Впереди паровоза
Представьте, что у вас есть виртуальный близнец. Он живет свою виртуальную жизнь — такую же, как ваша, но на шаг впереди. Попадая в неприятности, он предупреждает вас, чтобы вы могли предотвратить их в реальности. Жаль, что у нас нет таких близнецов. А у поезда «Ласточка» — есть!
Зима, люди ждут электричку на станции. К перрону подходит «Ласточка», но всех пассажиров просят освободить вагоны и состав уезжает пустым, а вместо него подходит запасной. Заминка, но не более чем на пару минут. Рутина быстро восстанавливается, люди не опаздывают по своим делам и не мерзнут из-за нарушения расписания.
Что это было? На предыдущих перегонах поезд при торможении замедлялся дольше обычного — едва заметно, на доли секунды. Каждая последующая остановка требовала чуть большего тормозного усилия. Эту разницу не почувствовал бы машинист, но автоматика выявила тренд и сделала вывод, что на колесных парах и тормозных колодках, вероятно, образовалась наледь. Диспетчер получил сигнал, что через некоторое количество часов поезд нужно будет увести с маршрута. Он без спешки нашел замену, выбрал станцию, где составы пересадят пассажиров, и прислал бригаду быстрого быстрого реагирования на ближайший запасной путь. Там «беспокойный» поезд осмотрят, подтвердят или опровергнут диагноз автоматики и, если необходимо, проведут обработку колесных пар.
До экстренной ситуации еще бесконечно далеко. Но в каком-то смысле она уже произошла, только не с реальным поездом, а с его цифровым двойником, который всегда едет «на несколько часов впереди».
Зеркало реальности
Смотреть в будущее железнодорожникам помогает «Прескриптивная система диагностики электропоезда ЭС2Г „Ласточка“», разрабатываемая ВНИИЖТ совместно с Лабораторией киберфизических систем Центра системного проектирования Сколтеха. В 2023 году она прошла первичные испытания на реальном поезде, который курсирует по московским маршрутам, в декабре состоялась промежуточная приемка.
Сверхточный цифровой двойник поезда на экране компьютера выглядит обманчиво просто. Вместо навеянных рекламой трехмерных анимаций — плоская блок-схема из простых легко читаемых пиктограмм. Строительные блоки этой схемы — так называемые одномерные функциональные модели. Другими словами, это график изменения какого-то параметра во времени.
Всего с «Ласточки» собирается две с половиной тысячи сигналов из почти сотни систем поезда. Учитываются не только двигатели и тормозные механизмы, но также системы кондиционирования, внешние прислонно-сдвижные двери, системы освещения и многое другое. Если значение какого-то параметра выходит за пределы нормы, машинист и диспетчер получают предупреждающий сигнал.
Интереснее другое: система может выдать предупреждение даже тогда, когда все параметры на первый взгляд находятся в пределах нормальных значений. Программа сравнивает показания в разных условиях, сопоставляет параметры друг с другом, анализирует те самые временные графики. Этим и отличается прескриптивная (то есть предписывающая, предсказательная) модель от обычной, пусть даже очень продвинутой, телеметрии. Обычная диагностика увидит, что двери открылись и закрылись после соответствующих команд, и отрапортует, что проблемы не выявлены. Прескриптивная — заметит, что сегодня вот эта дверь открывалась и закрывалась на полсекунды дольше, чем вчера, и порекомендует перед следующей сменой проверить шарниры и приводы. И так далее для каждого отдельного агрегата, элемента, модуля, детали.