29 Informazione ad uso interno - Internal use information
RINNOVO FLOTTA Fornitura di N° 15 autocarrelli bi-modali a trazione diesel-elettrica-Treni di tipo 4 • Massa assiale massima: 18 t/asse SISTEMI DI MISURA TE Geometria e usura della linea di • Velocità massima: 140 km/h contatto • Numero assi : 4 (almeno 2 motorizzati) • Trazione: Bimodale (alimentazione elettrica dalla Interazione pantografo catenaria catenaria a 3 kVcc + motore termico) Sistemi di visione 30 Informazione ad uso interno - Internal use information
Domande finali Quesito: i sistemi diagnostici TE sono in grado di verificare la complanarità dei fili che costituiscono lo scambio aereo? Risposta: ad oggi i veicoli diagnostici non sono in grado di verificare i parametri della LdC sul ramo deviato degli scambi. I sistemi diagnostici previsti nell’ambito del progetto di rinnovo flotta saranno in grado di verificare tutti i parametri caratteristici degli scambi aerei sul corretto tracciato e sui rami deviati. 31 Informazione ad uso interno - Internal use information
Domande finali Quesito: è stata valutata la possibilità di attrezzare i veicoli commerciali per svolgere il servizio diagnostico? Risposta: RFI ha sperimentato, per il settore armamento, l’uso della flotta commerciale per svolgere il servizio diagnostico. La sperimentazione del progetto denominato «Diagnostica Impresenziata» ha avuto esito negativo per criticità sulla validazione automatica dei dati acquisiti e sul livello di sicurezza. Inoltre, la sperimentazione ha permesso anche di individuare ulteriori criticità di sistema, in particolare la necessità di attrezzare un numero elevatissimo di veicoli commerciali al fine di avere la garanzia di copertura dell’intera rete ferroviaria con le frequenze prestabilite, il che rende questa modalità economicamente non sostenibile. 32 Informazione ad uso interno - Internal use information
Domande finali Quesito: come vene affrontato il continuo incremento dei dati? Risposta: per garantire un eccellente servizio diagnostico occorre assicurare un ridotto numero di falsi positivi e di falsi negativi. I dati, opportunamente correlati tra loro, consentono di raggiungere elevati livelli prestazionali. Affinché il processo diagnostico sia anche sostenibile saranno introdotti algoritmi di intelligenza artificiale per l’analisi delle enormi quantità di dati raccolti. Di seguito le slide del piano di rinnovo della flotta diagnostica. Informazione ad uso interno - Internal use information
The Italian National Railway Network RAILWAY LINES (RFI MONITORING CLASS) 16,700 km 1st class Lines 1,600 km 2nd class Lines 3,600 km 3rd class Lines 3,000 km 4th class Lines 8,500 km CIVIL WORKS AND TRACKS N° of bridges ≈ 26,000 per 800Km N° of tunnels ≈ 2,100 per 1600Km Tracks length ≈ 24,300 Km N° of Switches ≈ 30,000 RAILWAY FACILITIES Passenger stations 2,201 Ferry stations 3 Freight stations 200 INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR TRAFFIC MANAGEMENT Remote (control) traffic management systems 12,786 Km (SCC/CTC+DPC) 12,210 Km (of which 175 km double equipped SCMT – Control of the train speed SCMT-SSC) 3,892 Km (of which 175 km double equipped SSC – Driving support SCMT-SSC) ERTMS – Ensure interoperability on high speed 709 Km lines GSM-R Mobile telecommunication 11,445 34 Informazione ad uso interno - Internal use information
The «as is» diagnostic fleet Aiace ibrido 29 1thClass lines (2 Weeks) 1 TRACK – OCS – SIG - TLC Archimede 2th Class lines (2 Months) 1 Aldebaran 2.0 Sirter 3rd/4th Class lines (4/6 Months) 1 1 Falco1 / Falco2 EM 80/100 PV7 Nodes, yards and junctions (4/6 Months) 2 2 15 UT – MUIF - SIG SR-240 / SR-242 / SRS200 MUIF DIC-80 US Entire Network (6/12/24 Months) 1 3 2 01/02/2022 35 Informazione ad uso interno - Internal use information
The «to be» diagnostic fleet 1thClass lines Type 3 40 (2 Weeks) 2 TRACK – OCS – SIG - TLC 2th Class lines Type 1 Aldebaran 2.0 (2 Months) 3rd/4th Class lines 5 1 (4/6 Months) 5 Type 4 Sirter Falco1 / Falco2 K12 Nodes, yards and junctions (4/6 Months) 15 1 2 3 UT – MUIF - SIG DIC-80 US Type2 MUIF Caronte 2.0 Entire Network (6/12/24 Months) 1 1 7 2 36 Informazione ad uso interno - Internal use information
The diagnostic fleet enhancement project Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 DIC-80 US Falco Sirter Aldebaran 2.0 K12 (n. 5) (n. 7) (n. 2) (n. 15) (n. 1) (n. 2) (n. 1) (n. 1) (n. 3) Track Geometry Telecommunications Overhead line Pantograph video inspection Signalling Minimum Clearance Gauge Signalling Video Inspection Track Video Inspection Eletric arcs, voltage, Current, Overhead Line Dynamics Wheel/Rail interaction Running Dynamics Switch Parameters Ultrasonics & Eddy current Nodes, Nodes, Yards and Conventional High Speed Nodes, yards Conventional All lines yards and All lines yards and conventional lines lines and junctions lines 37 junctions Informazione ad uso interno - Internal use information junctions lines
AI applied to diagnostic data analysis and validation Designing principles and features (1/2) Human-machine system as a whole is considered 01 for the safety case Role of the experts will remain crucial As-is Function To-be Function Resilience as regards errors, faults or inconsistencies Fault Tree Analysis (FTA) to 02 Robustness achieved through technical redundancy, evaluate systems quantitative and qualitative requirements diversity and fail-safe operation (SIL) Formato data GG/MM/AAAA Titolo presentazione I Nome relatore 38 Informazione ad uso interno - Internal use information
AI applied to diagnostic data analysis and validation Designing principles and features (2/2) Resilience as regards errors, faults or 03 inconsistencies Robustness achieved through technical redundancy, diversity solutions and fail-safe «Nominal» «Downgrade» operation Safe data transmission 04 Feedback message, time stamp, cryptographic techniques, Safety code Time out functioning example Formato data GG/MM/AAAA Titolo presentazione I Nome relatore 39 Informazione ad uso interno - Internal use information
Grazie Giorgio Bonafè RFI S.p.A. Marco Palmiotto RFI S.p.A. ma.palmiotto@rfi.it Informazione ad uso interno - Internal use information
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