A rota para um sistema ferroviário totalmente digitalizado

The global Indústria ferroviária fica em um momento crucial. À medida que as populações urbanas aumentam e as preocupações ambientais se intensificam, o transporte ferroviário é cada vez mais visto como uma alternativa sustentável às viagens aéreas e aéreas. No entanto, os operadores ferroviários e os gerentes de infraestrutura enfrentam uma série de desafios que impedem os esforços para atender à crescente demanda de maneira eficiente e eficaz. (Consulte "Os desafios da indústria ferroviária exigem digitalização".) Aproveitando as tecnologias avançadas e promovendo a colaboração, o setor pode aumentar a eficiência, melhorar a qualidade do serviço e atender às expectativas em evolução dos clientes.

The road forward lies in embracing fully digitized, seamlessly connected rail operations. (See “The Rail Industry’s Challenges Demand Digitization.”) By leveraging advanced technologies and fostering collaboration, the industry can enhance efficiency, improve service quality, and meet customers’ evolving expectations.

A visão da digitalização completa

Visualiza um ecossistema ferroviário no qual todos os componentes - de infraestrutura e estoque rolando para pessoal e passageiros - estão interconectados através de uma rede digital sem costura. Um sistema totalmente digitalizado e integrado quebrará silos, simplificará processos e promoverá a colaboração em tempo real entre gerentes de infraestrutura, operadores ferroviários e clientes. Ele abordará os pontos problemáticos do setor, transformando como os serviços ferroviários são planejados, executados e experimentados. E isso aproveitará o poder de Analytics de dados , Automação e ferramentas avançadas de comunicação para otimizar o gerenciamento da capacidade, melhorar a manutenção e elevar os serviços de passageiros e frete. O planejamento integrado da capacidade pode otimizar os horários e a alocação de recursos, minimizando atrasos e congestionamentos. Os sistemas aprimorados de informações do cliente podem fornecer atualizações em tempo real, melhorando a satisfação e a lealdade do cliente. Reimagina o setor para se tornar mais responsivo, eficiente e centrado no cliente. Para realizar essa visão e superar os desafios que estão em sua maneira, operadores ferroviários e gerentes de infraestrutura devem se concentrar coletivamente em sete aspectos específicos do planejamento e

For instance, predictive maintenance powered by real-time data can preempt equipment failures, reducing downtime and maintenance costs. Integrated capacity planning can optimize timetables and resource allocation, minimizing delays and congestion. Enhanced customer information systems can provide real-time updates, improving customer satisfaction and loyalty.

This vision for an improved rail system is not just about technological advancement. It reimagines the industry to become more responsive, efficient, and customer-centric. To realize this vision and overcome the challenges that stand in its way, rail operators and infrastructure managers must collectively focus on seven specific aspects of planning and Operações Isso, quando integrado, resultará em um sistema coeso que define um novo padrão para o transporte ferroviário. (Veja o Anexo 1.)

O planejamento começa dez anos antes do início das operações do trem, enquanto o gerenciamento do ciclo de vida continua ao longo das operações, ressaltando o compromisso de longo prazo necessário para alcançar essa transformação. Avanços abrangentes em tecnologia, processos e colaboração são necessários em todas as fases do ciclo de vida de planejamento e operações. (Consulte Anexo 2.)

Design de rede e planejamento de oferta

The first step is to define the future rail network and service offering. Governments, rail infrastructure managers, and operating companies already participate in this process to varying degrees depending on the market. The aim is to develop a compelling offering while optimizing the long-term use of operational resources in alignment with desired service levels. This requires integrated capacity planning to balance supply and demand. It allows rail operators and infrastructure managers to ensure that capacity constraints do not hinder service delivery and that future demand is anticipated and efficiently met.

Network design also involves establishing the technological standards for the Infraestrutura , incluindo sistemas de gerenciamento de tráfego (por exemplo, o sistema europeu de gerenciamento de tráfego ferroviário), sistemas de controle de trens (por exemplo, o sistema europeu de controle de trens e controle de trens baseados em comunicações), sistemas de intertravamento e tecnologias de comunicação (por exemplo, o sistema global de comunicações globais-railway e o futuro sistema de comunicação móvel ferroviária). Ele também define os requisitos tecnológicos para empresas operacionais, como suporte para operações automatizadas, acoplamento digital de veículos (por exemplo, acoplamento automático digital) e outras inovações que aumentam a eficiência e a integração. Esse processo abrange a demanda de passageiros, que é relativamente previsível, bem como as necessidades de grandes clientes de frete ferroviário - incluindo possíveis mudanças estruturais. O planejamento da capacidade de infraestrutura considera projetos de construção planejados e cronogramas de manutenção, enquanto alinham os recursos de trem e pessoal com requisitos operacionais. Essa abordagem unificada permite ajustes e investimentos proativos, garantindo que a rede ferroviária possa acomodar demandas de crescimento e evolução de serviços.

Ideally, a collaborative process for long-term capacity planning provides an integrated and consistent view of capacity requirements, with continuously refined forecasts. This process covers passenger demand, which is relatively predictable, as well as the needs of large rail freight customers—including potential structural changes. Infrastructure capacity planning considers planned construction projects and maintenance schedules, while aligning train and personnel resources with operational requirements. This unified approach enables proactive adjustments and investments, ensuring that the rail network can accommodate growth and evolving service demands.

Para ativar operações de trem automatizadas, as principais rotas de tráfego devem estar equipadas com sistemas avançados de gerenciamento de tráfego, combinando sistemas sofisticados de controle de trens e uma infraestrutura de comunicação robusta. Os trens que operam nessas rotas terão unidades de monitoramento a bordo e sistemas auxiliares, como acoplamento automático digital para carros de frete, para garantir a integridade do trem.

Gerenciamento de capacidade e cronograma

Capacity management and timetabling focus on the efficient and effective use of infrastructure for operations as well as for maintenance and construction activities. By optimizing the timetable across all planning horizons, the system ensures that infrastructure is Totalmente utilizado mantendo o alinhamento com as necessidades operacionais. Essa abordagem aprimora a qualidade da transparência e da informação para os operadores ferroviários, reduz as pressões de carga de pico e melhora a pontualidade-tudo sem comprometer o volume de tráfego. Os gerentes de infraestrutura fornecem transparência em relação às restrições previstas, que os operadores precisam de planejamento eficaz. A automação avançada e padronizada suporta planejadores na geração de soluções otimizadas para toda a rede. As ferramentas de simulação facilitam análises de impacto detalhadas das mudanças, ajudando a despacho e automatizando parcialmente a criação de cronogramas - e finalmente fortalecendo o esquema de cronograma do sistema. As decisões sobre essas solicitações são orientadas e automatizadas de dados, fornecendo aos operadores feedback em tempo real.

In a fully digitized rail system, capacity management and timetabling are integrated across all time horizons and sometimes across small localities and neighboring countries as well. Infrastructure managers provide transparency regarding anticipated restrictions, which operators need for effective planning. Advanced and standardized automation supports planners in generating optimized solutions for the entire network. Simulation tools facilitate detailed impact analyses of changes, aiding dispatching and partially automating timetable creation—and ultimately strengthening the system’s timetabling scheme.

A fully digitized customer interface streamlines the process of purchasing train paths, enabling operators to request network capacity as needed rather than booking paths far in advance. Decisions about such requests are data-driven and automated, providing operators with real-time feedback.

Design de serviço e planejamento de recursos

Operating companies must offer services that meet customer expectations while optimizing the use of resources such as rolling stock, depots, and personnel. The aim is to design services that are attractive and reliable for passengers and freight customers as well as operationally efficient and profitable. This allows companies to ensure that their offerings continue to be competitive and to meet customer expectations.

No sistema ferroviário previsto, os sistemas avançados de planejamento integram o design de serviço, as rotações de trem e as notas e a alocação de recursos. Os sistemas digitais fornecem acesso em tempo real à demanda e reservas de capacidade. Para frete ferroviário, uma interface digital permite que os clientes reservem capacidade, enquanto as solicitações ad-hoc são simuladas para avaliar a viabilidade. Da mesma forma, para o Rail de passageiros, simulações de demanda com base nos fluxos de tráfego garantem o planejamento proativo de recursos. Os gêmeos digitais de trens individuais oferecem informações em tempo real sobre o estado atual e futuro dos ativos e os tempos de inatividade necessários para manutenção. Isso oferece aos operadores visibilidade em tempo real das restrições planejadas em dias específicos e a capacidade de solicitar rapidamente caminhos de trem, conforme necessário. Altos níveis de automação simplificar o planejamento, suportados pelo poder de computação e recursos analíticos avançados necessários para permitir simulações complexas em um ambiente rico em variável. Essas ferramentas permitem que os operadores otimizem o planejamento por meio de simulações de cenários nos quais, por exemplo, eficiência de custos, o máximo cumprimento dos requisitos do cliente ou os mais altos níveis de resiliência e pontualidade. Os operadores têm o poder de tomar decisões informadas e orientadas a dados que aprimoram a eficiência operacional. Os trens estão equipados com a tecnologia de rastreamento e os sensores da Internet of Things, que fornecem dados em tempo real sobre as condições do trem (por exemplo, status técnico e níveis de ocupação) e condições de infraestrutura (por exemplo, imagens de vídeo de faixas e medições de bordo). Da mesma forma, a infraestrutura está conectada digitalmente, fornecendo informações críticas sobre seu uso e status (como condições técnicas e carga) e as condições de passagem de trens (como perfis de rodada e padrões de som). Essa riqueza de dados forma a base para sistemas de despacho em tempo real inteligentes e serve como entrada para ferramentas de planejamento de curto prazo.

Train operators’ systems are equipped with standardized interfaces that connect directly to infrastructure managers’ systems. This gives operators real-time visibility into planned restrictions on specific days and the ability to quickly request train paths as needed. High levels of automation streamline planning, supported by the computing power and advanced analytical capabilities required to enable complex simulations in a variable-rich environment. These tools allow operators to optimize planning through simulations of scenarios in which, for example, cost efficiency, maximum fulfillment of customer requirements, or the highest levels of resilience and punctuality are achieved. Operators are empowered to make informed, data-driven decisions that enhance operational efficiency.

Train Operations

In a fully digitized rail system, train drivers, dispatchers, and operations controllers have access to up-to-date digital timetables on their devices. Trains are equipped with tracking technology and Internet of Things sensors, which provide real-time data on train conditions (for example, technical status and occupancy levels) and infrastructure conditions (for example, video footage of tracks and onboard measurements). Similarly, infrastructure is digitally connected, delivering critical insights into its usage and status (such as technical conditions and load) and the conditions of passing trains (such as wheelset profiles and sound patterns). This wealth of data forms the basis for intelligent real-time dispatching systems and serves as input for short-term planning tools.

Uma interface entre os sistemas do gerente de infraestrutura e o operador suporta a tomada de decisão assistida ou automatizada. As informações sobre as alterações no tráfego são distribuídas automaticamente a sistemas e processos relacionados-como planejamento, despacho e cobrança de ativos e ativos-trigeram os ajustes necessários. Essa integração da tecnologia garante operações mais suaves e menos interrupções com menos impacto. Os sistemas simulam os efeitos de segunda e terceira ordem de uma interrupção, como atrasos em cascata ou gargalos de fluxo de passageiros. Com esse entendimento aprimorado, os operadores podem implementar respostas otimizadas - como os trens dinamicamente realocando ou ajustando os padrões de serviço - para garantir uma recuperação mais rápida e minimizar o impacto no desempenho geral da rede. Isso garante que o material de rolagem seja confiável, seguro e atenda às demandas operacionais. Essa mudança é alimentada pelos dados do sensor em tempo real sobre a condição de estoque rolante-coletado antes, durante e após as operações de trem-comparado com análises avançadas. Os gêmeos digitais de ativos individuais fornecem insights atualizados, permitindo decisões automatizadas de despacho e agendamento preciso das atividades de inatividade e manutenção.

In highly congested areas, train control is primarily automated, utilizing state-of-the-art communications-based train control systems. This integration of technology ensures smoother operations and fewer disruptions with less impact. The systems simulate the second- and third-order effects of a disruption, such as cascading delays or passenger flow bottlenecks. With this enhanced understanding, operators can implement optimized responses—such as dynamically reallocating trains or adjusting service patterns—to ensure faster recovery and minimize the impact on overall network performance.

Life Cycle Management of Rolling Stock

Operators need to maximize vehicle availability, reduce maintenance costs, and improve maintenance quality to prevent technical failures and service disruptions. This ensures that rolling stock is reliable, safe, and meets operational demands.

In the envisioned system, rolling-stock maintenance is extensively digitized, transitioning from traditional interval-based schedules to predictive maintenance. This shift is powered by real-time sensor data on rolling-stock condition—collected before, during, and after train operations—combined with advanced analytics. Digital twins of individual assets provide up-to-the-minute insights, enabling automated dispatching decisions and precise scheduling of downtime and maintenance activities.

Depot operations are largely automated, with work planning dynamically adjusted based on current asset demand, the status of individual vehicles, and available depot capacity. Equipe de manutenção estão equipados com ferramentas digitais avançadas, como óculos de realidade aumentada e dispositivos portáteis, que fornecem acesso instantâneo a manuais digitais e procedimentos de reparo. As estratégias de compras proativas aumentam ainda mais a eficiência, otimizando o custo total de propriedade ao longo da vida útil dos ativos. O foco nesses dois requisitos aprimora a confiabilidade da infraestrutura, minimiza as interrupções e suporta as crescentes demandas nas redes ferroviárias. Novos padrões tecnológicos definidos durante o design da rede suportam esse processo de gerenciamento.

Life Cycle Management of Infrastructure

Infrastructure managers need to maximize their network’s availability today while maintaining and upgrading it to ensure sufficient capacity for long-term growth. Focusing on these two requirements enhances infrastructure reliability, minimizes disruptions, and supports the increasing demands on rail networks. New technological standards defined during network design support this management process.

A manutenção da infraestrutura no novo sistema ferroviário é amplamente digitalizada. Esquemas preditivos de manutenção, alimentados por dados de sensores de Wayside, medições no treino, inspeções visuais e drones, por exemplo, garantem intervenções oportunas. A análise desempenha um papel fundamental na interpretação desses dados. Os aplicativos digitais suportam a equipe dos processos de planejamento e execução de manutenção e construção, aumentando a eficiência e reduzindo o potencial de erro humano. Assim como o estoque rolante, os gêmeos digitais integrados fornecem uma visão holística e em tempo real da infraestrutura. As informações são alimentadas em manutenção preditiva e planejamento de construção digital, permitindo decisões mais inteligentes e atualizações perfeitas. A manutenção inteligente e a expansão sistemática da infraestrutura aumentam a capacidade ferroviária, atendendo aos volumes mais altos de tráfego.

To minimize capacity disruptions, maintenance and construction activities are bundled by time and location. Digital applications support staff throughout the maintenance and construction planning and execution processes, enhancing efficiency and reducing the potential for human error. Just as for rolling stock, integrated digital twins provide a holistic, real-time view of the infrastructure. The information is fed into predictive maintenance and digital construction planning, enabling smarter decisions and seamless upgrades. Intelligent maintenance and systematic infrastructure expansion increase rail capacity while meeting higher traffic volumes.

Gerenciamento de transporte e interface do cliente

Transport management and the customer interface enhance the customer experience by providing timely and accurate information, proactively managing passenger and freight flows, and improving operational efficiency.

In a digitized system, passengers receive timely travel information through analog and digital channels, which guide them to platforms and trains and improve the onboard experience. For freight customers, real-time tracking provides end-to-end visibility of shipments, including forecasts of delivery times and potential delays.

Seis imperativos para realizar a visão

Seis imperativos para operadores ferroviários e gerentes de infraestrutura conduzirão a transição.

1. Acelerar a adoção de novas tecnologias. Tecnologias emergentes-como sistemas de controle de trens baseados em comunicações (por exemplo, o sistema europeu de controle de trens e o sistema de controle de trens chinês), o acoplamento automático digital e os padrões de comunicação (por exemplo, o futuro sistema de comunicação móvel ferroviária)-forma a base para uma operação ferroviária totalmente digitalizada e integrada. O rastreamento acelerado de seu planejamento e implementação é essencial para desbloquear benefícios futuros.
2. Utilize dados e automação em tempo real. À medida que as tecnologias de controle de trem transformador estão sendo implementadas, os dados de rastreamento em tempo real e status oferecem oportunidades substanciais para aumentar a eficiência e a eficácia operacionais. À medida que os dados em tempo real se tornam mais amplamente disponíveis, o escopo da automação continua a crescer. Para capitalizar totalmente esses avanços, uma infraestrutura robusta de TI e dados é indispensável, formando a espinha dorsal de uma operação ferroviária mais eficiente e responsiva.
3. desenvolver gêmeos digitais de ativos ferroviários. A criação de gêmeos digitais de ativos físicos permite que essa complexidade seja capturada e processada digitalmente. Uma aplicação inicial de gêmeos digitais está permitindo a manutenção preditiva, que usa dados em tempo real para reduzir interrupções não planejadas, otimizar os cronogramas de manutenção e minimizar as interrupções. Rail systems involve complex interactions among various assets and components. Creating digital twins of physical assets allows this complexity to be captured and processed digitally. An initial application of digital twins is enabling predictive maintenance, which uses real-time data to reduce unplanned outages, streamline maintenance schedules, and minimize disruptions.
4. Implementar sistemas digitais integrados. Sistemas integrados para planejamento, despacho e gerenciamento de capacidade são essenciais. Isso também deve incluir a integração de ponta a ponta dos processos essenciais-como ordem de dinheiro e adquirir o pagamento-que se conecte com clientes, fornecedores e partes interessadas além das operações ferroviárias principais. Ao otimizar recursos, aumentar a transparência e alinhar os planos operacionais dos operadores e gerentes de infraestrutura, esses sistemas promovem a coordenação e a eficiência.
5. Aprimore a experiência do cliente com soluções orientadas a dados. Os sistemas ferroviários devem empregar análises avançadas e tecnologias inteligentes para gerenciar o fluxo de passageiros, refinar as ofertas de serviços e fornecer visibilidade de frete de ponta a ponta. Essas soluções orientadas a dados ajudam a garantir uma experiência perfeita e eficiente do cliente.
6. Foster colaboração e compartilhamento de dados. Compartilhamento de dados transparentes e sistemas interoperáveis ​​são críticos para permitir o planejamento conjunto, melhorando a coordenação e a garantia de que o ecossistema ferroviário evolui para atender às demandas futuras de serviços. Empresas operacionais ferroviárias e gerentes de infraestrutura podem desbloquear o potencial transformador, enfrentando desafios como fragmentação, ineficiência e práticas desatualizadas. O sucesso requer a adoção de tecnologias avançadas, promovendo a colaboração e priorizando abordagens centradas no cliente. Ao se comprometer com uma visão compartilhada, as partes interessadas do setor podem criar sistemas ferroviários confiáveis ​​e eficientes que servem como fundamento do transporte sustentável.

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Digitization accelerates the shift to a greener transportation ecosystem by making rail systems more competitive with other modes of transport. Rail operating companies and infrastructure managers can unlock transformative potential by tackling challenges such as fragmentation, inefficiency, and outdated practices. Success requires adopting advanced technologies, fostering collaboration, and prioritizing customer-centric approaches. By committing to a shared vision, industry stakeholders can create reliable, efficient rail systems that serve as the foundation of sustainable transportation.