鐵路貨運的安全與可靠性管理，牽涉到機械結構、環境變化與操作條件等多重因素，其複雜程度使得單靠傳統人工操作 與 數學系統方法，難以有效掌握長途鐵路運輸的安全與穩定性。而隨著貨運量增加、列車加長與行駛速度提升，相關風險也同步升高。 機械故障與軌道系統異常是導致出軌或營運中斷的主要原因。穩定可靠的鐵路營運，不僅能降低停機與維修成本，也有助於提升燃油與能源使用效益。同時，鐵路業者也須符合全球監管單位日益嚴格的安全與永續標準。 目前的實體測試與驗證方式不僅成本高昂，也相當耗費人力。傳統數學計算在處理複雜模擬時，精確度往往不足。而內部開發的工具亦難以達到專業級模擬軟體的精細度與效能。 SIMULIA Simpack：提升鐵路貨運效能與安全性的虛擬模擬平台 達梭系統（Dassault Systèmes）的SIMULIA Simpack，透過3DEXPERIENCE平台上的虛擬孿生技術（Virtual Twin）與數據驅動模擬（Data-driven Simulations），有效強化鐵路貨運的安全性、可靠性與營運效率。Simpack支援多體系統模擬（MBS），可應用於預防出軌事故、輪軌磨耗分析、結構疲勞壽命評估與煞車系統優化。 藉由先進的模擬技術，鐵路營運單位可於進入實體測試與部署前，預先透過模擬驗證並改善重要設計與操作參數，建立更具永續性與韌性的運輸系統。 Simpack可建構完整列車模型，模擬輪軌接觸（Wheel-rail Contact）、懸吊系統（Suspension Dynamics）、轉向架（Bogie）性能及外部環境之間的相互作用。 透過Simpack，業者能夠： 進行鐵道車輛動力學分析（Rail Vehicle Dynamics），掌握其在行駛過程中的運動反應。例如：加速、減速、轉彎、震動、搖晃。 優化輪軌接觸與懸吊參數，降低磨損並提升效率。 模擬極端條件，增強整體系統韌性。 SIMULIA Simpack提升鐵路貨運安全的五大關鍵應用 透過翻覆分析（Roll-over Analysis）預防脫軌 列車於不同速度下轉彎時，若重心不穩容易造成翻覆與出軌。Simpack可根據CAD幾何模型、列車結構、轉向架激振條件與軌道幾何資料進行翻覆分析，並建構設計實驗（DOE）序列，評估不同貨櫃配置在曲線行駛下的穩定性。 Simpack求解器可模擬各種脫軌係數與輪升高情境，找出可能發生脫軌的速度閾值（Velocity Thresholds），並據此優化列車編組、煞車系統與重量分布，降低事故風險。 此外，透過3DEXPERIENCE平台進行虛擬認證測試（符合歐洲EN 14363標準），可提前預測與排除潛在風險。藉由模擬可以揭示貨櫃因配置不均而增加脫軌風險的可能性，即可優化裝載規範。 輪軌接觸與磨耗分析（Wear Analysis） 輪軌磨耗直接影響維修成本與運行安全。Simpack能模擬多種軌型與輪廓幾何，協助工程師設計更耐磨的輪型結構，有效延長使用壽命、降低維護次數。工程師可依不同載重條件模擬磨耗率與損傷累積情形；當發現磨耗模式異常，即表示需要調整輪軌設計或軌道配置。 整合列車幾何與貨運模型後，可設計新輪型，並模擬其在實際運行條件下的行為。Simpack可依據EN 15839安全標準，計算車廂連結器間受力（Inter-coupler Forces）與軌道磨損情況，調整列車組態以降低滾動阻力（Rolling Resistance）與軌道損耗（Track Wear）。此類輪磨耗模型可進一步整合疲勞分析，提升長期安全性與維修策略的準確度。 結構疲勞（Structural Fatigue）與壽命損傷評估 鐵道車輛零組件長期承受動態載重，容易產生疲勞破壞。Simpack搭配穩健的失效分析求解器，可預測結構壽命與損傷累積，評估連結器系統與轉向架的殘餘壽命。 模擬可識別高風險區域，協助選擇更合適的材料與結構設計，並藉由預測性維護策略，在發生故障前進行預防性修正，進一步提升系統可靠性與安全性。 Simpack還能透過基於CAD模型的即時應力監測，減少突發性故障與停機維修成本。 煞車系統優化 有效的煞車控制對安全與營運效率至關重要。Simpack可模擬緊急煞車、下坡制動等各種情境，分析煞車性能，並比較不同系統（如碟煞與再生煞車）之優劣，找出最佳的煞車策略。 模擬會將煞車力作為激振條件，套用至列車模型中評估其反應。針對緊急煞車的模擬，可確保符合EN 15839安全標準，避免因縱向力過大導致車廂擠壓與甩尾（Jack-knifing）情形。同時，也可模擬動態煞車力分配，避免瞬間減速造成系統過載或零件磨耗過快。 極端條件模擬與營運韌性驗證 鐵道系統在面對高速行駛、急彎、強風、濕滑路面等極端條件時，容易出現不穩定行為。Simpack可模擬各種極端運行情境，包括特殊地形、惡劣氣候與非常態載重狀況，協助工程師預測車輛反應、結構負載與安全風險。 透過這類模擬，營運單位能提前針對高風險場景進行驗證與調整，提升列車在非常態條件下的穩定性與抗風險能力，強化整體系統的營運韌性。 實際應用案例 多家全球領先的鐵路營運商與製造商已成功導入Simpack強化其鐵道貨運系統的安全性與可靠性： 歐洲鐵路營運商：透過高鐵速度下之轉向架模擬，成功降低18%維修成本。 北美貨運業者：建構脫軌預測模型，事故發生率下降25%。 亞洲列車製造商：優化懸吊系統，改善重載條件下的乘坐舒適性與穩定性。 SIMULIA Simpack 為鐵路業者創造的核心價值 Simpack全面優化鐵道系統的效能、安全與成本，協助業者打造更安全、具韌性與永續性的貨運網絡。具體效益如下： 節省成本 預測性維護避免突發性故障，可大幅降低維修與停機損失。 提升安全性 模型化預測讓風險在發生前即被排除。 符合法規 模擬過程可確保符合全球運輸安全與性能標準。 減少實體測試次數 虛擬驗證測試加速產品上市，降低實驗成本。 提升高頻率路線安全性 軌道磨耗模擬有助於保護高密度運輸路線的安全運行。 AI與虛擬孿生技術 推動智慧維護轉型 隨著鐵路貨運系統日益龐大且複雜，SIMULIA Simpack結合AI與虛擬孿生技術，打造智慧化的預測性維護方案。透過AI驅動的模擬分析，可即時監控列車運行狀態，預測潛在故障，並提升維修決策效率與精準度。 其中，結合虛擬孿生技術的臨界速度分析功能，能有效抑制列車在高速行駛下的振盪與橫向擺動，降低脫軌風險，進一步強化整體運行安全性。 SIMULIA Simpack將車輛動態模擬與數據驅動技術整合為一體，實現從設計到維運的完整數位流程，協助鐵道車輛製造商與營運商，在設計階段即預測風險、優化效率，打造更具韌性與永續性的智慧鐵道系統。 立即聯繫士盟科技的專業團隊，諮詢相關模擬評估建議。 資料來源：SIMULIA Blog 關鍵字：虛擬孿生、脫軌模擬、鐵路貨運安全、磨耗分析、車輛動力學