PROJEKTS «MAŠĪNBŪVES KOMPETENCES CENTRS» (ID.NR. 5.1.1.2.I.0/1/22/A/CFLA/006)

1/1/2024

Projektu līdzfinansē Atveseļošanas fonds Darbības programmas “Latvijas Atveseļošanas un noturības mehānisma plāna 5.1.r. reformu un investīciju virziena “Produktivitātes paaugstināšana caur investīciju apjoma palielināšanu P&A” 5.1.1.r. reformas “Inovāciju pārvaldība un privāto P&A investīciju motivācija” 5.1.1.2.i. investīcijas “Atbalsta instruments inovāciju klasteru attīstībai” īstenošanas noteikumi kompetences centru ietvaros” ietvaros.

Pētniecības projekts Nr.4.9. “Viedā sensoru diagnosticējošā sistēma ūdeņraža lokomotīvju izmešu samazināšanai, izturības un drošības palielināšanai”

Pētniecības projekta mērķis ir izpētīt un izstrādāt tādu viedo sensoru diagnosticējošos sistēmu, kas, brīdī kad uzstādīta uz ūdeņraža lokomotīves, nodrošinās ievērojamu lokālo emisiju samazinājumu, paaugstinās dzinēja un citu lokomotīves iekārtu izturību un uzticamību caur prognozētās tehniskās apkopes tehnoloģiju, kā arī paaugstinās ūdeņraža lokomotīves drošības un kopējos performances rādītājus. Lai sasniegtu projekta mērķi, projekta vadošais partneris SIA DIGAS īstenos divas rūpnieciskā pētījuma aktivitātes, kā rezultātā tiks izpētīti ar ūdeņradi darbināmu lokomotīvju ekspluatācijas, tehniskie un tehniskās apkopes parametri un definēta viedo sensoru diagnosticējošos sistēmas arhitektūra un industriāli tehniskais dizains. Kopā ar ražošanas partneri SIA ELBORS, SIA DIGAS veiks trīs eksperimentālās izstrādes aktivitātes, kuru rezultātā tiks izstrādāts pilna mēroga viedo sensoru diagnosticējošos sistēmas prototips, kas tiks uzstādīts uz ūdeņraža lokomotīves, ļaujot to notestēt un demonstrēt reālā dzelzceļa vidē. Visu piecu aktivitāšu rezultātā viedā sensoru diagnosticējošā sistēma tiks attīstīts no TLR 4 uz TRL7 plaši demonstrējot to uz pirmās lokomotīves Eiropas Savienībā, kas tika pārbūvēta uz ūdeņradi.  

Galvenās aktivitātes:

1. Ar ūdeņradi darbināmu lokomotīvju ekspluatācijas, tehnisko un tehniskās apkopes parametru rūpnieciskā izpēte un analīze, lai iegūtu jaunas, specifiskas zināšanas viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas ar digitālās dzelzceļa ritošā sastāva pārvaldības un prognozējošās tehniskās apkopes tehnoloģijas jomā.
2. Ūdeņraža lokomotīves viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas arhitektūras un tehniskās konstrukcijas rūpnieciskais pētījums, analīze un secinājumu apkopošana.
3. Ūdeņraža lokomotīvju viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas eksperimentālā izstrāde ar detalizētā industriālā dizaina metodēm izmantojot sistēmas un tās funkcionālo komponentu mehānisko un elektronisko inženierijas paņēmienus.
4. Ūdeņraža lokomotīvju viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas eksperimentālā izstrāde.
5. Prototipa uzstādīšana un pilna mēroga testēšana un demonstrēšana uz lokomotīves reālā dzelzceļa vidē.

Plānotais rezultāts:

1. Tehniskā atskaite, kas sevī ietver  ūdeņraža lokomotīvju sistēmu un apakšsistēmu tehnisko parametru izpētes rezultātus un to vērtības, no lokomotīves izmērīto datu apraksts un parametri, kas jāģenerē viedo sensoru diagnosticējošajai sistēmai, lai izpildītu savu projektā definēto funkcionalitāti.
2. Tehniskā atskaite, kas sevī ietver  aprakstu par viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas kopuma arhitektūru un pamatkonstrukciju, ieskaitot sistēmas funkcionālos komponentus, datu saskarnes, aparatūru un apstrādes prasības, pamatojoties uz rūpnieciskā pētījuma rezultātiem.
3. Tehniskās dokumentācija “Tehniskais fails”, kas sevī ietver sistēmas komponentu un detaļu rasējumus, izkārtojumus, elektriskās shēmas, BOM – Bill of Materials, kas nepieciešami prototipa ražošanai.
4. Ūdeņraža lokomotīvju viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas pilna mēroga sistēmas prototips, kas ir notestēts un demonstrēts reālā dzīvē, darbojoties dzelzceļa vidē. Klāt pievienota tehniskā dokumentācija ar pilnu tehnisko dokumentu komplektu, ieskaitot tehnisko projektu, rasējumus, izkārtojumus, elektriskās shēmas, BOM, matemātiskās modelēšanas rezultātus, atbilstības testēšanas rezultātus, uzstādīšanas ziņojumus, aktus par nodošanu ekspluatācijā un pilna mēroga sistēmas testēšanas veiktspējas pārskatu.

Pētniecības projektu īsteno SIA “DIGAS”, SIA “ELBORS”

Laika posmā no 01.01.2024. līdz 31.03.2024. tika veikti šādi darbi:

Ūdeņraža lokomotīvju sistēmu un apakšsistēmu projektēšanas un ekspluatācijas principu izpēte un definēšana attālinātā monitoringa, datu uzskaites un datu apstrādes apakšsistēmu attīstības ietvaros: Prime mover (dzinējs), tā degviela, gaisa padeve, dzesēšanas šķidrums, eļļas sistēmas , galvenais un palīgģenerators, ierosme, Palīgsistēmas tika analizētas un aprakstītas. Tika noteiktas un uzskaitītas attiecīgās datu vērtības, kas izmantojamas sistēmas izstrādē.

Detalizētas ūdeņraža dzinēja sadegšanas indikatora diagrammas analīze, izmantojot nozarei specifiskas pētniecības metodes, lai noteiktu motora kustīgo daļu veiktspēju un prasības/nosacījumus prognozējošās tehniskās apkopes apakšsistēmai: Tika veikts rūpnieciskais pētījums, degšanas cikla rūpnieciskā analīze. Maksimālais pieļaujamais degšanas spiediens, vidējais efektīvais spiediens, kopējā cikla siltuma izdalīšanās, ieplūdes un izplūdes vārstu laiks, iesmidzināšanas un aizdedzes sākums, beigas un ilgums, Cilindra saspiešana tika definēta kā kodoldegšanas procesa parametri.

Nozarei raksturīgo ekspluatācijas parametru un nozares standarta prakses analīze ritošā sastāva digitālās pārvaldības apakšsistēmai. Braukšanas režīmi, slodzes cikli, degvielas izmaksu dati u.c. tika definēti kā pamats izstrādes stadijā esošās attālās diagnostikas sistēmas darbības apakšsistēmai un analizēti, pamatojoties uz operatora (Irish Rail) reālās dzīves datiem.

Tika izstrādāts matemātiskais modelis lokomotīvju darbības izpētei.Izstrādātais modelis tika izpildīts matemātiskās simulācijas rīkos un ļāva veikt lokomotīvju veiktspējas analīzi, izmantojot iegūtos reālās dzīves lokomotīves “izejas” datus. Visaptverošā analīze un modelēšana nodrošināja statistisko pamatu ūdeņraža lokomotīvju tālvadības dzinēju diagnostikas sistēmas izstrādei, ļaujot precīzi novērtēt darbības efektivitāti, tehnisko stāvokli un ietekmi uz vidi, un izveidoja pamatu turpmākai sistēmas funkcionālai attīstībai.

Laika posmā no 01.04.2024. līdz 31.06.2024. tika veikti šādi darbi:

Otrā projekta uzdevuma ietvaros – ” Ūdeņraža lokomotīves viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas arhitektūras un tehniskās konstrukcijas rūpnieciskais pētījums, analīze un secinājumu apkopošana.”, DIGAS veica plašus rūpnieciskos pētījumus par viedo sensoru diagnostikas sistēmas arhitektūru un projektēšanas principiem un sasniedza darbības primāro mērķi, apkopojot sistēmas gala arhitektūru sistēmas mehāniskās darbības jomā,  elektroniskā un programmatūras projektēšana sistēmas un apakšsistēmas līmenī.

Detalizēts dzelzceļa standartu un tehnisko prasību pamata pētījums tika veikts 1.uzdevumā – Tehniskās specifikācijas izpēte, pamatojoties uz piemērojamiem dzelzceļa standartiem mehāniskās aparatūras, elektroniskās aparatūras un sistēmas programmatūras darbības jomā. Piemērojamās prasības tika apkopotas šajā ziņojumā. Sistēmai un tās sastāvdaļām ir noteiktas un izstrādātas tehniskās specifikācijas: Lokomotīvju un dzinēju datu ieguves apakšsistēma, GPS un GSM datu pārraides iekārtas – modems, HMI (cilvēka un mašīnas saskarne), programmatūra un elektrosistēmas komponenti.

2. uzdevuma īstenošanas rezultātā tika definētas un rūpīgi atlasītas projektēšanas metodes un rīki – Industriāli tehniskā dizaina projektēšana metožu un rīku definēšanā sistēmas un tās komponentu izstrādei, validācijai un testēšanai. Tie ietver: strukturālu un funkcionālu pieeju projektēšanai, kas ietver CAD / CAE aparatūras komponentus, PCB izstrādes rīkus, programmatūras izstrādes rīkus, piemēram, nepārtrauktas integrācijas / nepārtrauktas izvietošanas (CI / CD) rīkus, statiskā koda analīzes rīkus, integrētu izstrādes vidi (IDE).

Detalizētā viedās diagnostikas sistēmas arhitektūra tika izpētīta un aprakstīta 3. uzdevuma izpildes rezultātā – Viedo sensoru diagnosticējošās sistēmas arhitektūras definīcija sistēmas un apakšsistēmu līmeņos. Konkrētāk, tika novērtēti sistēmas pamatmoduļi un to apakšsistēmas:

• Funkcionālais un interfeisa izkārtojums

• Lokomotīvju un dzinēju datu ieguves apakšsistēma ar lokomotīves borta aparatūru

• GPS un GSM datu pārraides bloks – modems

• Draiveri HMI (cilvēka un mašīnas saskarne)

Rezultāti sniedz pilnīgu sistēmas moduļu augstākā līmeņa un apakšlīmeņa arhitektūru un detalizētu aparatūras, elektronisko, funkcionālo, algoritmisko un programmatūras arhitektūras dizainu katram modulim, tostarp funkcionālo komponentu, izpildmoduļu, apstrādes serdeņu, vadības bloku aparatūras un elektroniskā dizaina arhitektūras izvēli un iekšējo un ārējo datu pārraides saskarņu definīciju.

Izpētītā sistēmas arhitektūra tika apkopota kā apkopota gala projekta koncepcija un ietver detalizētu sistēmas funkcionālo un loģisko komponentu aprakstu sistēmas līmenī un katru no apakšsistēmām 4. uzdevuma īstenošanas laikā – Industriālā dizaina gala koncepcijas izpēte, apkopošana un analīze.

5. uzdevumā tika veikta viedo sensoru diagnostikas sistēmas komponenšu, saskarnes un funkciju izpēte un testēšana, izmantojot digitālā dvīņa metodoloģiju. Viedo sensoru diagnostikas sistēma tika pētīta un pārbaudīta, izmantojot digitālo dvīņu metodoloģiju. Komponentu izvēle tika validēta, saskarnes dizains tika pārbaudīts, izmantojot iteratīvu testēšanu un atgriezeniskās saites cilpas, lai nodrošinātu uzticamu datu pārsūtīšanu un intuitīvu datu prezentāciju, tika simulēts plašs scenāriju klāsts, ieskaitot sensoru kļūmes, vides variācijas un uzturēšanas intervences, lai apstiprinātu sistēmas funkcionālo integritāti.

Rezultātā visi pārskata perioda uzdevumi tika pilnībā pabeigti, un tika sasniegti otrās rūpnieciskās pētniecības darbības mērķi. Rezultāti ir atspoguļoti šajā tehniskajā ziņojumā, kas ietver viedo sensoru diagnostikas sistēmas arhitektūras, specifiskas funkcionālās, aparatūras un loģiskās sistēmas zemes augšējā līmenī un katras apakšsistēmas un funkcionālo moduļu līmeņu izpētes rezultātus.