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Die Erfindung betrifft Schiff 5-Navigations- und -Steuerungs-
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trainingshilfen, und insbesondere einen Navigations-Ubungssimulator
der Art, bei dem einem eine Übung ausführenden Navigator eine graphische Darstellung
geboten wird, die einen Blick aus der Vogelperspektiye zeigt, der das eigene Schiff
und Umgebungsdaten simuliert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders, wenn
auch nicht ausschließlich für solche Simulatoren geeignet, die hauptsächlich dazu
dienen, einen Lotsen bzw. Piloten für das Anlegemanöver eines großen Tankers oder
Erzschiffes zu trainieren.
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Durch den Bau sehr großer Frachtschiffe, beispielsweise sehr großer
Supertanker iSt es für den Piloten bzw. Lotsen in zunehmendem Maße schwierig geworden,
die Annäherungsgeschwindigkeit, den Winkel und den Abstand seines Schiffes bezüglich
der Mole während eines Anlegemanövers abzuschätzen.
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Wenn sich die Brücke am Heck eines Schiffes und in einer beträchtlichen
Höhe über der Wasserlinie befindet, wird es durch die Sicht, die der Pilot von der
dem Bug gegenüberliegenden Mole und deren Relation bezüglich der Heckposition hat
und durch andere die Verhältnisse komplizierende äußere Einflüsse auf das Anlegemanöver
äußerst schwierig, eine sichere Annäherungsgeschwindigkeit und einen sicheren Abstand
abzuschätzen. Jeder Fehler bezüglich der Aufprallgeschwindigkeit auf die Mole kann
zu kostspieligen Beschädigungen am Schiff oder an der Mole, üblicherweise an beiden
führen.
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In den letzten Jahren hat sich eine beträchtliche Entwicklung im Bereich
der Anlegehilfen vollzogen, insbesondere bei Sonar-Abstandmessern und der Schaffung
von Molenanzeigen won Parametern, wie z.B. dem Abstand und der Annäherungsgeschwindigkeit.
Hiermit hat der Fortschritt im Bereich von Trainingshilfen nicht Schritt gehalten
und es besteht ein Bedarf für eine zufriedenstellende
Trainingshilfe,
die dazu verwendet werden kann, das Anlegemanöver eines großen Frachtschiffes zu
simulieren. Hauptziel der Erfindung ist es somit, einen solchen Stimulator zu schaffen,
der mit vernünftigen Kosten herstellbar, leicht aufzustellen und sehr vielseitig
ist, und der es insbesondere den Lotsen bzw. Piloten erlaubt, ein 1,Gefühl" für
das Anlegeproblem bei Nichtbetriebs-Bedingungen zu gewinnen.
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Gemäß der Erfindung umfaßt ein Schiffs-Navigations-Trainingssimulator
eine Konsole mit einem Bildschirm, der dazu dient, eine simulierte Darstellung des
Schiffes und von Umgebungsinformationen zu liefern, zwei Gruppen von Steuerungselementen
zum Einstellen von Umgebungsinformationen und Wiedergabeinformationen, die auf eine
durchzuführende Navigationsübung anwendbar sind, und zum Einstellen von Informationen,
die Schiffs- und/oder Schlepper-Steuerungsentscheidungen darstellen, die vom übenden
Navigator getroffen werden, beispielsweise die Maschinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl
und den Ruderwinkel, sowie eine Rechnervorrichtung, die so programmiert ist, daß
sie die Darstellung auf einer Zeitskala in Übereinstimmung mit den auf den beiden
Gruppen von Steuerungselementen eingestellten Informationen und den während des
Verlaufs der Übung erfolgenden Änderungen dieser Einstellungen steuert.
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Der Simulator kann in einem Selbstlehrprogramm verwendet werden, oder
es können die Umgebungsbedingungen und die Anzeigedaten zunächst durch einen Lehrer
eingestellt werden, wenn die getrennte Gruppierung der Schiffs/Schlepper-Steuerelemente
und der Steuerelemente für die Umgebungs-und Wiedergabedaten eine Trennung der Lehrer-
und der Schülerfunktionen ermöglichen, so daß der Schüler eine minimale Anzahl von
Steuerungselementen beispielsweise
während einer Anlegeübung betätigen
muß. Vorzugsweise ist jedoch zur Verwendung durch den Schüler eine gesonderte Konsole
vorgesehen und seiner dem "wirklichen Leben" entsprechenden Weise wird ein Anlegevorgang
durch den Piloten über sprachliche hnweisungen an die Schlepper, die Mole usw gesteuert,
wobei vorzugsweise keine von Hand einzustellenden Steuerungselemente für den Schüler
zugänglich sind und die beiden Konsolen durch eine Sprechverbindung miteinander
verbunden sind. Bei dieser Anordnung, bei der die beiden Konsolen identische Anzeigevorrichtungen
besitzen können, stellt der Lehrer nicht nur zu Beginn die Umgebungs- und die Wiedergabe-Steuerungseinrichtungen
ein, sondern bedient auch im folgenden die Steuerungseinheiten für das Schiff und
die Schlepper gemäß den sprachlichen Anweisungen, die er vom Schüler erhält. Dies
ist ein völlig neues Konzept im Bereich der Anlege-Übungsgeräte.
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Vorzugsweise sind die Steuerungselemente für jeweils einen Schlepper
auf einem getrennten Modul angeordnet, von denen üblicherweise fünf vorgesehen sind,
so daß andere Schüler die Rolle von Schlepperführern übernehmen können, von denen
jeder in einer SprechverbindungKmit der Schülerkonsole steht. Drei Nachrichtenübermittlungsvorrichtungen,
die vom Schüler verwendet werden können, simulieren vorzugsweise ein internes Telefon,
das zu den Hauptsteuerungsstellen des Schiffes führt, ein VHF- bzw.
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Sprechfunktelefon, das zu den Schlepperführern und den Kommandoführern
auf der Mole die Verbindung herstellt, und ein Gegensprechsystem, das die Verbindung
zur Brücke liefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist für den Lehrer nur
eine Nachrichtenübermittlungsvorrichtung vorgesehen, wobei das Gerät erkennt und
anzeigt, welche Einheit von dem Schüler verwendet wird und diese Nachrichtenübermittlungseinheit
automatisch mit dem Sprechgerät
des Lehrers verbindet.
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Gewünschtenfalls sind Steuerungsmöglichkeiten vorgesehen, die dazu
dienen, die Skala bzw. den Maßstab auszuwählen, mit dem die Übung auf dem Wiedergabegerät
dargestellt wird, und es kann eine Läufer- bzw. Zeiger- bzw. Markierungsvorrichtung
bezüglich des Wiedergabeschirms einstellbar sein, um auf diesem Schirm die dargestellte
Information zu positionieren. Zu dem relevanten Zeitpunkt während der Lande-Definition
kann der Rechner die Position der Schiffsmitte auf dem Schirm so steuern, daß sie
mit dem Zeiger bzw. der Markierung zusammenfällt, wodurch irgendeine Schiffs-Anfangsposition
bezüglich des Restes der wiedergegebenen Darstellung erzielt bzw. eingenommen werden
kann. Eine Nullpunkts-Pseudo-Zufalls-Technik kann verwendet werden, um die Lebensdauer
der Kathodenstrahlröhren zu verländern, auf denen die Darstellungen wiedergegeben
werden, wobei immer dann, wenn das Gerät eingeschaltet oder der Wiedergabemaßstab
geändert wird, automatisch ein Ursprung ausgewählt wird, dessen Lage sich zufallsbedingt
innerhalb eines vorgegebenen Flächenbereichs des Schirms, beispielsweise eines Flächenbereichs
von 1 cm2 andern kann.
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Vorzugsweise ist eine Möglichkeit zum Aufzeichnen der Gespräche zwischen
dem Schüler und dem Lehrer sowie ein Zeilendrucker und ein Diagrammdrucker oder
dergleichen vorgesehen, der eine schriftliche Aufzeichnung liefern kann.
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Vorzugsweise ermöglichen Aufzeichnungsvorrichtungen, daß eine Übung
für eine nachträgliche Wiedergabe aufgezeichnet wird, und die Zeitskala ist vorzugsweise
sowohl in Bezug auf5Ubung als auc t re Wiedergabe veränderbar.
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Vorteilhafterweise kann eine Übung mit einer Geschwindigkeit durchgeführt
werden, die entweder der Geschwindigkeit im wirklichen Zeitablauf oder einem Vielfachen
dieser Geschwindigkeit entspricht, wodurch die Übung auf einen Bruchteil der tatsächlichen
Zeit zusammengedrängt wird,
die der simulierte Anlegevorgang benötigt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine perspektivische
Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die getrennte Konsolen für den Lehrer
und den Schüler umfaßt, Fig. 2 ein das Grundsystem darstellendes Blockdiagramm,
Fig. 3 ein das volle System darstellendes Blockdiagramm, Fig. 4 eine typische an
der Konsole Zur Verfügung stehende Anzeige bzw. Darstellung während einer Anlegeübung,
Fig. 5 Kontroll- bzw. Steuertafeln der Lehrer-Konsole, Fig. 6 die zur sprachlichen
Verständigung dienenden Vorrichtungen der Konsolen, Fig. 7 einen typischen eine
Anlegeübung darstellenden schriftlichen bzw. lesbaren Ausdruck und Fig. 8 eine Bld-Projektionsvorrichtung.
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Das Gerät umfaßt eine Lehrerkonsole 1 und eine getrennte Schülerkonsole
2, von denen jede eine optische bzw. visuelle Darstellungseinheit 3 bzw. 4 umfaßt,
die auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre 5 oder 6 eine nachgeahmte Darstellung
wiedergibt, die eine vom Lehrer ausgewählte Navigationsübung
simuliert.
Beide Bildschirme zeigen dieselbe Darstellung, doch können gewisse Instrumten-Ablesewerte
und vom Rechner erzeugte Informationen wahlweise auf die dem Lehrer zur Verfügung
gestellte Darstellung beschränkt, d.h. also nur auf dem Bildschirm des Lehrers dargestellt
werden. Eine typische Anlegeübung ist mit mehr Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt
und erläutert. In dieser Figur zeigt der Bildschirm eine Darstellung aus der Vogelperspektive,
die die Umrisse eines Schiffes S, eine Mole J, Fender F1, F2, F3, F4 und Schlepper
bzw. Bugsierschiffe T1, T2, T3, T4 umfaßt. Die Größe des dargestellten Bewegungsspielraums
ist stufenweise umstellbar, beispielsweise von zwei Meilen (Annäherungsphase) auf
zwei Schiffslängen (Anlegephase).
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Wesentliche, sich auf die Anlegeübung beziehende Informationen werden
kontinuierlich angezeigt. So werden beispielsweise Maschinenbefehl/Umdrehungszahl
der Maschine pro Minute durch die Anzeigevorrichtung 7, Ruderbefehl/ Ruderwinkel
durch die Anzeigevorrichtung 8, der Kompaß-Steuerkurs durch die Anzeige 9 und Windrichtung
und Windgeschwindigkeit durch die Anzeige 10 wiedergegeben. Zusätzliche Informationen,
die individuell angewählt werden können, so daß sie entweder nur im Anzeigefeld
des Lehrers, auf beiden Anzeigefeldern oder auf keinem Anzeigefeld erscheinen, sind
der Drehgeschwindigkeitsanzeiger, die Drehzahl bzw. Zahl der Umdrehungen pro Minute
des Bugstrahlruders und das Geschwindigkeitslog bei der Anzeigeeinheit 11, die Führungs-
bzw. Verholkiampen/Hafenpoller-Identifikation bei den Anzeigeeinheiten 12 bis 15
und eine Ubungsbeschreibung (Typ des Schiffes und des Anlegeplatzes,,Anzahl der
Schlepper usw.) bei der Anzeigeeinheit 16. Erforderlichenfalls kann bei der Anzeigeeinheit
17 eine Anlege-Hilfe-Darstellung wiedergegeben werden, wobei die Figuren die wohlbekannte
IDASAT-Anzeige wiedergeben,
aber auch alternative Anzeigen wie
z.B. wie die bei einem Doppler-Radar oder Doppler-Sonar (auf dem Schiff befindlich)
verwendeten Anzeigen auswählbar sind.
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Um die Lebensdauer der Kathodenstrahlröhren zu verlängern, wird eine
Pseudo-Zufalls-Technik verwendet. Jedesmal, wenn das Gerät eingeschaltet oder der
Wiedergabemaßstab geändert wird, wird automatisch ein Ursprung ausgewählt, der zufallsbedingt
bzw. willkürlich irgendwo 2 innerhalb einer 1 cm großen Fläche des Bildschirms positioniert
ist. Dies stellt sicher, daß die statischen Darstellungskomponenten, bzw. die ständig
dargestellten Teile der Anzeige, beispielsweise die Instrumentendaten nicht immer
auf denselben Stellen der Schirme 5 und 6 wiedergegeben werden.
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Die Lehrerkonsole besitzt zwei Gruppen von Kontroll- bzw.
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Steuervorrichtungen 18 und 19 zum Einstellen bzw. Eingeben der entsprechenden
Umgebungs- und Darstellungs-Information und von Informationen, die die Schiff/Schlepper-Steuerentscheidungen
des Navigationsschülers darstellen. Diese Kontroll- bzw. Einstellorgane sind auf
gesonderten Kontrollpaneelen angeordnet, die, wie in Fig. 1 dargestellt, nebeneinander
angeordnet und in größerem Maßstab mit Einzelheiten in der Fig. 5 wiedergegeben
sind. Das Wesen und die Funktion dieser Einstell- bzw. Steuervorrichtungen wird
nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, wobei mit den Einstellvorrichtungen
18 für die Umgebungsbedingungen begonnen wird. Einstellvorrichtungen zur Definition
der Anlegeübung, die nur bei Beginn einer Übung verwendet werden, umfassen einen
Mehrstellungsschalter 20, mit dessen Hilfe der Typ des jeweiligen Schiffes ausgewählt
werden kann, beispielsweise ein beladener Tanker mit 250 000 dwt, ein unter Balast
fahrender Tanker mit 250 000 dwt oder ein Doppelschrauben-Containerschiff mit 60
000 dwt. Ein Mehrstellungsschalter 21 dient zur Auswahl der p atz spielsweise ein
Open-Sea-Anlege mit vier Fendern wie in
der in den Figuren gezeigten
Darstellung, während durch einen Knopf 22 der Steuerkurs des Schiffes S kontrollierbar
bzw. einstellbar ist und durch einen Mehrstellungsschalter 23 die freie Höhe unter
dem Kiel (keel clearance) in Metern vorgebbar ist. Der Knopf 22 wird in Verbindung
mit einer Steuerknüppel-Zeigers teuerung 24 verwendet, um vollständig die Anfangsposition
des Schiffes zu definieren. Wenn sie durch einen Schalter 25 eingeschaltet wird,
bewegt die Zeigersteuerung 24 einen Zeiger bzw.
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eine Markierung in der Form eines "+"-Zeichens. Zu der entsprechenden
Zeit während der Definition der Anlegeaufgabe wird das Zentrum des Schiffes S automatisch
so gesteuert, daß es mit der Markierung zusammenfällt, so daß jede Schiffs-Anfangsposition
erreicht werden kann.
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Zwei Steuerorgane 26 und 27 dienen dazu, die Windrichtung bzw. Windgeschwindigkeit
einzustellen, während Steuerorgane 28 und 29 dazu dienen, die Richtung bzw. Geschwindigkeit
der Gezeitenströmung festzulegen. Die Steuerorgane für den Wind und die Gezeiten
strömung können während einer Übung jederzeit geändert bzw. anders eingestellt werden,
mit Ausnahme des Falles, daß durch das Steuerorgan 21 eine feste Anlegestelle ausgewählt
wird, wobei das Steuerorgan 28 für die Richtung der Gezeitenströmung automatisch
unwirksam gemacht und angenommen wird, daß die Richtung der Gezeitenströmung parallel
zur Anlegestelle verläuft.
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In der Gruppe 18 sind fünf Anzeige-Steuereinheiten vorhanden, mit
deren Hilfe der Maßstab der bildlichen Darstellung ausgewählt und festgelegt werden
kann, welche der wahlweisen Instrumente/Identifizierungsmöglichkeiten dargestellt
werden sollen. Eine Wiedergaben-Expansions-Steuerung, die von einem Mehrstellungsschalter
30 gebildet wird, dient zur Auswahl der gewünschten Größe bzw. des gewünschten Maßstabes
der dargestellten Fläche,
und ein Mehrstellungsschalter 31 kann
dazu verwendet werden, festzulegen, welche Landehilfe (wenn überhaupt eine), bei
17 wiedergegeben wird; unabhängig von der Stellung dieses Schalters wird jedoch
eine gewählte Anlegehilfe nur dann dargestellt bzw. wiedergegeben, wenn durch den
Schalter 30 die maximale Ausdehnung (Anlegephase) gewählt worden ist Mit Hilfe eines
Dreistellungsschalters 32 kann ausgewählt werden, ob die wahlweise zur Verfügung
stehenden Instrumenten-Ablesewerte (Drehgeschwindigkeitsanzeiger, Umdrehungen pro
Minute des Bugstrahlruders, Geschwindigkeitslog usw.) nur bei 11 an der Wiedergabeeinheit
des Lehrers, sowohl an der Wiedergabeeinheit des Lehrers als auch der des Schülers
oder an keiner Wiedergabeeinheit dargestellt werden. Mit Hilfe eines anderen Dreistellungsschalters
33 kann ausgewählt werden, ob die Numerierung der Schlepper nur am Lehrerpult, an
beiden Pulten oder an keinem der Pulte wiedergegeben wird, und mit Hilfe eines weiteren
Dreistellungsschalters 34 kann ausgewählt werden, ob die Numerierung der Schiffs-Verholklampen
und die Molenpoller-Positionen nur auf der Anzeigeeinheit des Lehrers, auf beiden
Anzeigeeinheiten oder auf keiner Anzeigeeinheit dargestellt werden Es sind drei
Zeit- und Aufzeichnungs-Einstellvorrichtungen vorhanden, die dazu dienen, auszuwählen,
welche Zeitskala und welche Aufzeichnungsvorrichtungen Verwendung finden sollen
Ein Mehrstellungsschalter 35 dient zur Auswahl der Geschwindigkeit, mit der die
Übung durchgeführt wird (das 1-, 2-, 3-, . ... ,n-fache der realen Zeit).
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Ein Schalter 36 wird dazu verwendet, eine in Fig. 1 dargestellte Ausdruckvorrichtung
37 ein--od-er auszuschalten, und ein Schalter 38 legt fest, ob eine Übung für eine
nachfolgende Wiederholung aufgezeichnet werden soll. Ein Hauptsteuerabschnitt der
Gruppe 18 steuert den Arbeitsmodus
des Gerätes und umfaßt einen
Haupt-Ein/Aus-Schalter 39 und sechs beleuchtete Druckknopf schalter 40 bis 45.
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Ein ENTER-Schalter 40 wird gedrückt, um anzuzeigen, daß die Bedienungsperson
eine spezielle Einstell-Aufgabe beendet hat, ein RUN-Schalter 41 signalisiert, daß
eine Übung beginnen soll, ein HAJ.T-Schaiter 42 wird dazu verwendet, um anzuzeigen,
daß eine Übung unterbrochen werden soll, ein CONTINUE-Schalter 43, daß eine unterbrochene
Übung weitergeführt werden soll, ein REPLAY-Schalter 44, daß eine aufgezeichnete
Übung wiederholt werden soll, während ein TEST-Schalter 45 dazu dient, eine automatische
Selbstüberprüfungs-Routine (d.h. zur Überprüfung bzw. Suche nach Hardware-Fehlern)
aufzurufen.
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Die Steuerorgane der Schiff/Schlepper-Steuerungsgruppe 19 sind in
drei Abschnitten angeordnet, die jeweils die Steuerung des Schiffes, die Steuerung
der Schlepper bzw.
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die Haltetrossen-Position betreffen. Der erste Abschnitt umfaßt eine
Steuer- bzw. Einstellvorrichtung 40 für den Ruderwinkel, einen Schieber 41 für die
Steuerbordmaschine, der außer Betrieb ist, wenn der Lehrer ein nur eine Schraube
besitzendes Schiff für die Übung ausgewählt hat, einen entsprechenden Schieber 42
für die Backbordmaschine, der als Hauptrnaschinensteuerung bei einem nur eine Schraube
aufweisenden Schiff dient, und eine wieder als Schieber ausgebildete Steuervorrichtung
43 für das Bugstrahlruder.
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Um ein realistischeres Ansprechverhalten zu erzeugen, werden künstliche
Zeitverzögerungen immer dann erzeugt, wenn irgendeine Änderung an den Schiffs-Steuervorrichtungen
vorgenommen wird.
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Der Schlepper-Steuerungsabschnitt umfaßt fünf identische Einheiten
44, von denen jede dazu dient, die Steuerung eines Schleppers zu simulieren, so
daß bei einer Übung bis zu fünf Schlepper verwendet werden können. Jede Einheit
44 kann aus der Konsole 1 entfernt werden, um es
Nitschülern zu
ermöglichen, die Rolle eines Schlepperführers zu spielen, und jede Einheit umfaßt
fünf Steuer-Organe. Das erste Steuerorgan ist ein Hand/Automatik-Schalter 79, der
dazu dient, die Betriebsweise für die Schalter bzw. Steuerorgane 45, 46, 47 und
49 auszuwählen, so daß dann, wenn ein Handbetrieb eingestellt ist, die Bedienungsperson
die volle Kontrolle über die Schlepper hat, während dann, wenn der Automatikbetrieb
gewählt ist, die Last der Schleppersteuerung (beispielsweise seines Manöverierens
vom Ziehbetrieb in einer Stellung zu einem Schiebebetrieb in einer anderen Stellung)
der Bedienungsperson abgenommen und automatisch vom Rechner durchgeführt wird. Ein
Schalter 45, der nur im automatischen Betrieb wirksam ist, dient zur Einstellung,
ob der Schlepper das Schiff schieben oder ziehen soll, und dann, wenn ein Ziehbetrieb
gewählt wird, wird in der Anzeige automatisch eine Zugleine zwischen dem Schiff
und dem Schlepper dargestellt. Ein Leine-Fest/ Leine-Frei-Schalter 46 wird dazu
verwendet, um beim Handbetrieb eine Schlepperleine festzumachen oder zu lösen oder
im automatischen Betrieb einen Schlepperleinen-Bruch zu simulieren. MehrstellungSschalter
47 dienen zur Auswahl, welcher der einundzwanzig verfügbaren Verbindungspunkte mit
dem Schiff S verwendet werden soll, wobei die Schalterstellung "00" gewählt wird,
wenn der betreffende Schlepper nicht in Betrieb ist. Eine Steuereinheit 48 dient
dazu, die Schlepper-Motorgeschwindigkeit in Schritten von 50 Umdrehungen pro Minute
von Null bis zu 500 Umdrehungen pro Minute einzustellen, und die fünfte Schlepper-Steuervorrichtung
49 dient zur Einstellung des Relativsteuerkurses im automatischen Betrieb (d.h.
der Richtung des Schleppers bezüglich des Schiffes S) oder des absoluten Steuerkurses
im Handbetrieb. Um ein realistischeres Ansprechverhalten zu erzeugen, werden automatisch
Zeitverzögerungen bezüglich Einstellungsänderungen der Schlepper-Steuerorgane erzeugt;
dies
gilt jedoch nicht für die Leinen-Fest/Leinen-Frei-Steuerung, die einen Leinenbruch
simuliert.
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Der letzte Abschnitt der Steuerelementegruppe 19 umfaßt einen Verholklampen-Mehrstellungschalter
50, der es erermöglicht, irgendeinen der zur Verfügung stehenden Verbindungspunkte
auf dem Schiff auszuwählen, einen Poller-Mehrstellungsschalter 51, der es ermöglicht,
irgendeinen der Verbindungspunkte an der Mole J auszuwählen, und einen Kraft-Mehrstellungsschalter
52, der auf die erforderliche Windenkraft (winch-in force) eingestellt wird.
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Dieser Abschnitt der Steuer- bzw. Schaltelemente wird durch einen
"Verbindungs"-Knopf 53 und einen "Löse"-Knopf 54 vervollständigt. Um das Befestigen
einer Haltetrosse zu simulieren, werden die Mehrpositionsschalter 50, 51 und 52
eingestellt und der Druckknopfschalter 53 gedrückt; um das Lösen einer Haltetrosse
zu simulieren, werden die Mehrstellungsschalter 50 und 51 eingestellt und der Druckknopf
schalter 54 niedergedrückt.
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Das in Fig. 2 dargestellte Simulator-Grundsystem umfaßt die Bedienungselemente
55 für die Bedienungsperson, wie z.B. die oben beschriebenen Bedienungselementegruppen
18 und 19, den Hauptrechner 56, eine Steuervorrichtung 57 für die graphischen Darstellungen
und eine einzelne optische Anzeige- bzw. Wiedergabeeinheit, wie z.B. die Einheit
3. Wahlweise stehen die verschiedensten Weiterbildungsformen dieses Grund systems
bis hinauf zu dem in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsforin verwendeten vollständigen
System zur Verfügung, dessen Blockdiayramm in Fig. 3 dargestellt ist. Dieses zeigt
zusätzlich zu den Elementen 55 bis 58 des Basis systems die zusätzliche optische
Wiedergabeeinheit 4 für den Schüler, eine Großraumspeichereinheit 59 (so z.B. Hard-Disc,
Floppy-Disc, Magnetband-, Halbleiter-Speicher, Kernspeicher,
Blasenspeicher,
Lochstreifen, Lochkarten usw.) den Hard-Copy-Liniendrucker 37, der auch durch einen
Kurven-Plotter, einen Chart-Recorder usw. ersetzt werden kann, eine Sprachverbindungsvorrichtung,
die eine Schüler-Sprechanlage 60, eine Lehrer-Sprechanlage 61 und eine Sprechanlagensteuerung
62 umfaßt, ein Magnetbandgerät 63 und eine Bild-Projektionsvorrichtung, die einen
der Anzeige- bzw. Darstellungseinheit 4 zugeordneten Projektor 64 und einen großen
Projektionsschirm 65 umfaßt.
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Der Hauptrechner 56 liest und interpretiert alle von der Bedienungsperson
vorgegebenen Einstellungen der Steuerungselemente 18 und 19 und ist gemäß vorgegebenen
mathematischen MoCdel/ programmiert, dessen Gleichungen auf den Bereich der auswählbaren
Übungen anwendbar sind. Diese Gleichungen berücksichtigen zumindest die folgenden
Eingangsparameter: (1) Freiraum unter dem Kiel (2) Offene/geschlossene Anlegeplatz-Ronfigurationen
(3) Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Schiffsmaschine (4) Schiffs-Ruderwinkel (5)
Richtung und Geschwindigkeit des Windes (6) Richtung und Geschwindigkeit von Meeresströmungen
(7) Geschwindigkeit und Richtung des Bugstrahlruders (8) Belastungen und Stellungen
der Haltetrossen (9) Orientierung und Kräfte der Schlepper (10) Dynamik der Fender
Somit werden nach dem Lesen und Interpretieren der Einstellungen der Steuerorgane
durch den Rechner die Lösungen der zur Definition der Schiffs- und Schlepperpositionen
verwendeten Gleichungen berechnet und auf den neuesten Stand gebracht,
wie
auch die auf den optischen Darstellungseinheiten wiederzugebenden Informationen
laufend auf den neuesten Stand gebracht werden. Der Rechner kann auch aus der Großraumspeichervorrichtung
69, die zur Aufzeichnung und erneuten Wiedergabe einer Übung verwendet wird, Informationen
auslesen bzw. in diese Großraumspeicher-Einheit einschreiben, darüberhinaus gibt
der Rechner Informationen auf den Liniendrucker 37 aus. Die Steuervorrichtung 57
für die graphischen Darstellungen setzt ihre vom Rechner 56 stammenden digitalen
Eingangsdaten in analoge Ausgangswerte um, die dazu dienen, die hochauflösenden
Kathodenstrahlröhren-Anzeigevorrichtungen in den Wiedergabeeinheiten 3 und 4 anzusteuern.
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Vom Rechner 56 stammende digitale Informationen werden in einem Speicher
gespeichert und dann dazu verwendet, kontinuierlich darzustellende Vektoren und
Buchstaben bzw.
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Zeichen zu erzeugen. Ein wesentliches Merkmal der Steuervorrichtung
57 besteht darin, daß sie kontinuierliche Umrisse erzeugt, d.h. es wird nicht eine
Reihe von Punkten es werden sondern/durchgezogene bzw. durchgehende Linien gezeichnet,
was eine Betrachtung der Schirmbilder aus unmittelbarer Nähe wesentlich erleichtert.
Es können jedoch statt dessen auch weniger aufwendige Steuerungsvorrichtungen verwendet
werden, die weniger wirksame bzw. genaue Darstellungen liefern, wenn das Erfordernis
für den Schüler dahin geht, Multifunktions-Übungen bei geringeren Kosten abzudecken.
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Während der Vorgabephase für die Anfangswerte und während Maßstabsänderungen
lädt der Rechner 56 die Steuervorrichtung 57 mit Vektorinformationen, die repräsentativ
für die statischen Komponenten, wie z.B. die Mole J und die Instrumentenskalen sind.
Eine Übungsfiäche des Bildschirms wird definict, auf der die dynamisehen Komponenten
(das Schiff S und die Schlepper T) bewegt werden können und ungefähr jede Zehntelsekunde
veranlaßt der Rechner die Steuervorrichtung
57, die dynamische
Übungsfläche zu löschen und mit auf den neuesten Stand gebrachten Informationen
zu überschreiben, was den Eindruck einer Bewegung erzeugt.
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Wie bereits erwähnt umfaßt die den Informationsaustausch zwischen
dem Schüler und dem Lehrer ermöglichende Vorrichtung die Sprechanlage 60 für den
Schüler, die Sprechanlage 61 für den Lehrer und eine zugehörige Steuereinrichtung
62, wobei die Sprechanlagen im Detail in Fig 6 wiedergegeben sind. Über diese Verbindungseinrichtung
kann der Schüler sprachliche Anweisungen geben, gemäß denen der Lehrer die Schiff/Schlepper-Steuerungseinrichtungen
betätigt; die -Sprechanlage 60 umfaßt Handapparate 66 und 67, ein Mikrofon 68 und
einen Lautsprecher 69. Die Handapparate simulieren jeweils ein internes Telefon
und ein VHF-Telefon, während das Mikrofon und der Lautsprecher die Gegensprechanlage
simulieren, welche den anderen Kommunikationskanal bildet, der normalerweise dem
Lotsen bzw. Piloten auf der Brücke eines Schiffes zur Verfügung steht, wie dies
beschrieben wurde.
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Für den Lehrer ist nur eine Nachrichtenverbindungs-Vorrichtung erforderlich
und somit sind die Handapparate bei der Sprechanlage 61 nicht vorhanden; die Kommunikation
erfolgt also ausschließlich mit Hilfe eines Mikrofons 70 und eines Lautsprechers
71. Anzeigelampen 72 und 73 zeigen jeweils an, ob die Handapparate des Schülers
benutzt werden. Die Kontrollvorrichtung 72 stellt fest, welche Nachrichtenübermittlungs-Vorrichtung
vom Schüler eingesetzt wird, und verbindet diese automatisch mit der Sprechanlage
61 und läßt erforderlichenfalls eine der Lampen 72, 73 aufleuchten, um den Lehrer
darüber zu informieren, welche simulierte Nachrichtenverbindung gerade eingesetzt
wird.
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Es besteht auch die Möglichkeit, daß durch den Schüler und/oder Lehrer
Kopfsprechhörer, d.h. kombinierte Kopfhörer
und Mikrofone verwendet
werden. Wenn ein Kopfsprechhörer mit der -Steckbuchse 77 des Schülers oder der Steckbuchse
78 des Lehrers verbunden ist, werden die Audioeinrichtungen der betreffenden Sprecheinrichtungstafel
umgangen.
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Die Großspeichervorrichtung 59 ermöglicht es, jede Übung aufzuzeichnen
und diese Aufzeichnung aufzubewahren, wodurch es möglich wird, die Übung zu einem
späteren Zeitpunkt wieder abzuspielen und vollständig zu analysieren.
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Der Lehrer kann auch beispielhafte zungen für eine nachfolgende Unterweisung
der Schüler voraufzeichnen, und eine aufgezeichnete Übung kann mit einer anderen
Geschwindigkeit wieder abgespielt werden, als sie aufgezeichnet wurde; es ist auch
möglich, eine erneute Wiedergabe bis zu einem ausgewählten Punkt durchzuführen und
dann unter Handsteuerung fortzufahren. Die Daten für eine Übung werden in regelmäßigen
Intervallen dadurch aufgezeichnet, daß die gegenwärtigen Einstellungen aller unabhängigen
Variablen in der Großspeichervorrichtung gespeichert werden, so z.B. die Schiffsposition
und die Schlepper-Vektoren.
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Das Band-Wiedergabegerät 63 erlaubt eine gleichzeitige Wiedergabe
des durchgeführten Gesprächsdialogs, der synchron mit der optischen Darstellung
erneut abgespielt werden kann.
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Der Linien- bzw. Zeilendrucker 37 ist insbesondere geeignet, optische
Aufzeichnungen von Anlegeübungen zu liefern, wobei ein typischer Anfangsabschnltteiner
solchen Aufzeichnung in Fig. 7 dargestellt ist. Bei diesem Beispiel, das auf einen
streifenförmigen Darstellungsträger 74 gedruckt ist, stellt die Linie 75 eine graphische
Wiedergabe des Abstandes des Buges von der Anlegestelle über der Zeit und die Linie
76 eine ähnliche graphische Darstellung des Abstandes des Hecks von der Anlegestelle
dar,
wobei die Diagrammachsen in Minuten bzw.
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Metern unterteilt sind. Eine Zeilennummer-Anzeige ist vorgesehen,
so daß beim Wiederabspielen einer aufgezeichneten Übung die optische Wiedergabe
zur graphischen Darstellung in Bezug gesetzt werden kann. Die Xopie liefert auch
eine Aufzeichnung der Leistung des Schülers für eine nachfolgende Bewertung und
Abspeicherung.
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Die unter Bezugnahme auf Fig. 3 kurz erwähnte Bild-Projektionsvorrichtung
ist ebenfalls ein außerordentlich wertvolles, wahlweise einsetzbares Merkmal und
ist im einzelnen in Fig. 8 dargestellt. Der Projektor 64 kann entweder auf die optische
Wiedergabeeinheit 3 oder die optische Wiedergabeeinheit 4 montiert werden und projeziert
die Darstellung auf den großen freistehenden Projektionsschirm 65. Dies ergibt eine
Möglichkeit zur gruppenweisen Betrachtung und Unterweisung, und der Projektor arbeitet
auf dem Prinzip eines Epidiascopes. Er kann alternativ auch auf irgendeine andere
geeignete weiße Oberfläche projezieren und ist weiterhin so aufgebaut, daß er schnell
auf die optischen Wiedergabegeräte aufgesetzt oder von ihnen abgenommen werden kann.
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Die beschriebene Ausführungsform besitzt drei Hauptbetriebsarten und
das Gerät ist primär für eine Verwendung durch zwei Personen in einem Schüler/Lehrer-Betrieb
entworfen. Der Aufbau ist so, daß der Schüler nur sehr wenige Anweisungen braucht,
bevor eine Übung, typischerweise eine Anlegeübung beginnen kann, und die Verwendung
einer Sprechverbindungseinrichtung ohne für den Schüler zugängliche Steuerungsvorrichtungen
simuliert genau die im wirklichen Leben auftretende Situation, wenn ein Anlegemanöver
von einem Lotsen bzw. Piloten durchgeführt wird.
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Normalerweise stellt der Lehrer die Umgebungs- und Wiedergabebedingungen
vor Beginn einer Übung ein und betätigt dann lediglich die Schiff/Schlepper-Steuerorgane
nach den
Anweisungen des Schülers. Erforderlichenfalls können jedoch
die Umgebungs- und Wiedergabeparameter auch während des Verlaufes einer Übung geändert
werden.
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Der Aufbau der Lehrerkonsole 1, mit den in zwei Gruppen-18 und 19
unterteilten Steuerorganen erleichtert die Verwendung des Gerätes in einem Selbstlehrbetrieb,
bei dem der Schüler die Konsole 1 verwendet. Wenn die Konsole 1 für einen Selbstunterricht
verwendet wird, werden die Umgebungs- und Wiedergabe-Parameter am Anfang eingestellt,
so daß der Schüler während einer Anlegeübung lediglich die minimale Anzahl von Steuerelementen,
die in der Gruppe 19 zusammengefaßt sind, zu betätigen hat.
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Bei einem Klassen-Unterweisungs-Betrieb ist das System für eine klassenweise
Unterweisung eingerichtet, wobei das in Fig. 8 dargestellte Bildprojektionssystem
Verwendung findet, daß eine Betrachtung der dargestellten Diagramme durch eine ganze
Gruppe von Personen ermöglicht.
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Diese Großschirmdarstellung kann für eine Unterweisung verwendet werden,
wobei die Versuche eines Schülers bei einer Übung wieder abgespielt und von der
Klasse diskutiert werden können, oder für einen Unterricht, wobei es erlaubt, daß
der Lehrer eine große Zahl von Schülern gleichzeitig unterrichtet.
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Das System ist so aufgebaut, daß zusätzlich zur Einstellung einer
vorgegebenen Übung, bei der die mathematischen Modelle Verwendung finden, mit denen
der Rechner 56 programmiert ist, der Lehrer diese Modelle umgehen und das System
verwenden kann,/ allgemeine Schiffsmanöver, die er sich selbst ausgedacht hat, unter
seiner unmittelbaren Steuerung zu demonstrieren. Der Bewegungsspielraum bzw. die
Übungsfläche auf dem Bildschirm kann auch so erweitert werden, daß sie auf offener
See stattfindende Steuerungsmanöver
umfaßt und die Konstruktion
sorgt dafür, daß die Dynamik von Wasserschleppern hinzugefügt wird und daß die Möglichkeit
besteht, Molen/Fender/Küsten-Konturen einzuführen; letzteres ermöglicht esdas dynamische
Ansprechverhalten von verschiedenen Molen/Fender-Konstruktionen zu überprüfen und
zu testen.
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Das System ist weiterhin so aufgebaut, daß es vom Benutzer vorgegebene
Programme an- bzw. übernehmen kann.
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In der Großspeicher-Vorrichtung enthaltene Benutzerprogramme können
in den Rechner-Speicher geladen werden und dann auf übliche Weise ablaufen. Es kann
auch ein Tastenfeld angepaßt werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, Programmkode
einzugeben oder in den Rechner Parameter einzuführen.
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Somit schafft die Erfindung einen Trainingssimulator für eine Schiffsnavigation
und Schiffssteuerung, der eine Konsole 1 zur Verwendung durch einen Lehrer und eine
Konsole 2 zur Verwendung durch einen zu unterweisenden Navigator oder Schüler umfaßt,
Jede Konsole 1 oder 2 besitzt optische Wiedergabeeinheiten 3 oder 4 mit einem Bildschirm
5 oder 6, um eine imitierte bzw. schematische Wiedergabe des Schiffes und Umgebungs-Informationen
zu liefern; der Lehrerkonsole 1 sind zwei Gruppen 1&, 19 von Steuereinheiten
zugeordnet, die dazu dienen, die Umgebungs- und Darstellungs-Informationen einzustellen,
die auf die durchzuführende Navigations- oder Schiffssteuerungsübung zur Anwendung
kommen sollen, sowie Informationen, welche die Schiffs/Schlepper-Steuerungs-Entscheidungen
des Schülers darstellen. iDie Konsolen sind miteinander durch eine Sprechverbindung
60, 61 verbunden, so daß der Lehrer zunächst die Umgebungs- und Anzeige-Steuergeräte
18 einstellen und hierauf die Gruppe 19 von Steuereinheiten für die Schiffs/Schlepper-Steuerung
in Übereinstimmung
mit den über die Sprechverbindung 60, 61 übertragenen
sprachlichen Anweisungen des Schülers einstellen kann.
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Ein Rechner ist so programmiert, daß er die Wiedergabe auf den Bildschirmen
5,6 mit einer Zeitskala in Übereinstimmung mit den Informationen steuert, die auf
beiden Gruppen von Steuereinheiten 18, 19 eingestellt sind, sowie in Übereinstimmung
mit den Änderungen dieser Einstellungen während des Verlauf der Übung.