KI-gestützter Boxenstopp für Züge

Die Flotte des Rhein-Ruhr-Express (RRX) fährt rund um die Uhr. Ein Grund dafür: Künstliche Intelligenz.

Systemverfügbarkeit von bis zu 100 Prozent

Der Zug rollt ins Depot, die Tore schließen sich, das Instandhaltungspersonal schwärmt aus – die Zeit läuft.

In wenigen Stunden muss der Rhein-Ruhr-Express (RRX) das Rail Service Center (RSC), betrieben von Siemens Mobility in Dortmund, wieder verlassen und zurück auf der Strecke sein. 84 Fahrzeuge vom Siemens-Typ Desiro HC verbinden seit 2018 Köln, Düsseldorf und die Ruhrregion – rund um die Uhr. TÜV SÜD hat validiert, dass die RRX-Flotte über einen bestimmten Zeitraum (letzte Validierung bis September 2024) eine Flottenverfügbarkeit von nahezu 100 Prozent im Betrieb nachweist. Ein Geheimnis: Künstliche Intelligenz unterstützt bei der Zustandsüberwachung der Zugkomponenten, viele Prozesse laufen automatisch ab.

A team member checks the Health States dashboard for monitoring the condition of the bogies.

Ein Teammitglied überprüft das Health States Dashboard zur Überwachung des Zustands der Drehgestelle.

Weil sich Reparaturen durch die Zustandsüberwachung vorab planen lassen, verbringen die Züge wenig Zeit im Depot. Wenn sich ein Defekt ankündigt, werden betroffene Teile genau rechtzeitig, also nicht zu früh und nicht zu spät, ausgetauscht. Das erhöht die Effizienz.

Das RSC arbeitet wie im Boxenstopp in der Formel 1: schnell rein in die Box, schnell wieder raus. Mehr Züge in kürzerer Zeit – dafür braucht es weniger Platz. 70.000 Quadratmeter klein ist das RSC in Dortmund. Für ein Wartungsdepot für 84 Fahrzeuge ist das schmal bemessen. Das RSC ist damit Vorbild für weitere Instandhaltungszentren national und international, wo Züge von Siemens Mobility instandgehalten werden. Von den Erkenntnissen im Siemens-Expertennetzwerk profitieren alle Kunden, etwa indem die KI-Algorithmen stetig dazulernen.

Möchten Sie mehr über die herausragende Systemverfügbarkeit erfahren? Steigen Sie ein in den Rhein-Ruhr-Express – in unserem Video.

Reibungslose Abläufe und nahtloser Übergang zur Instandhaltung

Für reibungslose Abläufe und optimierte Instandhaltungsstopps im Depot ist Vorausplanung wichtig. Deshalb sind die Fahrzeuge mit Sensoren ausgerüstet, die mobilitätskritische Komponenten während des Betriebs kontinuierlich überwachen.

Die gesammelten Daten werden nahezu in Echtzeit an Railigent X übermittelt (siehe auch Infobox), einer Suite für Services und Anwendungen, die dem Ansatz von Siemens Xcelerator folgt. Mithilfe Künstlicher Intelligenz stellt das System Anomalien fest und schlägt Termine für das nächste Instandhaltungsintervall vor.

Während der Zug noch fährt, generiert das System bereits automatisch Arbeitsaufträge innerhalb des Instandhaltungsmanagementsystems (CMMS). Wenn der Zug dann hereinrollt, wartet das Instandhaltungspersonal mit passender Kompetenz und dem richtigen Werkzeug bereits am entsprechenden Depotgleis und die Ersatzteile liegen schon bereit. Häufig verwendete mechanische Teile, wie z. B. Halterungen für Verbandskästen, können durch robustere Versionen ersetzt werden, die mit dem 3D-Drucker direkt vor Ort gedruckt werden. Sie basieren auf dem Know-how von Siemens in der additiven Fertigung. Metallteile werden über das globale additive Fertigungsnetzwerk von Siemens Mobility mit Druckern auf der ganzen Welt hergestellt. In Kombination mit der intelligenten Instandhaltungsstrategie reduziert dieser Ansatz die Standzeiten, optimiert die Ersatzteilverfügbarkeit und steigert die Nachhaltigkeit und Effizienz im Bahnbetrieb erheblich.

Ein Sustainable Development Goals Assessment des TÜV SÜD, das die Instandhaltungsleistungen, die Bereitstellung der Service-Infrastruktur und die Reinigung der RRX-Fahrzeuge im RSC bewertete, ergab 2024 für das RSC einen überragenden Wert von 91 Prozent. Zum Vergleich: Das Durchschnittsergebnis aus ähnlichen Nachhaltigkeitsbewertungen von TÜV SÜD in unterschiedlichen Branchen liegt zwischen 60 und 70 Prozent.

Technicians receive their work orders digitally on mobile devices, as seen here during a visual inspection of a train.

Das Techniker-Team erhält seine Arbeitsaufträge digital auf mobilen Geräten – wie hier bei einer Sichtprüfung eines Zugs.

Symbiose von menschlicher Expertise und KI

Trotz aller Automatisierung: Die Fahrzeuge des RRX reparieren sich natürlich nicht selbst, der Mensch spielt weiterhin die Hauptrolle im Depot. Aber die Künstliche Intelligenz hilft, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Despite all the automation, humans continue to play the leading role in repairing the vehicles.

Trotz aller Automatisierung: Menschen spielen weiterhin die Hauptrolle bei der Reparatur der Fahrzeuge.

KI steckt in mehreren Teilprozessen, die aufeinander aufbauen:

Zustandsüberwachung: Sensoren messen Vibrationen in Rädern und Drehgestellen. Algorithmen erkennen in den Messwerten Anomalien. Herzstück dabei ist ein spezielles Diagnosetool für Drehgestelle, das Defekte dank Beschleunigungssensoren erkennt.
Entscheidungsunterstützung: Mit diesen Informationen schließen Apps in Railigent X auf Unregelmäßigkeiten im Zugbetrieb. Im Health States Dashboard kann der Zustand der Drehgestelle verfolgt werden. Remaining Useful Life ist eine komplementäre App für den Zustand der Räder. Die KI kalkuliert den optimalen Instandhaltungszeitpunkt im Voraus, etwa für das Abdrehen oder den Tausch der Räder.

Das Besondere: Die KI sieht bis zu einige Monate in die Zukunft. Da jeder Zug in regelmäßigen Abständen ins Depot muss, können anstehende Reparaturen mit eingeplant werden. Eine umfangreiche Hauptuntersuchung durchläuft das Fahrzeug alle acht Jahre. So weit in die Zukunft kann die KI zwar noch nicht blicken. Aber sie lernt täglich dazu – zukünftig auch von anderen Standorten, wo Siemens Mobility ähnliche Servicemodelle betreibt. Eines Tages könnte die KI vielleicht wirklich bis zur nächsten Hauptuntersuchung prognostizieren.

Vielleicht werden dann auch nahezu 100 Prozent der Arbeitsaufträge von der KI automatisch erzeugt, heute sind es 80 Prozent. Die Entscheidung, ob ein Auftrag tatsächlich ausgeführt wird, trifft aber immer noch der Mensch. Im Depot in Dortmund fährt der Zug vor der Halle durch ein Tor, an dem rundherum Kameras angebracht sind. Eine KI könnte künftig in den Bildern Schäden oder Graffiti erkennen und automatisch den Arbeitsauftrag erzeugen – ganz ohne Personal für die sonst aufwändige Sichtinspektion. Das ist zwar noch ein Forschungsprojekt, aber mit einem klaren Ziel: Der Mensch als zeitintensive Prüfinstanz entfalle, das Fachpersonal könne sich auf die kniffligen Fälle konzentrieren.

The RRX is the largest rail infrastructure project in the German state of North Rhine-Westphalia.

Der RRX ist das größte Schieneninfrastrukturprojekt im Bundesland Nordrhein-Westfalen. Er soll optimale Verbindungen zwischen den Metropolregionen des Landes (darunter Köln) schaffen.

Die Zukunft des öffentlichen Nahverkehrs

Die Kunden – ein Zusammenschluss von fünf regionalen Verkehrsverbänden – haben mit Siemens Mobility bis 2050 vertraglich vereinbart, welche Leistungen zu erbringen sind, etwa zur Verfügbarkeit der Fahrzeuge.

Wenn die Züge zuverlässig fahren und pünktlich sind, profitieren davon nicht nur die Bahnbetreiber, sondern auch deren Kunden – die Fahrgäste. Das steigert die Attraktivität des öffentlichen Nahverkehrs. Damit ist der Rhein-Ruhr-Express so etwas wie die Blaupause für den ÖPNV der Zukunft – weltweit.

Über Railigent X

Railigent X ist Teil des Siemens Xcelerator Ökosystems. Die datenbasierte Application Suite für das Bahnsystem bündelt Software-as-a-Service-Anwendungen für das Management von Hardware und Software für den Schienenverkehr. Sie sammelt Daten von Zügen und Bahninfrastruktur, verarbeitet sie intelligent und hilft den Betrieb zu verbessern, Instandhaltung zu optimieren, Kosten zu senken und die Verfügbarkeit bis nahezu 100 Prozent zu steigern. Railigent X wird bereits in vielen Passagier-, Infrastruktur- und Schienengüter-Verkehrsprojekten weltweit eingesetzt.