Nell’ambito del programma di sicurezza globale, più di 10 anni fa le FFS hanno deciso di costruire una rete di impianti di controllo dei treni (ICT). Gli ICT sono dispositivi di misurazione installati in modo fisso sui binari, atti al controllo di diverse caratteristiche dei treni in transito, in particolare di quelle critiche per la sicurezza. Vengono pianificati, installati e messi in esercizio dal gestore dell’infrastruttura (GI) e costituiscono un dispositivo di controllo dei treni addizionale utilizzato dall’impresa di trasporto ferroviario (ITF) per effettuare controlli alla partenza e controlli intermedi. Gli ICT consentono un monitoraggio continuo e automatizzato dei treni e garantiscono un controllo non discriminante del materiale rotabile.

L’ampliamento della rete degli ICT viene eseguito sulla base di un’analisi dei rischi dettagliata, considerando il potenziale pericolo, le condizioni d’esercizio nonché le condizioni costruttive e di tecnica dei trasporti. A tale proposito, vengono realizzati in via prioritaria sedi ICT e impianti rilevanti ai fini della sicurezza che contribuiscono ad una massiccia riduzione del rischio e presentano un buon rapporto costi/benefici.

L’ampliamento pianificato della rete ICT verrà concluso nel 2018 e interessa circa 170 impianti per la localizzazione delle boccole surriscaldate e dei freni bloccati (HFO), checkpoint del carico per ruota (RLC), impianti di localizzazione di profili e antenne (PAO) e impianti rilevamento incendi e sostanze chimiche (BCO). Il concetto di rete originario, orientato al programma di sicurezza, verrà sviluppato nei prossimi anni per includere ulteriori impianti quali il posto di misurazione della pressione (AHM) e il Dragging Equipment Detection (DED). La Abbildung 1 mostra l’attuale stato di costruzione della rete ICT.

L’attuale concetto d’esercizio degli ICT non necessita in alcun modo di informazioni relative al veicolo. Gli eventi vengono riconosciuti ed evitati tempestivamente sulla base dei valori d’intervento generali, pertanto l’aumento della sicurezza resta in primo piano. Le prescrizioni, i valori d’intervento, le soglie di avvertimento e i processi sono stabiliti in modo dettagliato nel «Manuale ICT» [1]. I gestori dell’infrastruttura comunicano regolarmente all’ITF eventuali novità

L’identificazione del veicolo con «RFID in Rail» apre possibilità completamente nuove per il concetto d’esercizio e lo modifica radicalmente.

Tramite la rete di dati delle FFS vengono segnalati dati di allarme e di misura degli ICT a due centrali realizzate in modo georidondante. Il superamento di un valore d’intervento rilevante per la sicurezza attiva immediatamente un allarme presso il capomovimento competente. Il capomovimento avvia la fermata del treno. Al contempo, vengono visualizzati i dati di misura nel centro d’intervento ICT di Erstfeld. Gli specialisti ICT del centro d’intervento analizzano i dati di misura e, all’occorrenza, forniscono una valutazione individuale. Come tecnici, sostengono l’intervento nel treno. Grazie alla loro valutazione e al loro supporto vengono ridotti i tempi di fermata del treno o possono addirittura essere totalmente evitati [2].

Per l’intervento e l’analisi, i dati di misura ICT vengono integrati con dati nominali come informazioni su orario, formazione e caricamento, vedere Abbildung 2. A tale proposito, per l’analisi possono essere utilizzati anche i dati storici del veicolo.

Ogni giorno vengono avviati 20 allarmi ICT rilevanti per la sicurezza. In media, in due casi al giorno il veicolo interessato non può proseguire la corsa e deve essere ritirato. 

Queste procedure rilevanti per la sicurezza aiutano ad evitare l’insorgere di eventi e, in ogni caso, sono reattive e si applicano «solo» al momento. Sarebbe più sensato adottare un approccio lungimirante, in cui riconoscere tempestivamente i danni al veicolo che si stanno delineando e quindi disporre di uno spazio d’azione sufficiente per poter pianificare la manutenzione senza dover effettuare interventi non programmati. I requisiti per effettuare un pronostico o per riconoscere le tendenze sono il riconoscimento esatto e univoco dei veicoli e l’attribuzione dei dati di misura alle singole ruote in considerazione dell’orientamento del veicolo. «RFID in Rail» è la soluzione.

A oggi non è possibile monitorare in maniera sistematica lo stato di un singolo veicolo sul lungo periodo a causa della mancata identificazione dei veicoli, in quanto le misurazioni non possono essere attribuite in modo affidabile ai veicoli stessi. Al contrario, gli allarmi o le anomalie che compaiono vengono attribuiti al rispettivo asse nel convoglio e, in caso di intervento, il veicolo interessato deve essere identificato manualmente tramite il conteggio degli assi. 

A causa della mancanza di un’identificazione affidabile dei veicoli, il concetto d’esercizio degli impianti di controllo dei treni si basa sulle condizioni di ammissione della rete lato infrastruttura, definite indipendentemente dal veicolo o dal tipo di veicolo. Di conseguenza, le soglie d’intervento non vengono adattate in base al materiale rotabile, bensì sui carichi massimi ammessi dell’infrastruttura. Non è possibile ottenere controlli e valori d’intervento specifici per veicolo.

L’identificazione automatica e affidabile del veicolo mediante RFID consente un radicale cambio di paradigma del concetto d’esercizio. Grazie a un’identificazione del veicolo affidabile a velocità di tratta massima, mediante gli impianti di controllo dei treni è possibile generare le nuove funzioni aggiuntive di seguito riportate:

• Automatizzazione dei processi manuali e delle fasi di processo
• Sorveglianza dello stato specifica del veicolo con soglie di avvertimento specifiche per il tipo di veicolo
• Pronostici sull’evoluzione dello stato del veicolo per l’ottimizzazione della manutenzione del veicolo stesso

Le variazioni sostanziali tra l’attuale concetto d’esercizio sprovvisto di identificazione del veicolo e il nuovo concetto d’esercizio dotato di identificazione del veicolo sono messi a confronto nella Tabelle 1 .

Per poter realizzare queste nuove funzioni aggiuntive in modo rapido e senza costi amministrativi, FFS Infrastruttura mette gratuitamente a disposizione dei proprietari dei veicoli responsabili i dati di base relativi allo stato dei veicoli con tag RFID. Questi ultimi possono quindi utilizzare i dati per ottimizzare la manutenzione dei veicoli.

Il gestore dell’infrastruttura partecipa indirettamente al miglioramento dello stato del veicolo, in quanto:

1. Si riduce il numero di eventi d’esercizio concernenti il veicolo. In questo modo, si incrementa la disponibilità delle tracce e la puntualità.
2. Si riduce la registrazione dei danni nell’infrastruttura. In questo modo, si riducono i costi di manutenzione.
3. I processi manuali possono essere automatizzati e velocizzati. Nessuna discontinuità dei supporti di comunicazione sulle interfacce.

In una prima fase, vengono messi a disposizione dei proprietari dei veicoli i dati di base relativi allo stato della sala montata. Lo stato della ruota viene determinato dalla forza di appoggio misurata della ruota rilevata dal checkpoint del carico per ruota (RLC). Come indice viene utilizzato il coefficiente dinamico della forza di appoggio della ruota (il coefficiente dinamico descrive il rapporto tra la forza di appoggio dinamica della ruota rispetto a quella statica). Grazie all’identificazione del veicolo con RFID è possibile attribuire in modo univoco le singole misurazioni della forza di appoggio della ruota alle rispettive ruote. In questo modo, l’evoluzione dello stato della ruota può essere controllata in modo semplice. 

La Abbildung 3 mostra in modo esemplificativo l’evoluzione degli stati della sala montata di una locomotiva a quattro assi nell’arco di due mesi. I coefficienti dinamici delle ruote del primo asse aumentano in modo continuativo nel tempo e l’aumento è indice del progressivo peggioramento dello stato della ruota. Al superamento di una soglia di avvertimento predefinita, il veicolo viene segnalato automaticamente al proprietario del veicolo. L’efficacia della successiva manutenzione della sala montata può essere controllata utilizzando i piccoli coefficienti dinamici. Anche il deterioramento inaspettatamente rapido dello stato della ruota viene rilevato in modo inequivocabile dal rinnovato aumento dei coefficienti dinamici.

In un progetto pilota condotto congiuntamente da FFS Infrastruttura e FFS Viaggiatori sono stati verificati i messaggi d’errore della ruota generati automaticamente. I veicoli che presentavano determinati valori di misura sono stati condotti in officina e ispezionati. L’affidabilità dell’indicazione d’errore della ruota generata automaticamente si è così rivelata come praticamente infallibile. Il progetto pilota è stato concluso con successo e trasferito al processo nella produzione. I veicoli con messaggi d’errore della ruota generati automaticamente dal checkpoint del carico per ruota (RLC) sono stati direttamente inseriti nel piano di manutenzione senza ulteriori verifiche. Tuttavia, senza l’identificazione univoca del veicolo questo processo non può essere trasferito su flotte di veicoli generali; per FFS Viaggiatori si tratta praticamente dell’utilizzo di veicoli propri e pianificazione e utilizzazione coincidono; lo scambio di veicoli è raro e ha solo lievi ripercussioni. Al contrario, nel traffico merci, dove i veicoli accoppiati nel treno e i rispettivi detentori sono molto eterogenei, senza «RFID in Rail» è necessario effettuare una verifica manuale e dispendiosa in cui possono verificarsi errori.

Con la divulgazione dei dati di stato della ruota, i proprietari dei veicoli possono determinare propri criteri e valori limite sulla base delle proprie esperienze e necessità interne. In questo modo, possono stabilire autonomamente il momento ottimale per eseguire la manutenzione del veicolo o della sala montata. 

Grazie a un controllo dello stato delle ruote su tratta e la consegna dei dati, i proprietari di veicoli possono trarre vantaggi immediati:

1. Il controllo della sala montata può essere automatizzato. Si possono ridurre o saltare i controlli manuali in officina. Lo stato delle ruote viene sorvegliato e segnalato in modo continuo dagli impianti di controllo dei treni. 
2. Grazie a un controllo permanente dello stato durante il normale esercizio, eventuali danni al veicolo possono essere rilevati già in un primo stadio di comparsa. I danni possono essere risolti tempestivamente e con un dispendio minimo. Eventuali costosi danni conseguenti possono essere evitati.
3. La manutenzione della sala montata può essere gestita in modo più preciso. Le sale montate interessate possono essere identificate in modo univoco, consentendo così una precisa valutazione dell’entità del danno. In questo modo è possibile pianificare in modo preciso i costi necessari per la manutenzione.

L’ottimizzazione della manutenzione del veicolo grazie alla sorveglianza automatizzata del materiale rotabile comporta un aumento della prestazione chilometrica e un’occupazione programmata delle officine. È così possibile evitare manutenzioni non programmate e soppressioni di veicoli. Grazie all’identificazione del veicolo con RFID è possibile anche automatizzare processi interni e consolidare processi coerenti senza discontinuità dei supporti di comunicazione, particolarmente importanti per l’Entity in Charge of Maintenance (ECM, Soggetto competente per la manutenzione).

La Abbildung 4 rappresenta in modo schematico il ciclo automatizzato della sorveglianza dello stato del materiale rotabile:

1. Dopo il corretto passaggio del treno, i lettori RFID e gli ICT inviano i dati identificativi del veicolo e i dati di misura alla banca dati dell’ICT centrale.
2. Sul server vengono combinati e memorizzati i dati di misura con le ruote, gli assi e i veicoli corretti. Questi dati vengono consolidati periodicamente sul server ICT e trasmessi sotto forma di file XML e CSV al server FTP del proprietario del veicolo.
3. I dati messi a disposizione possono quindi essere analizzati e valutati dal proprietario del veicolo che, sulla base dei risultati ottenuti, può programmare il momento migliore per eseguire la manutenzione del veicolo.
4. Grazie a precisi dati di stato è possibile preparare ed eseguire in modo mirato la manutenzione necessaria. I costi di manutenzione possono essere ridotti al minimo.  
5. Una volta concluso l’intervallo di manutenzione, il materiale rotabile viene riposizionato sui binari e al passaggio sugli ICT fornisce nuovamente valori di misura. Questi valori rendono direttamente visibile l’effetto degli interventi di rimozione dei danni effettuati sul veicolo e possono essere utilizzati per verificare le misure di manutenzione.

A causa della mancata identificazione dei veicoli, con gli allarmi e gli avvisi ICT finora è stato possibile mettere questi dati a disposizione solo delle ITF responsabili. Pertanto, l’ITF era l’unica interfaccia con il gestore dell’infrastruttura. Con «RFID in Rail» e l’European Centralised Virtual Vehicle Register ora è possibile identificare in modo univoco veicoli e rispettivi proprietari. In questo modo è possibile attribuire direttamente i dati e quindi metterli a disposizione del proprietario del veicolo competente. Come interfaccia vengono utilizzati un protocollo d’interfaccia e un formato dati generici e ampiamente diffusi. L’esportazione dei dati avviene in formato XML (formato leggibile dai dispositivi elettronici) e in formato CSV (leggibile manualmente) direttamente su server FTP del proprietario del veicolo.

Per l’esportazione dei dati dell’ICT, i veicoli devono essere equipaggiati con un tag RFID passivo conforme a ISO 18000-6C EPC Class1 Gen2. Nel tag RFID sono programmati i numeri del veicolo a 12 cifre (EVN) nonché le informazioni degli indicatori laterali (1 per anteriore sinistro, 2 per posteriore destro). Inoltre, in via facoltativa, è disponibile il «Company Prefix» ai sensi della registrazione in GS1.

«RFID in Rail» è una linea guida pubblica di GS1. Il CEN elabora attualmente una norma EN compatibile con questa linea guida benché indipendente dalla registrazione presso GS1.

Der Infrastrukturbetreiber partizipiert indirekt an der Verbesserung des Radsatzzustandes:

1. Die Zahl der fahrzeugbedingten Betriebsereignisse wird reduziert. Dadurch werden unvorhergesehene Betriebsereignisse verhindert und die Trassenverfügbarkeit und Pünktlichkeit wird erhöht.
2. Der Schadenseintrag in die Infrastruktur wird vermindert.
   Die SBB Osogna-Studie [3] belegt, dass eine Reduktion der maximalen dynamischen Radkräfte den Schadenseintrag in den Fahrweg reduziert und dadurch der Instandhaltungsaufwand für den Fahrweg verkleinert werden kann. Wenn die dynamischen Radkräfte auf 200 kN reduziert werden können, verringern sich die Instandhaltungskosten bei Gleislagekorrekturen um 2 bis 4% und fürs Schienenschleifen um ca. 2%.
3. Manuelle Prozesse können automatisiert und beschleunigt werden. Medienbrüche an Schnittstellen entfallen.
4. Lärm- und Erschütterungsemissionen werden reduziert.
   Anwohner und Reisende profitieren von geringeren Emissionen. Die Lebensqualität und der Reisekomfort verbessern sich. Der Aufwand für Massnahmen zur Emissionsreduktion reduziert sich. 

Per il progetto pilota summenzionato, coordinato da FFS Infrastruttura e FFS Viaggiatori, la sede ICT Brunnen è stata predisposta con un’antenna di lettura RFID. Questa sede è già oggi in grado di attribuire correttamente e con estrema precisione i valori di misura del checkpoint del carico per ruota ai veicoli, a patto che dette ruote siano dotate di tag RFID. 

Sulla base del progetto pilota, le FFS hanno deciso di applicare la tecnologia RFID sull’insieme della rete. A partire dal 2018, tutte le sedi ICT verranno equipaggiate con nuove antenne di lettura RFID. Nel primo semestre del 2018 tutte le sedi RLC saranno equipaggiate con questi lettori. Infine, seguiranno i restanti tipi di impianto ICT, pertanto entro il 2020 tutte le sedi ICT disporranno di un’antenna di lettura RFID e il progetto potrà ritenersi concluso. Parallelamente a questo processo, l’intera flotta di veicoli delle FFS (Viaggiatori, Cargo, Infrastruttura) verrà dotata di tag RFID, in modo che detta tecnologia possa essere utilizzata in modo completo e sull’insieme della rete entro il 2020.

Molti proprietari di veicoli hanno riconosciuto il potenziale dato dall’identificazione automatica dei veicoli offerta da «RFID in Rail» e hanno quindi iniziato a equipaggiare i propri veicoli con tag RFID in conformità alla Linea guida di GS1. In alcuni paesi, l’utilizzo di questa tecnologia è già stato consolidato e progredito, nonché impiegato su veicoli e infrastruttura su tutto il territorio (ad es. Svezia, Finlandia ecc.). Grazie al consenso di proprietari di veicoli e gestori dell’infrastruttura, nonché grazie al supporto delle autorità nazionali ed europee, il riconoscimento automatico dei veicoli con «RFID in Rail» si è consolidato sempre più come standard e si affermerà in tutta Europa come tecnologia per l’identificazione dei veicoli. In questo modo è possibile automatizzare i processi in tutta Europa, lungo l’intera catena logistica della fornitura e dei trasporti, e, infine, ridurre i costi per il sistema globale ferrovia.

La linea guida «RFID in Rail» e la norma EN a essa compatibile e tutt’ora in elaborazione, descrivono il processo di identificazione digitale e univoca dei veicoli ferroviari. L’esatta identificazione senza discontinuità dei supporti di comunicazione comporta enormi vantaggi per il proprietario dei veicoli in merito a logistica e automazione di processi e procedure.

La corretta identificazione del veicolo consente al gestore dell’infrastruttura di attribuire ai veicoli i dati di misura rilevati sulla tratta in modo univoco e con estrema precisione. In questo modo, è possibile sorvegliare l’evoluzione dello stato del veicolo e informare tempestivamente il proprietario del veicolo su eventuali variazioni di stato, questo molto prima che venga raggiunta la soglia di intervento rilevante per l’esercizio.

A partire dal 2018, le FFS mettono gratuitamente a disposizione i dati di base registrati degli ICT per tutti i proprietari di veicoli dotati di tag RFID conformemente a «RFID in Rail». I dati di misura vengono trasferiti su server FTP del proprietario come file in formato XML e CSV.

La divulgazione di questi dati consente ai proprietari di veicoli di programmare nel momento più opportuno gli interventi di manutenzione sulla base dell’evoluzione dello stato del veicolo e di integrare o sostituire gli intervalli di manutenzione periodica con un concetto di manutenzione orientato all’esigenza. I gestori dell’infrastruttura traggono indirettamente vantaggio dal miglioramento dello stato del materiale rotabile, in quanto registrano una riduzione degli eventi di danno all’infrastruttura.

A tale scopo, le FFS assumono in qualità di gestore dell’infrastruttura un ruolo pionieristico: diventano il partner per la sorveglianza dello stato del materiale rotabile e contribuiscono alla riduzione dei costi globali del sistema.