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Die
Erfindung betrifft ein U-Boot mit einem Trainingssystem für ein U-Boot-Automationssystem.
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U-Boot-Automationssysteme
dienen zur Steuerung, Überwachung
und Diagnose der verschiedenen Einrichtungen an Bord von U-Booten. Sie sollen
einen sicheren Betrieb eines U-Bootes ermöglichen und dessen Einsatzbereitschaft
gewährleisten.
Ein derartiges Automationssystem ist z. B. aus der Druckschrift "Electrical Systems
for Submarines",
Siemens AG, Juni 2001, Nr. E10001-A93-A51-V3-7600, bekannt.
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Aufgrund
des nur geringen zur Verfügung stehenden
Einbauplatzes und der damit verbundenen, hohen Packungsdichte der
an Bord eines U-Bootes installierten Einrichtungen, hoher Anforderungen
an die Armut von Emissionen (Geräusche, EMV,
Wärme)
und an die Sicherheit der Besatzung, insbesondere bei Tauchgängen, bestehen
besonders hohe Anforderungen an die Automationssysteme in U-Booten.
Im Unterschied zu Überwasserschiffen weisen
U-Boote zudem nur eine sehr begrenzte Mannschaft auf, die auf unterschiedlichste
Anforderungen (z. B. Störungs- oder Schadensereignisse) reagieren
muss. Die Mannschaft muss deshalb einen hohen Ausbildungsstand vorweisen
und besonders trainiert werden. Darüber hinaus muss sie in besonders
hohem Maße
durch das Automationssystem unterstützt werden.
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Aus
dem Stand der Technik sind spezielle U-Boot Trainingssimulatoren
bekannt, die ein Training der Mannschaft an Bedienabläufen des
Automationssystems eines U-Bootes erlauben. Hierbei wird an Land
der Kommandostand des U-Bootes mitsamt seinen Bedien- und Beobachtungseinrichtungen
(Human Machine Interfaces (HMI)) nachgebildet und das Automationssystem
mit samt den von ihm gesteuerten und überwachten Einrichtungen und
Systemen des U-Bootes simuliert.
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Allerdings
gestaltet sich die Pflege eines solchen Simulators als aufwendig,
da er stets an die aktuelle Hardware- und Software-Konfiguration
des Automationssystems des U-Bootes angepasst werden muss. So müssen z.
B. Änderungen
an Funktionalitäten
der Steuerungssoftware oder bei den Anzeigen zum Bedienen und Beobachten
auch im Simulator nachgezogen werden, um zu gewährleisten, dass die Mannschaft
auch die Verhältnisse
vorfindet, mit denen sie im U-Boot konfrontiert wird.
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Weiterhin
kann die Mannschaft natürlich
nur am Ort des Simulators trainiert werden. In der Zeit, in der
sich die Mannschaft an einem vom Simulator entfernten Ort befindet
(z. B. bei einer längerzeitigen Ausfahrt,
Verlegungen in andere Häfen,
Manöver) kann
die Mannschaft den Trainingssimulator nicht nutzen.
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Die
DE 101 14 433 A1 offenbart
ein Trainingssystem für
verschiedene Funktionseinheiten eines Fahrzeuges. Dabei werden die
verschiedenen Funktionseinheiten an Bord des Fahrzeuges gezielt in
den Trainingsbetrieb einbezogen. Eine Zentraleinheit des Trainingssystems
steht hierzu mit den verschiedenen Funktionseinheiten des Fahrzeuges
in Verbindung und es findet ein Austausch von Informationen statt.
Auch die verschiedenen Funktionseinheiten an Bord des Fahrzeuges
selbst stehen im Trainingsbetrieb miteinander in Verbindung. Zwar
können
im Trainingsbetrieb einige Funktionen von Steuergeräten bzw.
Funktionseinheiten deaktiviert und durch ein Simulationsprogramm
in der Zentraleinheit simuliert werden, aber das Trainingssystem
zielt ausdrücklich
darauf ab, so weit wie möglich
die Funktionen der einzelnen Funktionseinheiten auch von diesen
ausführen
zu lassen.
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Ausgehend
hiervor ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein U-Boot mit einem
Trainingssystem für
ein U-Boot-Automations system zu schaffen, mit dem das Training der
Mannschaft für
das U-Boot-Automationssystems verbessert werden kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein U-Boot gemäß Patentanspruch
1 bzw. gemäß Patentanspruch
3. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Gegenstand des Unteranspruch
2.
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Da
das Trainingssystem zu seiner Bedienung mit dem Automationssystem
koppelbar ist, können
bereits im U-Boot vorhandenen Komponenten des Automationssystems
für seine
Bedienung genutzt werden. Da die für die Bedienung des Trainingssystems
notwendigen Einrichtungen, die meist einen großen Platzbedarf aufweisen,
nun nicht mehr durch das Trainingssystem bereitgestellt werden müssen, wird
für das
Trainingssystem selbst somit nur wenig zusätzlicher Einbauplatz benötigt, so
dass es nun möglich
ist, das Trainingssystem direkt im U-Boot anzuordnen. Es steht somit
jederzeit und an jedem Ort der Mannschaft des U-Bootes für Trainingszwecke
zur Verfügung.
Ein Training kann somit auch fernab eines ortsfesten Simulators
stattfinden. Ferner kann das Training unter sehr realistischen Bedingungen,
z. B. auf hoher See, stattfinden. Das Training der Mannschaft am
Automationssystem kann somit bedeutend verbessert werden.
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Das
Trainingssystem kann außerdem
die gleichen HMI-Bilder und Steuerungs-Software nutzen, die auch
im normalen Betrieb des Automationssystems verwendet werden. Durch
die unmittelbare Nähe
des Trainingssystems zum Automationssystem kann bei Änderungen
an den HMI-Bilder oder der Software des Automationssystems die jeweils
aktuelle Version mit geringem Aufwand in das Trainingssystem eingespielt
werden. Somit kann sichergestellt werden, dass die Mannschaft stets
mit der aktuellen Software trainiert wird.
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Bei
dem U-Boot gemäß Patentanspruch
1 ist das Trainingssystem mit einer Anzeige- und/oder Bedieneinheit
des Automa tionssystems koppelbar. Daten des Trainingssystems können somit
auf der Anzeige- und/oder Bedieneinheit des Automationssystems aus
bzw. eingegeben werden. Auf Seite des Trainingssystems kann hierdurch
eine Anzeige- und/oder Bedieneinheit eingespart werden.
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Bei
dem U-Boot gemäß Patentanspruch
3 ist das Trainingssystem mit einem Bedien- und Beobachtungs-(HMI-)Computer
des Automationssystems koppelbar. Dieser kann dann wiederum eine
Anzeige- und/oder Bedieneinheit des Automationssystems ansteuern.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß den Merkmalen des
Unteranspruch werden im Folgenden in vereinfachter Darstellung in
den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen U-Bootes
gemäß Patentanspruch
1,
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2 einen
prinzipiellen Aufbau des Zentralgerätes des Trainingssystems der 1,
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3 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen U-Bootes
gemäß Patentanspruch
3.
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Die 1 zeigt
ein Trainingssystem 1 für
ein nur andeutungsweise dargestelltes Automationssystem 2 eines
U-Bootes 3. Das Trainingssystem 1 bietet der Besatzung
des U-Bootes 3 die Möglichkeit, Bedienabläufe des
Automationssystems 2 zu trainieren. Das Automationssystem 2 weist
beispielsweise vier Steuerungseinheiten (PLC = Programmable Logic
Controller) 5 zur Steuerung und Überwachung verschiedenster
Einrichtungen an Bord des U-Bootes 3 auf. Bei diesen Einrichtungen
kann es sich beispielsweise um Einrichtungen der Energieerzeugung und
-verteilung, der Antriebssteuerung, der Tauchregelung, der Tiefenmessung
und der Klimatisierung handeln.
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Die
vier Steuerungseinheiten 5 sind über einen Datenbus 11 mit
einem Bedien- und Beobachtungs-(HMI-)Computer 6 verbunden,
der wiederum eine Bedienstation 7 ansteuert. Über die
Bedienstation 7 erfolgt das Bedienen und Beobachten des
Automationssystems 2 und der davon gesteuerten und überwachten
Einrichtungen des U-Bootes 3 durch U-Boot-Personal.
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Die
Bedienstation 7 umfasst beispielsweise einen Monitor zur
Anzeige von Betriebsdaten des Automationssystems 2 und
eine Tastatur und/oder eine Maus zur Eingabe von Daten, wie z. B.
von Befehlen, in das Automationssystem 2. In der Regel
wird das Automationssystem 2 eine Vielzahl weiterer Komponenten
umfassen.
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Das
Trainingssystem 1 ist an Bord des U-Bootes 3 angeordnet
und weist als wesentliche Komponenten einen Emulator zur funktionellen Nachbildung
des Automationssystems, einen Simulator zur Simulation der von dem
Automationssystem gesteuerten und/oder überwachten Einrichtungen und
eine Bedien- und Beobachtungseinheit zur Ansteuerung einer Anzeige-
und/oder Bedieneinheit zur Datenausgabe und -eingabe an bzw. von
einem Benutzer des Trainingssystems 1. Der Emulator, der
Simulator und die Bedien- und Beobachtungseinheit sind in einem
Zentralgerät 4 des
Trainingssystems 1 untergebracht, dessen prinzipieller
Aufbau im Zusammenhang mit 2 erläutert wird.
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Das
U-Boot 3 weist ein Schaltelement 8 für eine wahlweise
Kopplung des Zentralgerätes 4 oder des
Bedien- und Beobachtungs-(HMI-)Computers 6 des Automationssystems 2 an
die Bedienstation 7 des Automationssystems 2 auf.
Das Schaltelement 8 kann grundsätzlich sowohl in Hardware (z.
B. als Schalter) als auch in Software realisiert sein. Im Normalbetrieb
des U-Bootes 3 befindet
sich das Schaltelement 8 in der Stellung 9, so
dass der HMI-Computer 6 mit der Bedienstation 7 verbunden
ist. Für
den Trainingsbetrieb wird das Schaltelement 8 in die Stellung 10 gebracht.
Hierdurch wird die Bedienstation 7 von dem HMI-Computer 6 getrennt
und mit dem Zentralgerät 4 des Trainingssystems 1 gekoppelt
bzw. verbunden. Es ist somit sichergestellt, dass die Bedienstation 7,
und gegebenenfalls weitere Bedienstationen, wenn sie für das Training
verwendet werden, von den realen Prozessen getrennt sind und somit
im Trainingsbetrieb keine Beeinflussung des Automationssystem 2 erfolgt,
die gegebenenfalls die Sicherheit des U-Bootes 3 beeinträchtigen
könnte.
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Das
Zentralgerät 4 des
Trainingssystems 1 weist, wie in 2 dargestellt,
einen Simulator 21 zur Simulation der von dem Automationssystem 2 gesteuerten
und/oder überwachten
Einrichtungen, einen Emulator 25 zur funktionellen Nachbildung
des Automationssystems und eine Bedien- und Beobachtungseinheit 26 auf.
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Der
Simulator 21 umfasst einen Komponentensimulator, der das
Verhalten der einzelnen Einrichtungen an Bord des U-Bootes für sich simuliert und
einen übergeordneten
Prozesssimulator, der das zeitliche und funktionale Zusammenwirken
dieser Einrichtungen in verschiedensten Betriebszuständen des
U-Bootes simuliert.
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Der
Emulator 25 dient zur funktionellen Nachbildung des Automationssystems,
d. h. im Fall des Automationssystems der 1 der funktionellen Nachbildung
der vier Steuerungseinheiten (PLC) 5 des Automationssystems 2.
Der Emulator 25 weist hierzu bevorzugt für jede der
Steuerungseinheiten 5 jeweils einen Steuerungs-Emulatoreinheit 25a auf, so
dass jede der Steuerungseinheiten 5 durch jeweils eine
Emulatoreinheit 25a funktionell nachgebildet wird. Die
vier Emulatoreinheiten 25a erhalten über einen gemeinsamen Speicher
(shared memory) 22 Prozesssignale von dem Simulator 21 bzw.
geben über
den geteilten Speicher 22 Signale an den Simulator 21 aus.
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Die
Bedien- und Beobachtungseinheit 26 steuert die Datenausgabe
an einen Benutzer bzw. die Dateneingabe von einem Benutzer des Trainingssystems über die
Bedienstation 7. Die Daten ausgabe und die Dateneingabe
erfolgt auf der Bedienstation 7 bevorzugt über eine
grafische Benutzeroberfläche mit
Hilfe von in der Bedien- und Beobachtungseinheit 26 gespeicherten
HMI-Bildern.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen U-Bootes gemäß Patentanspruch 3.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Trainingssystem
ist das Trainingssystem 1 nun über den Bedien- und Beobachtungs-(HMI-)Computer 6 des Automationssystems 2 mit
der Bedienstation 7 koppelbar. Über den HMI-Computer 6 ist
wahlweise eine Bedienung des Trainingssystems 1 oder des
Automationssystems 2 möglich.
Die Umschaltung erfolgt hierbei mittels einer Software 14 im
HMI-Computer 6. Bei
der Software 14 handelt es sich bevorzugt um eine Remote-Access-Software.
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Die
Ausgabe der von dem Zentralgerät 4 erzeugten
Trainingsdaten erfolgt somit über
den HMI-Computer 6 des Automationssystems 2 auf
der Bedienstation 7 des Automationssystems 2.
Das Trainingssystem nutzt somit nicht nur die Bedienstation 7 des
Automationssystems 2, sondern auch den HMI-Computer 6 des
Automationssystems 2. Es kann somit im Vergleich zu dem
in 1 dargestellten Trainingssystem 1 das
Schaltelement 8 entfallen, stattdessen wird diese Funktionalität von dem HMI-Computer 6 des
Automationssystems 2 bereitgestellt. Das Trainingssystem 1 kann
somit noch kleiner und somit platzsparender ausgeführt werden kann.
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Dem
HMI-Computer 6 kann hierbei eine Client- und dem Zentralgerät 4 des
Trainingssystems eine Serverfunktion zugewiesen. Mittels eines Fernzugriffs
(Remote-Access) ist von Seite des HMI-Computers 6 ein Zugriff
auf die von dem Zentralgerät 4 erzeugten
Trainingsdaten möglich
bzw. können über die
Bedienstation 7 erfasste Bedienereingaben an das Zentralgerät 4 übergeben
werden.
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Mit
Hilfe der Trainingssysteme gemäß 1 und 3 können besondere
Betriebsbedingungen generiert und simuliert werden. "Schnappschüsse", d. h. von dem Trainingssystem
zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugte Simulationsdaten, können abgespeichert
und zu einem späteren
Zeitpunkt nochmals aufgerufen werden. Während der Simulationen ist über die
Bedienstation 7, oder gegebenenfalls einen weiteren, an
das Zentralgerät 4 angeschlossenen Rechner,
ein Setzen und Verändern
von Prozesswerten im Trainingssystem 1 möglich. Weiterhin
ist eine Wiederholung (Replay) von Trainingssitzungen möglich.