Industrie 4.0 kann vieles sein. Wie genau beispielsweise IoT dazu beiträgt, dass Unternehmen ihre Betriebsabläufe optimieren, hängt immer vom entsprechenden Use Case ab. Die Instandhaltung der Infrastruktur der Deutschen Bahn darf als das perfekte Beispiel gelten.
Die Möglichkeiten, mit Innovation grüner zu werden, sind ein Steckenpferd von Benjamin Groiß, Geschäftsführer der europäischen Dependance von Softeq.
Ben im Gespräch mit Simon Giovanazzi, Geschäftsführer von Infraview, dem IoT-Pionier der Deutschen Bahn und CTO der DB International Operations, der Bahntochter für Betriebs- und Instandhaltungsgeschäft im außereuropäischen Ausland.
Benjamin Groiß: Die meisten assoziieren mit dem Internet of Things eher Smart Home von Alexa bis zum sprechenden Kühlschrank. Was hat Infraview bzw. die Deutsche Bahn mit dem Internet der Dinge zu tun?
Simon Giovanazzi: Viele Aspekte, die die Deutsche Bahn berücksichtigen muss, können mit IoT besser erledigt werden als ohne. Beispielsweise starteten die ersten DB-Projekte zur Weichendiagnose mittels IoT bereits 2011.
Das ist sehr früh. Wie wird IoT bei der DB aktuell angewendet?
Vielfältig. Bei Infraview liegt der Schwerpunkt auf IoT zur Optimierung der Instandhaltung. Für uns ist die IoT-Technologie ein epochaler Meilenstein, weil sie uns erlaubt, zu niedrigeren Kosten höhere Wartungsqualität zu erzielen. Nehmen wir das Beispiel Weichen: Bis Ende des Jahres verfügen wir deutschlandweit über digitale Weichen.
Die „Digitale Weiche“ ist eine umfassend und kontinuierlich überwachte Weiche: Weichenantriebe, Weichenheizung; ein nächster Schritt wird die Überwachung des sogenannten Herzstücks der Weiche sein. Das ist das am kritischsten belastete Bauteil, das ein Zug auf seinem Weg nach links oder rechts befährt.
Die digitale Weiche führt dazu, dass der Weichenschaden an allen betriebsrelevanten Weichen kein Verspätungsgrund mehr sein wird und aufgrund vermiedener Störungen eine höhere Betriebsqualität zu gewährleisten. Bereits heute sind Störungen durch die überwachten Weichenantriebe deutlich reduziert worden.
Der größte Meilenstein sind die „Digitalen Stellwerke“
Was sind weitere Anwendungsbeispiele für IoT bei der DB?
Die Plattform DIANA für Diagnose und Analyse von Assets umfasst heute über die Weichen hinaus zahlreiche Anlagen der Infrastruktur und Fahrzeuge der DB. Das Spektrum reicht von Temperaturüberwachung in Stellwerken bis hin zu KI-basierten Schadbefunden von Fahrzeugen mittels Videobildern.
Der größte Meilenstein der Digitalisierung des Bahnsystems sind jedoch die „Digitalen Stellewerke“, die ohne IoT-Technologie nicht denkbar wären. Die ersten fünf digitalen Stellwerke sind geplant bzw. schon am Start. Annaberg-Buchholz Süd hat den Anfang gemacht, Warnemünde soll folgen.
Künftig werden die Welten zusammenwachsen: Der Datenaustausch zwischen Infrastruktur und Fahrzeugen, aber auch zwischen bisher strikt getrennter Leit- und Sicherungstechnik und unterstützenden bzw. dispositiven Systemen. Unser Ziel ist es, alle diese Daten über unsere DIANA-Plattform verfügbar zu machen, auf deren Grundlage wir perspektivisch erforderliche Wartungsarbeiten dynamisch bestimmen und damit feste Intervalle hinter uns lassen.
Das stelle ich mir schon für Deutschland sehr kompliziert vor. Wie sieht es denn mit Europa aus?
Europa ist natürlich ein Thema für sich, sehr komplex und umfassend. Aber das Grundproblem ist: In Europa Zug zu fahren bedeutet praktisch: Zahlreiche Signalsysteme, Stromsysteme und sogar verschiedene Spurweiten zu haben. Heute kann über entsprechend ausgerüstete Loks ein durchgehender Verkehr stattfinden.
Das ist aber nach wie vor aufwändig. Die Digitalisierung und insbesondere die IoT helfen aber sehr bei der Harmonisierung, die nicht nur aufgrund der langen Investitionszyklen im Bahnsektor langwierig ist. Alle großen Bahnen in Europa haben nicht nur das Potenzial erkannt, sondern bereits IoT-Anwendungen im Einsatz.
Was ist denn eure Motivation, auf IoT zu setzen? Effizienzsteigerung ist klar. Aber für wen und warum? IoT um der IoT Willen?
Ich finde – IoT um der IoT bzw. der Digitalisierung Willen – ist genau der Fehler, der oft gemacht wird. Wichtig ist der Fokus auf den Use Case. Wenn dieser keinen Sinn ergibt, was früher oder später festgestellt werden kann, ist es legitim, dass (Test-)Projekte eingestampft werden, weil sich herausstellt, dass IoT in diesem Fall nicht die Lösung ist.
Der Kunde steht im Zentrum alles Überlegungen
Und wie entscheidet ihr, ob es sinnvoll ist?
Neben der Sicherheit unserer Mitarbeiter steht im Zentrum unserer Überlegungen immer der Kunde – wie können wir das Angebot für den Bahnkunden verbessern? Ein möglichst reibungsloser Ablauf im Betrieb ist mein Fokus bei Infraview und unser holistischer Ansatz umfasst alle verschiedenen Schritte im Betriebsablauf.
Wir verarbeiten derzeit rund eine Million Daten täglich und können damit beispielsweise Weichenstörungen um die Hälfte reduzieren. Unser Ziel ist natürlich, noch besser zu werden und perspektivisch alle Assets kontinuierlich zu überwachen – dort wo dies zur Verbesserung von Qualität und Effizient beiträgt.
Du hast mir eine interessante Grafik gezeigt, in der ihr den Evolution Path von Maintenance aufzeigt. Kannst du das ein wenig für uns erläutern?
Gerne. Ich nehme als Beispiel mal ein Rad. Bei Reactive Maintenance tausche ich das aus, wenn es kaputt ist. Das führt zu nicht planbaren Ausfällen und langen Ausfallzeiten.
Bleibt der Zug wegen eines Radschadens auf der Strecke liegen, hat dies Verzögerungen im Betriebsablauf sowie erhöhte Kosten und Zeitaufwand für den Abtransport zur Werkstatt zur Folge. Zusätzlich bedeutet ein kaputtes Rad natürlich eine Gefahr für Mitarbeiter und Kunden. Das verhindert man durch vorbeugende Wartung?
Vorbeugende Wartung, Preventive Maintenance bedeutet, ich tausche das Rad aus, wenn wir Grenzwerte erreichen. Fiktiv gesprochen: jedes Rad nach 100.000 Kilometern. Das ist natürlich sehr sicher, weil die Wahrscheinlichkeit, dass etwas vorher kaputt geht, gering ist. Aber auch sehr teuer und aufwändig.
Bei der Grenzwertsetzung orientiert man sich dabei am Worst Case, bzw. legt die schlechtesten Bedingungen zugrunde. Verstehe ich das richtig?
Ja genau. Condition-based Maintenance, also zustandsbasierte Wartung, ermöglicht dagegen, dass wir flexibler warten können: Die Informationen, die uns beispielsweise Sensoren auch während der Fahrt über den Zustand des Rades geben, zeigen: OK, dieses Rad ist nach 110.000 Kilometern noch völlig in Ordnung, ich muss es nicht tauschen.
Vermeidung von Ausfällen und Disposition
Das ist der Status quo von DIANA, richtig?
Exakt. Zustandsbasierte Wartung ist ein großer Schritt für uns, weil es die Kosten senkt und die Verfügbarkeit der Infrastruktur und Geräte signifikant erhöht. Eine kuriose Folge davon ist allerdings, dass wir manchmal auch zu viel wissen.
Wie meinst du das?
Stell dir vor, ein Zug fährt von Basel nach Rotterdam. In Mainz zeigen die Daten, dass wir einen bestimmten Grenzwert nach altem analogem Regelwerk überschreiten. Müssen wir den Zug dann in Mainz aus dem Verkehr ziehen und massive Verspätungen und Folgekosten riskieren?
Obwohl wir wissen, dass der Zug nach allen vorliegenden Daten sicher in Rotterdam ankommen wird? Die Diskussion über diese Themen muss geführt werden, ansonsten kann IoT kontraproduktiv sein. Wir überarbeiten jetzt die Regelwerke, denn die Grenzwerte basieren auf den Inspektions- und Wartungssystemen der analogen Welt. Das ist ein komplexer Prozess, denn die Sicherheit muss weiterhin gewährleistet sein und dies nachgewiesen werden.
Wartet man mit Condition-based Maintenance nun mehr oder weniger?
Der Fokus liegt aktuell auf der Vermeidung von Ausfällen und einer besseren Disposition. Besonders die außerplanmäßigen Wartungen gehen zurück, weil die Messdaten eine bessere Grundlage für Entscheidungen liefern und die Qualität regulärer Instandhaltung erhöht werden kann. Dadurch kommt es zu weniger Ausfällen.
Zustandsbasierte Wartung spielt auch bei Predictive Maintenance eine große Rolle. Wir haben Kunden, die mit Drohnen oder Out-of-the-box-Tools bessere Wartungsprognosen geben wollen. Das läuft bei uns auch unter “Predictive Maintenance”. Wie verwendet ihr diesen Begriff?
Identisch. Predictive Maintenance ist natürlich auch unsere große Vision, sozusagen der Heilige Gral. In dieser sind alle Assets, die wir haben miteinander so vernetzt, dass wir aufgrund der Daten nicht nur prognostizieren, sondern auch priorisieren können.
Eine defekte Glühbirne ist natürlich weniger wichtig als das Rad an einem ICE. Es gibt aber auch Unterschiede auf den Strecken selbst, die wir berücksichtigen müssen – auf einer hochbelasteten Strecke führen selbst kleinere Störungen rasch zu bundesweiten Verspätungen.
Weichenheizungen optimieren und Energie einsparen
Wirklich spannend. Auch, weil sich hier ganz nebenbei auch Einsparungen bei Energie und Material ergeben.
Ja, das ist richtig. Stichwort “Energie”: Unser nächstes Projekt soll die Weichenheizungen optimieren, denn da verschwenden wir derzeit noch viel Energie. Dies ganz bewusst, denn es dient der Prävention gegen festgefrorene Weichen. Wenn wir lokal besser messen, können wir präziser auf die lokalen Gegebenheiten reagieren.
Und auch die Fahrassistenzsysteme haben viel dazu beigetragen, dass wir energieschonender und materialschonender fahren. Ich hatte mein Studium mit Lok fahren finanziert und damit einige Jahre Gelegenheit, das System zu testen. Es sind 20 Prozent bis 30 Prozent, die ich bei einem Güterzug unter günstigen Umständen sparen kann, wenn ich energiesparend fahre.
Wie können Fahrassistenzsysteme und IoT den Lokführern ganz konkret helfen, energiesparender zu fahren?
Beispielsweise liefern Daten unseres digitalen Fahrassistenzsystems Informationen über die Streckenbeschaffenheit, Wetterbedingungen oder die Streckenauslastung, insbesondere bei Zügen mit Laufwegen im Konflikt. So kann die Fahrweise an diese Bedingungen angepasst werden und der Zug möglichst energieschonend fahren.
Müssen beispielsweise zwei Züge auf denselben Streckenabschnitt, muss der zweite Zug anhalten, warten und wieder anfahren. Das Anhalten kann bereits heute häufig vermieden werden, indem der zweite Zug angewiesen wird langsamer zu fahren – um sich dann ohne Halt hinter dem ersten Zug einzureihen. Das ist sehr komplex, beispielsweise darf der langsamer fahrende Zug durch diese Fahrweise keinen weiteren Zug unbeabsichtigt behindern.
Die Potenziale einer automatisierten, optimierten Disposition sind riesig, immerhin zählt die Energieeinsparung durch Fahrassistenzsysteme bereits heute zu den wirtschaftlich und ökologisch wirksamsten Optimierungsmaßnahmen. Mit der richtigen Fahrweise, die zur Verfügbarkeit der Infrastruktur passt und mit der Rückspeisemöglichkeit moderner Drehstromlokomotiven, kann man bei einem Güterzug bis zu 30 Prozent der verbrauchten Energie wieder in das Netz zurückspeisen.
Stromverbrauch: Jährlich so viel wie etwa Hamburg
Lass uns zum Schluss noch mal einen Blick aufs große Ganze werfen. Denn Bahnfahren gehört in allen Szenarien der Klimaforscher hierzulande zum entscheidenden Verkehrsmittel für eine nachhaltige Mobilität.
Insgesamt ist Bahnfahren im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln sehr klimaschonend. Dennoch: obwohl unser Verbrauch im Verhältnis zum Aufwand gering ist, sind wir allein aufgrund unserer Größe der größte Nettoverbraucher in Deutschland.
Jährlich verbrauchen wir so viel Strom wie etwa Hamburg. Deshalb ist Nachhaltigkeit aber auch ganz weit oben auf unserer Agenda. Und bislang liegen wir über Plan. Bereits heute fahren wir im Fernverkehr mit 100% Ökostrom.
Wie wichtig ist IoT bei der Umsetzung der Ziele?
IoT wird dabei eine zunehmend größere Rolle spielen. Die Energieeinsparmöglichkeiten durch Fahrassistenzsysteme hatte ich ja schon angesprochen. Mit Condition-based bzw. Predictive Maintenance können wir viel Instandhaltungsaufwand und Material sparen.
Das spart Energie und Rohstoffe und ist damit gut für Umwelt. Auch bei der optimalen Netzauslastung kann uns IoT weiterhelfen. Insgesamt denke ich, dass wir in den nächsten Jahren viele Optimierungen werden umsetzen können, die erst durch die Verfügbarkeit der Daten mittels IoT überhaupt ermöglicht werden.
Der “Dinosaurier” Deutsche Bahn stellt sich als Vorreiter im Bereich IoT heraus und zeigt, wie mit zukunftsweisender Technologie nachhaltiges Wirtschaften geht. Eine wichtige Anstrengung, die Hoffnung gibt, im Kampf gegen den Klimawandel. Würden die anderen Top 10 Unternehmen in Deutschland diesem Beispiel folgen, wären wir hier schon ein großes Stück weiter.
Danke, Simon! Das war wirklich sehr spannend mit dir!
