V roce 2020 bylo započato řešení projektu Výhybka 4.0. Podobnost názvu projektu s aktuálně často zmiňovaným Průmyslem 4.0 není náhodná. Jeho cílem je konvenční železniční výhybku jako produkt přizpůsobit potřebám přicházející čtvrté průmyslové revoluce, tzn. vyvinout železniční výhybku budoucnosti.
Chytrá řešení vyvíjená v rámci projektu Výhybka 4.0 se budou schopná pomocí instalovaných senzorů autonomně diagnostikovat a případně vyslat povel k opravě dříve, než dojde k poruše, která by mohla významně ovlivnit železniční provoz. Účastníci konsorcia projektu, jehož realizace započala v loňském roce, jsou český výrobce výhybek DT — Výhybkárna a strojírna, Vysoké učení technické v Brně, Univerzita Pardubice a společnost Retia. První myšlenky o diagnostickém zařízení výhybky vznikly již během řešení grantového projektu Shift- 2Rail s akronymem S-CODE (Switch and Crossing Optimal Design and Evaluation; www.s-code.info), kde byly první tři uvedené subjekty rovněž členy širšího mezinárodního konsorcia. V projektu, který celkově radikálně řešil nové způsoby řešení výhybek a výhybkových konstrukcí, byly identifikovány první myšlenky o samodiagnostice a „samoléčení“ výhybek. Jelikož se téma ukázalo být velmi perspektivním, založily po skončení projektu v roce 2019 zmíněné firmy ryze české konsorcium, jež na řešenou problematiku navázalo a se svým návrhem projektu Výhybka 4.0 pak získalo i grant v první výzvě programu Doprava2020+ Technologické agentury ČR. Činnosti v projektu se zaměřují zejména na vývoj inteligentního autonomního diagnostického systému pro výhybky. Jeho použití by mělo najít uplatnění jak u výhybek konvenčních, v současnosti používaných např. v rámci koridorových tratí, tak výhledově i u výhybek instalovaných do vysokorychlostních tratí.
Manuální současnost závislá na zkušenostech V současnosti zjišťování provozního stavu výhybek nezahrnuje možnosti využití současných trendů a technologií. Spoléhá především na zkušené pracovníky, kteří na základě ručních měření, doplněných o vybraná data z měřicích vozů hodnotí stav výhybek a plánují údržbové zásahy. Takové řešení je však málo efektivní a postrádá možnosti automatizace, centralizace a predikce. Zjednodušeně řečeno je tedy řada parametrů sledována pracovníky dráhy osobně, vizuálně na místě, případně jednoduchými měřicími prostředky. Pouze některé veličiny lze také vysledovat z dat poskytovaných ze sofistikovanějších měřicích vozů železničního svršku, které výhybku pravidelně projíždějí a měří. Diagnostika stavu výhybky je tedy z větší části závislá na lidském faktoru, na jeho vnímání a předchozích zkušenostech, většinou bez možnosti fundovaně předpovídat budoucí vývoj případných poruch.
Digitální budoucnost v podobě chytrého řešení Vyvíjené zařízení v projektu Výhybka 4.0 předpokládá významnou eliminaci lidské činnosti na výhybkách. Tímto směřuje do budoucnosti železničních drah v ČR. Na vysokorychlostních tratích totiž nebude ani možné, aby zaměstnanci správce infrastruktury za účelem běžné kontroly do kolejišť vstupovali. Diagnostický systém je tedy pro budoucnost železnic tak či onak zcela nezbytným. Při vývoji zařízení je kladen velký důraz na možnost prediktivního zjišťování stavu výhybky, čehož není člověk při stávajících způsobech měření schopen. Prediktivní údržba, tedy údržba plánovaná dopředu a cíleně na konkrétní zhoršující se parametr ve výhybce, představuje velkou úsporu nákladů pro správce. Systémy totiž budou schopné velmi efektivně plánovat potřebné údržbové zásahy dopředu, s minimalizací výluk a omezení provozu. Prediktivní údržba bude také znamenat významnou eliminaci náhlých poruch, jejichž následkem bývají i několikahodinová přerušení provozu.
1. fáze: diagnostika a hodnocení stavu srdcovky a jazyka V první fázi je projekt zaměřen na zjišťování a předvídání následujících parametrů. Stav ojetí (opotřebení) kritických dílů výhybky (např. pohyblivých jazyků a pevných srdcovek) a stav geometrie koleje ve výhybce. Jazyky výhybky, pohyblivé díly určující směr jízdy vlaku, trpí velmi ojetím a vydrolením materiálu v blízkosti hrotů, kde je dvojkolí naváděno do příslušného směru. Srdcovka (zejména pevná) je také kritickým místem. Jedná se totiž o místo s výskytem velkých dynamických rázů. Dokonce lze říci, že po eliminaci stykované koleje je toto místo z celé železniční infrastruktury nejkritičtější na dynamické děje. Proto je také tato oblast velmi náročná na údržbu, a to nejen z pohledu ojetí materiálu, ale také kvůli rozpadu geometrie koleje v této oblasti. Cílem projektu je tak s dostatečným předstihem optimálně předvídat nutné údržbové zásahy, jako je broušení, navařování či přímo potřeba výměny pevné srdcovky nebo potřeba podbití (úprava geometrie koleje ve výhybce). Základním principem pro zjišťování a predikci výše uvedených poruch je snímání stěžejních dynamických veličin při průjezdu kolejových vozidel přes oblast srdcovky, výměny [skládá se z opornic, jazyků a spojovacích tyčí, kluzných stoliček, výměnových závěrů, jazykových opěrek a dalšího drobného kolejiva — pozn. red.] a oblast před a za výhybkou pomocí komerčně dostupných či nově vyvinutých senzorů. Kromě zajištění sběru, přenosu a uložení měřených dat z každé výhybky vstupuje do hry práce s nasnímanými signály pomocí pokročilých analytických metod — strojového učení a neuronových sítí. Po vyhodnocení signálu je potřeba informace o stavu výhybky doručit koncovému uživateli — správci železniční infrastruktury. V této fázi je potřeba vhodnou formou prezentovat zjištěné informace o stavu výhybky a o případné potřebě údržbového zásahu. Uvažuje se také o možnosti přímého zapracování prezentace dat do dispečerských systémů správce infrastruktury tak, aby dispečeři infrastruktury mohli sledovat stav výhybek v rámci stávajícího dohledového systému. Alternativně uvažují autoři projektu také o možnosti poskytování zdrojových informací pro hodnocení stavu výhybky (např. vybraných dat z měřicích vozů nebo informací o provedených údržbových zásazích), což by ve fázi vyhodnocování mohlo přispět ke zpřesnění analýzy právě za pomoci zmíněného strojového učení.
Cesta k praktickému využití Projekt se nezaměřuje pouze na princip, kde infrastruktura kontroluje infrastrukturu, ale také na řešení, kde infrastrukturu pomocí vhodných zařízení kontroluje i jedoucí kolejové vozidlo. Tato zařízení by rovněž snímala charakteristické dynamické veličiny a přiřazovala je ke konkrétním výhybkám v železniční síti. Výsledky primárního zpracování signálů a dat z měření budou také následně analyzovány metodami strojového učení, které doplní systém snímačů instalovaných ve výhybce a zpřesní výsledky analýzy. Vzhledem k předpokládanému využití systému v rámci budoucích potřeb Správy železnic spolupracují řešitelé projektu s tímto státním správcem české železniční infrastruktury, a informace o průběhu prezentují také zástupcům Ministerstva dopravy ČR. Tyto dvě organizace jsou do projektu začleněny jako aplikační garanti. Vzhledem k modulárnímu řešení jednotlivých prvků celého procesu snímání, přenosu dat, hodnocení a prezentace lze ale předpokládat i možné přizpůsobení systému dalším správcům železniční infrastruktury. /Lukáš Raif, řešitel projektu Výhybka 4.0/