Železniční doprava jako jeden ze systémů přepravy osob a zboží je po 167 letech existence na našem území konfrontována s jinými druhy dopravy a v rámci současného hospodářského systému musí intenzívně bojovat o své místo na přepravním trhu. Toto je navíc v současnosti umocňováno integračním procesem v Evropě a postupným zánikem systému unitárních železničních společností.
Aby mohla železnice udržet svou pozici na přepravním trhu, a pokud možno tuto dále posilovat, musí využívat moderních aplikací techniky a technologie v dopravním procesu, a tím zvyšovat jeho kvalitu a efektivitu. Nasazení moderních technických zařízení do provozu předchází oblast vývoje, testování a ověřování navržených parametrů. V oblasti kolejových vozidel se jedná o oblast finančně, časově i organizačně náročnou, a mnohdy s klíčovým významem pro úspěšné nasazení kolejového vozidla do provozu. Proto se v této oblasti mohou se značným přínosem využít počítačové technologie pro simulace činnosti kolejových vozidel. Simulací lze ověřovat parametry dílčích celků kolejových vozidel i jízdní parametry kolejového vozidla již v oblasti jeho návrhu, což představuje značný přínos pro vývoj a konstrukci vozidla. Další oblastí využití je pak aplikace simulační techniky v rámci zaškolení personálu dopravce na obsluhu kolejového vozidla mimo samotný železniční provoz, což přináší mimo finančních úspor také výrazný přínos pro bezpečnost železniční dopravy. V této oblasti využití se vyvíjejí lokomotivní simulátory, které se staly u mnoha významných železničních společností standardní součástí školícího procesu.
Vývoj v oblasti lokomotivních simulátorů do značné míry kopíruje vývoj samotných hnacích kolejových vozidel, kde dochází k rozvoji počítačových technologií v oblasti řízení vozidel a regulace jejich pohonů. To se odráží taktéž v konstrukci lokomotivních simulátorů, neboť tyto přejímají část technologie řízení kolejového vozidla včetně samotného řídícího stanoviště. Aplikací počítačových systémů se však výrazně mění možnosti v oblasti zobrazení traťového úseku v rámci simulační úlohy, kde rostoucí výkon grafických prostředků umožňuje realizovat úlohy, které se při použití konvenční zobrazovací techniky realizovat nedaly. To přináší kromě podstatného zvýšení kvality obrazového vjemu, a tedy reálnosti simulace, také rozšíření oblastí uplatnění simulačních technologií.
Disertační práce s názvem ,,Modelování a zobrazení železničního provozu na počítači“ se zabývá konstrukcí lokomotivního simulátoru v podmínkách vysokého školství. Práce stanovuje základní požadavky na konstrukci a činnost lokomotivního simulátoru, řeší jak jeho stavbu, tak i jeho programové vybavení v oblasti simulace jízdy vlaku a zabývá se možnostmi zobrazení traťového úseku v rámci simulační úlohy.
§ Analýza současného řešení lokomotivních simulátorů, rozbor realizovaných simulačních úloh a jejich využití pro praktické i výzkumné účely.
§ Stanovení základních požadavků na lokomotivní simulátor a jeho konstrukci v rámci aplikace na VŠB – TU Ostrava.
§ Návrh konstrukce laboratoře lokomotivního simulátoru a jeho obslužného pracoviště, řešení technických prostředků a technologie řízení simulátoru.
§ Návrh softwarového vybavení lokomotivního simulátoru, stanovení základních principů simulačních úloh v rámci simulace jízdy vlaku.
§ Sestavení simulačního modelu pro vybranou simulační úlohu, ověření činnosti simulátoru a správnosti simulační úlohy experimentem ve skutečném železničním provozu.
§ Analýza simulací v oblasti železniční dopravy, simulační úlohy v oblasti pohybu vlaku, realizovaná technická řešení simulací – lokomotivní simulátory.
§ Stanovení základních požadavků na lokomotivní simulátory, návrh aplikace pro podmínky VŠB – TU Ostrava.
§ Konstrukce lokomotivního simulátoru, návrh laboratoře lokomotivního simulátoru, řešení obslužného pracoviště, systému vizualizace traťového úseku na projekční plochu.
§ Návrh matematického modelu simulace jízdy vlaku, postupy pro řešení jednotlivých fází jízdy vlaku, stanovení parametrů a řídících funkcí pro hnací vozidlo a vlakovou soupravu, parametry traťového úseku a funkce pro činnost návěstního systému a vlakového zabezpečovacího zařízení.
§ Sestavení programu lokomotivního simulátoru pro vybraný typ hnacího vozidla, základní typy vlakových souprav a traťový úsek.
§ Provedení simulačního experimentu na zvoleném traťovém úseku pomocí lokomotivního simulátoru, vyhodnocení průběhu jízdy vlaku a sledovaných hodnot úlohy.
§ Provedení praktického experimentu v reálném železničním provozu ČD dle parametrů simulačního experimentu, vyhodnocení skutečného průběhu jízdy vlaku.
§ Porovnání výsledků simulačního experimentu s výsledky experimentu v železničním provozu, realizace úprav simulačního programu a stanovení závěrů.
...
Návrh prostorové řešení laboratoře lokomotivního simulátoru
...
Úspěšné zvládnutí všech navržených řešení je předpokladem pro možnost využívat zařízení lokomotivního simulátoru taktéž v praxi. Především se jedná o možnost zahrnutí výcviku na lokomotivním simulátoru do systému školení obslužného personálu jednotlivých železničních dopravců. Velkým přínosem pro rozvoj a využití laboratoře lokomotivního simulátoru v praxi by bylo zahrnutí do procesu získávání a ověřování způsobilosti k obsluze hnacích vozidel Drážním úřadem ČR. Lokomotivní simulátor by mohl plnit funkci zkušebního pracoviště pro ověření znalostí a dovedností adeptů na funkci strojvedoucí před jejich praktickým výcvikem v železničním provozu. S ohledem na vstup České republiky do Evropské unie a přejímání principů jednotného vzdělávání personálu železničních dopravců v rámci EU se jeví tato oblast velmi perspektivní.
Další možností využití lokomotivního simulátoru je spolupráce s externími subjekty při vývoji a ověřování technických a technologických zařízení kolejových vozidel. Především se jedná o prvky ovládání kolejových vozidel, které je možno s pomocí lokomotivního simulátoru testovat a ověřovat jejich vlastnosti mimo skutečné kolejové vozidlo. Významnou oblastí využití tohoto pracoviště je také možnost vývoje a výzkumu ergonomie řídícího stanoviště hnacích vozidel.
Spolupráce s externími subjekty je přínosná z hlediska zajištění rozvoje laboratoře, neboť může přinést kromě zvýšení technické a technologické úrovně také zajištění finančních prostředků pro další rozvoj. Tím je možno přistoupit k realizaci náročnějších technických řešení i v oblasti pedagogické části využití lokomotivního simulátoru, jejichž zajištění je v současných podmínkách vysokého školství problematické.
Výstavba laboratoře lokomotivního simulátoru byla realizována dle požadavků a účelů použití, které byly stanoveny před zahájením stavby na základě sledování oblasti vývoje v oblasti simulace jízdy vlaku. Přestože bylo realizováno pracoviště 2. generace lokomotivního simulátoru, již v průběhu stavby tohoto zařízení došlo k dalšímu vývoji v této oblasti, především v zahraničí, směrem k intenzivnímu využití výpočetní techniky. Proto nelze považovat dosažené technické řešení lokomotivního simulátoru za konečné a ten by měl procházet dalším vývojem. Proto doporučuji následující oblasti dalšího rozvoje tohoto zařízení.
§ Vizualizace trati – tato oblast se nachází v současnosti v období praktického ověřování navrženého řešení. Pro možnost využití lokomotivního simulátoru v praxi je potřeba realizovat vizualizaci dostatečné délky traťových úseků a železničních stanic. Pro tento účel by byl žádoucí vývoj editoru tratí, aby bylo možno vytvářet vizualizace traťových úseků bez nutnosti zadávání této činnosti externím subjektům.
§ Aplikace pohybového systému – zvýšení generační úrovně lokomotivního simulátoru je možno dosáhnout pouze vývojem a aplikací pohybového systému. Pro použití tohoto systému je však potřeba uvažovat s odlišným uspořádáním laboratoře a jejím umístěním do odpovídající místnosti. Vývoj tohoto zařízení je možno realizovat ve spolupráci s dalšími katedrami strojní fakulty VŠB – TU Ostrava.
Další oblastí možného rozvoje simulátorů obecně je mezinárodní spolupráce institucí z oblasti školství, výroby i železniční dopravy, která by umožnila zintenzívnit vývojové práce a v neposlední řadě využít možností financování těchto náročných projektů ze strukturálních fondů Evropské unie. Již delší dobu je na evropské půdě sledována možnost zavedení jednotného evropské stanoviště strojvedoucího, které by mohlo být jedním z prvků interoperability železničních kolejových vozidel. Při řešení této úlohy by mohlo být zařízení lokomotivního simulátoru vhodně využito.