Foto: Ivo Ketelaar
Artikel | Datum: 17-07-2015


End of Life Asset-management for Intercity (ICM) Traction systems at Dutch Railways




1. Inleiding

1.1 Aanleiding
In de jaren tachtig heeft NS 144 Intercity Materieel (ICM) treinen laten bouwen. Op het moment van introductie waren dit de snelste treinen, met een top van 160 km/u. Bijzonder aan het oorspronkelijke 'Koploper' ontwerp is dat de uiteindes van treinstellen een deur hadden, waarmee reizigers van het ene gekoppelde treinstel naar het volgende kunnen lopen. De ICM is een zeer betrouwbare trein gebleken, met een beschikbaarheid van 94%. Als ruggengraat van de Nederlandse intercity dienst is het een waardevolle asset van NS. Bovendien wordt het comfort van de trein erg hoog gewaardeerd onder reizigers.



ICM na midlife-refurbishment (na de refurbishment is het doorlopen van het ene naar het andere gekoppelde stel onmogelijk gemaakt) Foto: NedTrain


De ICM bestaat uit vier deelseries, waarvan ICM-1 weerstandstractie heeft, en ICM-2,3,4 een chopper-installatie. De ICM onderging een midlife-refurbishment van 2005 tot 2011. In de midlife-refurbishment zijn systemen als de boordnetomvormer en remmen toekomstbestendig gemaakt. Verder is het interieur volledig vervangen, is er een vacuümtoilet met bioreactor geplaatst en is airco toegevoegd. De tractie-installatie presteerde tot dan toe uitstekend, in de midlife-refurbishment zijn daarom geen wijzigingen aangebracht daaraan.

ICM bevindt zich in de 'garanderen' levensfase, dit betekent dat de huidige prestaties gewaarborgd moeten blijven en dat waar mogelijk de onderhouds- en exploitatiekosten verminderd moeten worden. Degradatie van de performance en risico's voor obsolescence1 dienen vermeden te worden. NedTrain voert actief Instandhoudingsresearch uit waarbij de conditie en degradatie van systemen wordt onderzocht.

Toch leidde dit ertoe dat de assetmanager van NedTrain veelal kleine losstaande obsolescence problemen had op te lossen.

Een voorbeeld is dat van de thyristoren en diodes. Beide componenten zijn op een gegeven moment obsoleet geraakt, en vervangen met nieuwe componenten. Hoewel beide componenten binnen de specificaties vielen, vormden ze samen de oorzaak van het ontstaan van een stoorstroom van 25 Hz, in potentie een bedreiging van de veiligheid. Het heeft NedTrain veel tijd en energie gekost om achter de oorzaak van deze stoorstroom te komen.

Verder waren er zorgen vanuit de organisatie, monteurs en engineers, over de toekomstige leverbaarheid/beschikbaarheid van componenten.

Elk probleem op zich is redelijk klein, maar door ze ad hoc op te lossen is het lastig om overzicht te bewaren en een oplossing te bedenken die goed aansluit op de gehele trein. Bovendien hebben de oplossingen soms grote impact op de operatie en financiën. Hierdoor ontstond een behoefte aan een integraal overzicht, om te weten waarin geïnvesteerd moet worden.

De assetmanagers van de vervoerder NS en onderhoudsorganisatie NedTrain hebben regelmatig te maken met obsolescence problemen. De oorzaak is meestal het niet beschikbaar zijn van onderdelen, omdat een fabrikant stopt met produceren, of zelfs geheel niet meer bestaat. Ook veranderende wetten, bijvoorbeeld op het vlak van milieu, zorgen ervoor dat bepaalde onderdelen niet meer te gebruiken zijn. Een urgent probleem is de obsolescence van componenten van het tractiesysteem van de ICM.

1.2 Doel
Om deze problemen voor te zijn is de assetmanager van NedTrain een onderzoeksproject gestart, samen met de assetmanager van NS en expert knowledge center Ricardo Rail. Het doel was om de huidige prestaties, in de termen veiligheid en beschikbaarheid, van het tractiesysteem te kunnen garanderen tot het einde levensduur (End of Life date) van het tractiesysteem ICM, tegen de laagst mogelijke kosten.

Het project moest de risico's voor het behalen van dit doel beschrijven en kwantificeren en scenario's en verbetervoorstellen opleveren voor het beheersen van de risico's. Hiervoor is een unieke aanpak gekozen.


2 Aanpak

2.1 Multidisciplinair team
Een integrale en multidisciplinaire aanpak vormt kern van het onderzoek. Op bedrijfsniveau is een unieke samenwerking gevormd tussen operator, onderhouder en adviseurs. Er is een team gevormd met leden van het ICM vloot team, met de assetmanagers van NS en NedTrain, samen met NedTrain's maintenance, reliability en systems engineers, werkvoorbereiders, monteurs, supply chain managers en de inkoper. Het project werd geleid en ondersteund door technisch specialisten en een facilitator van Ricardo Rail. Zo bevat het team kennishouders uit alle geledingen van alle organisaties.




Multidisciplinair team uit de gehele PDCA cyclus




Het team is gevormd met leden uit de gehele supply chain




2.2 System breakdown
Het team begon met een system break down, waarin zowel de systeemgrens werd bepaald, als de hiërarchie van de systemen en onderliggende componenten werd bepaald. De system break down was ook de basis voor het bepalen van de impact van falen van componenten op de performance van het gehele systeem.

2.3 Identificatie kritische componenten
Het team bepaalde van de componenten binnen de systeemgrenzen het gebruik, slijtage, betrouwbaarheid, onderhoudbaarheid, beschikbare voorraad en risico op obsolescence. Op basis van deze criteria zijn kritische componenten aangewezen, dit zijn componenten die een risico kunnen vormen op de toekomstige bedrijfszekerheid.

Monteurs deelden hierbij hun ervaringen en onderbuikgevoelens met de technisch specialisten. Technische specialisten deelden hun verwachtingen en kennis weer met de engineers en monteurs. Door deze praktijk ervaring te koppelen aan de theoretische kennis van levensduur en faalwijze van componenten is een rijke analyse en een compleet beeld van kritische componenten ontstaan.

2.4 Voorspellen op basis van historische data
Historische storingsdata werd door de technisch specialistienspecialisten geëxtrapoleerd om voorspellingen voor de toekomst te bepalen. Hiervoor zijn verschillende voorspellingsmodellen gebruikt, dit geeft een bandbreedte en robuustheid van de voorspelling. De voorspellingen zijn getoetst aan de ervaringen van het ICM team. Hierdoor was het mogelijk om onderbuikgevoelens van monteurs getalsmatig te onderbouwen.

2.5 Analysetechnieken voor voorspelling
Analyses zijn te maken op lineaire extrapolatie. Dit is echter zelden een nauwkeurige methode voor voorspellingen, omdat dit geen rekening houdt met een einde van een levensduur. Lineaire extrapolatie geeft daarom meestal een ondergrens aan: de meest optimistische verwachting.

Bij de meeste componenten kan men ervan uitgaan dat de levensduur een normaalverdeling volgt. Het is dan nauwkeuriger om de levensduur van componenten ook te fitten op een normaal verdeling. Hoewel de treinen al bijna 30 jaar rijden, is er door andere inzet, andere datasystemen, belasting en veranderde spanning op de bovenleiding vaak slechts vijf tot tien jaar aan relevante storings- of verbruiksdata beschikbaar. Voor de periode zonder gegevens zijn varianten bepaald; geen storingen en met één storing vrijwel in het begin van de gebruiksperiode. Dit leidt tot verschillende voorspelde uitval curves. (zie afbeelding).



Dezelfde gegevens; de eerste keer als stuks per jaar, de tweede keer cumulatief


Door bovenstaande modellen allemaal toe te passen op storingsdata en verbruiksgegevens, is een bandbreedte van voorspellingen gemaakt, van optimistisch tot pessimistisch. Met het team is dan kwalitatief naar deze bandbreedte gekeken om te beoordelen welke het meest aannemelijk is.

De treinen zijn geleverd over een looptijd van acht jaar. De uitval van componenten met eindige levensduur zou dus ook minimaal gespreid moeten liggen over 8 jaar. Toch waren er componenten die een veel minder verspreide toename van de uitval vertoonden. Dit waren de lijnfiltersmoorspoelen (Duits: Netzfilterdrossel). De technici wisten nog te noemen dat deze inderdaad een aantal jaar geleden allemaal in een korte periode waren gemodificeerd, waarbij de isolatie is verbeterd. Het was dan ook bekend en te verwachten dat ze omstreeks hetzelfde jaar ook allemaal zouden falen.

Echter onbekend was dat ook de ankersmoorspoelen, die dezelfde modificatie hadden ondergaan, inmiddels ook een vergelijkbare stijgende uitval vertoonden. Het falen van deze componenten was dus te voorspellen. Dit is een van de voordelen van werken met een multidisciplinair team.

2.6 Scenario's opstellen en toetsen
Op basis van de optimistische tot pessimistische voorspellingen zijn scenario's opgesteld. De scenario's varieerden van het ontwikkelen van alternatieven voor de obsolete componenten, tot het vervangen van de complete tractie-installatie van de ICM met een installatie identiek aan die van de SGM of SLT. Deze gelijkheid biedt logistieke voordelen en verhoogt daarnaast de restwaarde van de onderdelen.

De eisen en wensen van de assetmanagers waren aan het begin van het project in kaart gebracht. Deze zijn vertaald naar criteria op het gebied van o.a. veiligheid, beschikbaarheid, RAMS, life cycle costs (LCC), energiegebruik en -recuperatie, milieu, stoorstromen en risico's op toelating. De scenario's zijn op deze criteria beoordeeld. Hierbij hebben de assetmanagers de mogelijkheid om bepaalde eisen, zoals verwachtte einde levensduur, aan te passen, en daarbij het effect op de scenario's te zien.


3 Resultaat van onderzoek

Als resultaat van het onderzoek waren de assetmanagers in staat een passende en kosteneffectieve oplossing te kiezen, om de dreiging van obsolescence tegen te gaan.

De assetmanagers hebben gekozen voor vervanging en verbetering van kritische componenten uit bestaande installatie, en niet het vervangen van de gehele tractie-installatie. Hoewel een complete vervanging uiteindelijk tot betere prestaties leidt, is dit vanwege de lange terugverdientijd en aanvangsrisico's van deze oplossing niet de optimale keuze.

De terugverdientijd is gebaseerd op de investeringskosten, het lagere energieverbruik en de lagere onderhoudskosten. Anderzijds hebben ook andere factoren invloed op de keuze, zoals de onttrekking tijdens de ombouw en risico's op kinderziektes. Bij een latere verwachtte datum van uitstroom (thans 2028) zou een complete vervanging wél de meeste kosteneffectieve oplossing zijn. Door de scenario's goed door te rekenen kan de assetmanager een gepaste keuze maken. Hieruit valt te leren dat eerder onderzoeken tot andere oplossingen kan leiden, en de totale Life Cycle Costs van de vloot lager zijn.

Op het gebied van vermogenshalfgeleiders zijn er ook een aantal originele componenten niet meer leverbaar. Omdat ook de vervangende componenten in de toekomst obsoleet kunnen worden, zal de verkrijgbaarheid bewaakt worden. Op deze wijze kan tijdig een 'last buy' gedaan worden zodat de beschikbaarheid van reservedelen gegarandeerd kan worden. Voorbeelden hiervan zijn ringkernen en het beveiligingspaneel.

3.1 PLC
Ringkernen
worden niet meer geleverd, een last-buy was niet meer mogelijk, en alle vervangingen werden gedaan op de bestaande voorraad. Dit haalde in zowel het optimistische als pessimistische scenario het einde van de levensduur niet. Van de ringkern is voorgesteld om een herontwerp te maken met een PLC, die verder voldoet aan dezelfde form/fit/function. NedTrain gaat nu een prototype ontwikkelen.

3.2 Beveiligingspaneel
Beveiligingspaneel is een ander voorbeeld. Dit bevat detectie en weergave van de overstroombeveiliging, en wielslip en een aantal andere beveiligingssystemen. Het verbruik hierop was laag, maar wel stijgend. Dit is zorgwekkend want een defect leidt meteen tot een gestrande trein.

De storing is voor monteurs niet reproduceerbaar, en is er op dit oudere materieel geen diagnosesysteem. Monteurs hebben daarom veel tijd nodig om een storing te vinden en te herstellen Bovendien is het oorspronkelijke kwikrelais dat in dit paneel zit door milieuwetgeving niet meer leverbaar. Omdat de impact op de beschikbaarheid van dit paneel erg groot is wordt dit paneel vervangen. Het nieuwe paneel krijgt dezelfde functie, maar met verbeterde storingsregistratie/diagnose.


4 Conclusie

De situatie van NS en NedTrain is niet anders dan de uitdagingen die operators en onderhouders wereldwijd tegenkomen. Obsolescence zal altijd een vervelende realiteit blijven. Echter, de sleutel van omgaan met obsolescence is te handelen op het moment dat alle opties nog beschikbaar zijn.

Door proactief te handelen, hebben NS en NedTrain, met begeleiding van Ricardo Rail, kunnen zekerstellen dat zij reizigers kunnen vervoeren, en de vloot onderhouden, op de gevraagde serviceniveaus.

Bij modern materieel wordt obsolescence management steeds belangrijker, vanwege de elektronica en software die eerder obsoleet raken.

Wanneer obsolescence niet vroegtijdig wordt aangepakt, dreigt het risico van niet-beschikbaarheid van de treinen. De hoge tijdsdruk waaronder dan problemen opgelost moeten worden leidt zelden tot een optimale oplossing waar een assetmanager, engineer of monteur tevreden mee is. Hoewel een integrale en multidisciplinaire aanpak een groot project is, leidt het tot een completer overzicht en beter onderbouwde en hierdoor kosteneffectieve resultaten. De kosten en benodigde menscapaciteit zijn het waard, om met vertrouwen en zekerheid de toekomst tegemoet te gaan. Bovendien is de methode ook toepasbaar om een deelsysteem scherp af te bakenen en gericht probleemgebieden aan te pakken.

Hiermee is duidelijk geworden dat de obsolescence monitoring aanpak van NS, NedTrain en Ricardo Rail toepasbaar is voor eenieder die met vertrouwen de prestaties van zijn vloot wil waarborgen.





Authors:
Falco Mooren MSc., NedTrain B.V.
Rick van Dooijeweert, NS Reizigers B.V.
Erwin Meerman MSc., Ricardo Rail (vh Lloyd's Register Rail)
Richard Freek B.Eng., Ricardo Rail (vh Lloyd's Register Rail)



Zie ook het interview op Infrasite naar aanleiding van dit artikel.


Deel dit artikel:                   





N279 ’s-Hertogenbosch – Veghel is nu écht af
Nieuwsbericht
Eerste Watertrucks weldra op kleine waterwegen
Nieuwsbericht
Ellen Lastdrager-van der Woude Managing Director Traffic & Transport TNO
Nieuwsbericht
Nieuwe ondertekenaars Green Deal Duurzaam GWW 2.0
Nieuwsbericht
Recordaantal bezoekers op eerste dag Verkeer, Mobiliteit en Parkeren
Weblogposting
Arcadis en Sweco in raamovereenkomst Sterke Lekdijk
Nieuwsbericht
Omzetgroei bouw kleiner, tekort aan personeel groter
Nieuwsbericht
Wegverbreding N35 Nijverdal-Wierden stap dichterbij
Nieuwsbericht
Eerste Kamer steunt bewaren kentekengegevens
Nieuwsbericht
Bezoek Eldra tijdens Verkeer, Mobiliteit & Parkeren op stand 2.083
Weblogposting
Lesmateriaal 'Werken aan de weg' op stand 2.044 van Akertech Adviseurs
Weblogposting
Ontwerp NEN 3381 ‘Eisen voor verkeersborden en bewegwijzeringsborden
Nieuwsbericht
Orderportefeuille b&u op recordhoogte
Nieuwsbericht
Grote personeelsbehoefte op groeiende funderingsmarkt
Nieuwsbericht
6 Redenen om Verkeer, Mobiliteit & Parkeren te bezoeken
Weblogposting
Lightwell levert 700 armaturen aan Heerhugowaard
Weblogposting
Interview met Ineke Meijer namens de Provincie Gelderland over het Partnership Talking Traffic
Artikel
Bezoek Active Roads op stand 2.114!
Weblogposting
Primeur op Verkeer, Mobiliteit & Parkeren 2017: De Verrijdbare Mobiele Parkeer Unit (VMPU) van De Groot Camerasystemen (stand 2.092)!
Weblogposting
Aangepaste aanbestedingsdocumenten voor Design & Construct-contracten
Nieuwsbericht
Steun op VN klimaattop voor nieuw in Nederland gevestigd klimaatcentrum
Nieuwsbericht
Eerste schop in de grond voor bouw Nieuwe Sluis Terneuzen
Nieuwsbericht
Aanbesteding A1 Apeldoorn-Azelo fase 1 van start
Nieuwsbericht








[Banners]