Beitrag 17

Simulation und Instruktorloses Training am Beispiel Schiffsmaschinensimulation

Prof. Dr.-Ing. Michael Rachow, Dipl.-Ing. Ralf Wacker
Hochschule Wismar, Fachbereich Seefahrt Warnemünde


  1. Einleitung
  2. Einsatz des Schiffsmaschinensimulators in der Ausbildung
  3. Instruktorloses Training (ILT)
  4. Erfolgskontrolle im ILT
  5. Erste Erfahrungen bei der Umsetzung dieses Konzepts
  6. Ausblick


1. Einleitung

Zur Vermittlung der Kenntnisse und Fertigkeiten zur Erlangung der Befähigung zum Schiffsingenieur wurden nach dem internationalen Übereinkommen zum Wachdienst und zur Ausbildung von 1995 (STCW 95) Festlegungen getroffen, die seit dem 01.08.1998 für die Ausbildung verbindlich vorgeschrieben sind. Zur Vermittlung dieser Kenntnisse und Fertigkeiten verfügt der Fachbereich Seefahrt der Hochschule Wismar in Warnemünde über die notwendigen technischen Voraussetzungen durch das Vorhandensein schiffstypischer Labore und das Maritime Simulationszentrum (MSCW) . Die Labore, wie z.B. Elektrolabor, Automatisierungsanlagenlabor und Maschinenlabor beinhalten alle wesentlichen Komponenten einer Schiffsmaschinenanlage. Mit dem MSCW verfügt der Fachbereich Seefahrt über eine Einrichtung, die die Komplexität des Schiffsbetriebes nachbildet und für die Ausbildung eine weitestgehende Realitätsnähe gestattet. Der Praxisanteil in der Ausbildung zum Schiffsingenieur basiert auf der vorgeschriebenen Berufsausbildung, einer Arfahrungsseefahrtzeit und verschiedenen Praktika. Er wird durch die Ausbildung im MSCW und speziell am Schiffsmaschinensimulator ergänzt und in der Wirksamkeit wesentlich aufgewertet.


2. Einsatz des Schiffsmaschinensimulators in der Ausbildung

Ergänzend zu den theoretischen Lehrveranstaltungen und den Übungen in den Maschinen- und Anlagenlaboren des Fachbereichs erfolgt die Einbeziehung des Schiffsmaschinensimulators in die Ausbildung in Form des "Direkten Interaktiven Trainings" (DIT) und des "Instruktorlosen Trainings" (ILT). Das Simulatortraining für die zukünftigen Schiffsingenieure beginnt mit dem Fachstudium, also dem 4. Studiensemester. In den ersten Stunden muß der Student sich zunächst mit dem Aufbau und der Funktion der simulierten Schiffsmaschinenanlage vertraut machen. Insbesondere sind hier die Rohrleitungssysteme und deren Schaltungsvarianten sowie der Aufbau und die Funktion/Bedienung der Einzelanlagen zu nennen. Die ersten Übungen beschäftigen sich mit der Herstellung der Betriebsbereitschaft, der Inbetriebnahme und dem ungestörten Hand- bzw. Automatikbetrieb.

Probleme treten immer dann auf, wenn Handlungen in dem betrachteten System bestimmter Voraussetzungen aus anderen Systemen bedürfen bzw. zu Auswirkungen und Störungen in anderen Systemen führen. So muß beispielsweise vor der Inbetriebnahme des Dampferzeugers die notwendige Elektroenergie zur Verfügung stehen und der Brennstofftagestank muß ausreichend gefüllt sein. Weiterhin kann es sein, daß Handlungen zu erheblichen Folgestörungen in anderen Systemen führen, deren Beseitigung Kenntnisse über diese Systeme voraussetzt.

Zur Belastung des Dampferzeugers ist es notwendig, bestimmte Verbraucher im Betrieb zu haben, die bei Druckabfall im Dampfsystem zu Störungen in den angrenzenden Systemen führen.

Diese Zusammenhänge sind durch die Komplexität der simulierten Schiffsmaschinenanlage bedingt und verlangen eigentlich die Kenntnis aller Teilsysteme und Funktionen von Anfang an. Da diese Kenntnisse erst im Verlauf des Simulatortrainings vermittelt werden, stehen für die Übungen solche Ausgangszustände zur Verfügung, in denen die notwendigen Randbedingungen erfüllt sind. Treten in der Übung Störungen in den angrenzenden System auf, so ist es die Aufgabe des Instruktors, diese Störungen zu beseitigen, um den Übungserfolg nicht zu gefährden.

Im weiteren Studienverlauf werden die Studenten immer vertrauter mit den Einzelsystemen, so daß sie die Komplexität der Maschinenanlage beherrschen und die notwendigen Voraussetzungen selbst erzeugen sowie Störungen in angrenzenden Systemen selbst beseitigen. Zur Unterstützung des "Kennenlernens" der Teilsysteme des Simulators steht das Instruktorlose Training zur Verfügung.


3. Instruktorloses Training (ILT)

Das Instruktorlose Training ist eine Möglichkeit des Selbststudiums am Maschinensimulator. Es soll dem Studenten das Kennenlernen des Aufbaus und der Funktion der Teilsysteme des Maschinensimulators erleichtern, um so System- und Bedienkenntnisse zu erlangen, die ein Arbeiten mit dem Maschinensimulator erleichtern.

Für das ILT stehen 8 voneinander unabhängige Arbeitsplätze (Workstations) zur Verfügung, an denen die Studenten den Umgang mit Teilsystemen des Maschinensimulators trainieren können. Die Teilsysteme nutzen die gleichen Simulationsmodelle wie der Maschinensimulator. Es werden weitestgehend die gleichen Bedien- und Anzeigeelemente wie im Maschinenkontrollraum und Maschinenraum des Maschinensimulators nachgebildet.

Im ILT stehen folgende Teilsysteme zur Verfügung:

  • Dampferzeuger mit Turbogenerator und Verbrauchern,
  • Hauptmotor einschließlich Versorgungssysteme,
  • Brennstoffbunker und Brennstoffaufbereitung ,
  • Laderaumkühlanlage,
  • Elektroversorgungssystem,
  • Mittelspannungsnetz,
  • Mehrmotorenanlage in 4 Varianten.

Der Student kann nach dem Einloggen in das System aus einem Katalog verschiedene Selbststudienübungen auswählen.

Die Selbststudienübungen beginnen mit einem frei gestaltbaren Informationsfenster, das den Ausgangszustand beschreibt, die Aufgabenstellung benennt und die zur Dokumentation notwendigen Schritte vorgibt.

Im Selbststudium werden die angrenzenden Systeme als immer ordnungsgemäß funktionierend angenommen. So sind z.B. im Dampfsystem die Brennstofftanks ständig gefüllt, die Generatoren liefern ausreichend Elektroenergie. Die Dampfverbraucher werden mit einem konstanten Dampfverbrauch angenommen, der nach Öffnen des Dampfentnahmeventils am Dampferzeuger abgenommen wird. Der Abgasstrom des Hauptmotors ist zwischen 0 und 100% veränderbar, ebenfalls die Leistungsabgabe des Turbogenerators nach dem Aufschalten.

Für die Bedienung steht der gleiche Umfang wie im Maschinensimulator zur Verfügung. Dies betrifft die Softwarebedienung und Hardwarebedienung. Die Softwarebedienung umfaßt die Bedien- und Anzeigefunktionen, die im Maschinensimulator an den Workstations, der grafischen Hilfsebene und dem Monitoring- und Controll System (MCS) vorhanden sind. Die Hardwarebedienung umfaßt die Bedien- und Anzeigefunktionen, die im Maschinensimulator an dem Bedien- und Überwachungspult bzw. an der Hauptschalttafel des Maschinenkontrollraumes sowie an den örtlichen Bedienständen des Maschinenraumes vorhanden sind. Während der Übung muß der Student zwischen Hard- und Softwarebedienung umschalten.


4. Erfolgskontrolle im ILT

Eine wesentliche Aufgabe des ILT ist die Kontrolle des erfolgreichen Erledigens einer Übung. Der Weg der Erfolgskontrolle ist so gewählt, daß er wenig personalintensiv durchgeführt werden kann, aber trotzdem eine Möglichkeit der Einschätzung des Übungsverlaufes und Übungsergebnisses ermöglicht.

Die Bewertung des Übungsablaufes im ILT erfolgt durch die Bewertung des Erfüllungsstandes folgender Aspekte:

  • Wurden die geforderten Zwischenergebnisse und das Endergebnis erreicht ?
  • Welche Grenzwertverletzungen sind auf dem Weg zum Endergebnis eingetreten ?
  • Welche Zeit wurde für die Erledigung der Übungsaufgabe benötigt ?

Mit dem Einloggen werden von dem Studenten der Name und ein Paßwort abgefragt, durch die die Übung zugeordnet werden kann. In der Aufgabenstellung wird der Student aufgefordert, bestimmte Situationen/Anlagenzustände durch eine Kopie des Bildschirminhaltes zu dokumentieren. Die Anzahl der Bildschirmausdrucke ist mit der Übung festgelegt. Alle während der Übung aufgetretenen Grenzwertverletzungen werden mit der Zeit ihres Auftretens und Beseitigens aufgezeichnet. Am Ende der Übung wird der Student aufgefordert zu entscheiden, ob er seinen Übungsverlauf dokumentiert haben möchte. Wird hier "Ja" gewählt, so werden ein Deckblatt mit Angaben zur Übung, die Kopie der aufgezeichneten Anlagenzustände mit Uhrzeit und die Liste der Grenzwertverletzungen ausgedruckt. Diese Ausdrucke bieten eine Möglichkeit, den Übungsverlauf im Nachgang einzuschätzen.


5. Umsetzen der Ergebnisse des ILT im Schiffsmaschinensimulator

Nach dem erfolgreichen Absolvieren der Übungen des ILT setzen die Studenten Ihre Kenntnisse im Maschinensimulator um. Die im ILT absolvierten Übungen befähigen die Studenten, sich schnell mit der Bedienung und den Funktionen am Maschinensimulator vertraut zu machen.

Die Bedienung am Maschinensimulator unterteilt sich in die Bedienebenen:

  • Hardwarebedienung über Fernsteuermode aus dem Maschinenkontrollraum,
  • Softwarebedienung (an einer Workstation) über Fernsteuermode über das Monitoring- und Control System aus dem Maschinenkontrollraum oder von der Brücke 1 des Schiffsführungssimulators,
  • Hardwarebedienung über Localmode aus dem Maschinenraum,
  • Softwarebedienung (an einer Workstation) über Fernsteuer- oder Localmode aus dem Maschinenraum.

Das Bedienkonzept entspricht dem des ILT, so daß die Studenten mit den jeweiligen Bedien- und Umschaltmöglichkeiten weitestgehend vertraut sind. Je nach Kenntnisstand werden an dem Maschinensimulator Aufgaben des ILT oder weiterführende Aufgabenstellungen im DIT trainiert. Die Übungen am Maschinensimulator werden in kleinen Gruppen durchgeführt und durch einen Instruktor betreut. Sie dienen der Erfolgskontrolle des ILT und gestatten weiterführende Inhalte, die insbesondere durch die Komplexität der Gesamtanlage und die intensive Betreuung der Übungsgruppe charakterisiert sind.


6. Erste Erfahrungen bei der Umsetzung dieses Konzepts

Die ersten Erfahrungen zeigen, daß dieses Konzept durch die Studenten gut angenommen wird. Das ILT zwingt jeden Studenten sich intensiv mit der simulierten Maschinenanlage und dem Bedienkonzept vertraut zu machen. Die Kenntnis der Systeme und Bedienabläufe wird im ILT weitestgehend erreicht. Beim Wechsel in den Maschinensimulator zum DIT werden die unterschiedlichen Bedien- und Anzeigemöglichkeiten schnell gefunden und erleichtern so die Konzentration auf die eigentliche Aufgabe. Den Blick für die komplexe Schiffsmaschinenanlage erlangen die Studenten aber erst im Maschinensimulator selbst. Hier erfolgt ein Hineinwachsen in die Gesamtanlage zunächst durch Trainingsaufgaben an den Einzelsystemen, ehe die Inbetriebnahme, der ungestörte und der gestörte Betrieb der Gesamtanlage erfolgen kann.


7. Ausblick

Das Konzept der Kombination von Instruktorlosem Training und Direktem Interaktiven Training am Maschinensimulator gepaart mit einer breiten Grundlagenausbildung, fachtheoretischen Lehrveranstaltungen und praktischen Versuchen in den Laboren des Fachbereichs Seefahrt wird die Anforderungen erfüllen, die mit dem STCW Übereinkommen von 1995 an die Vermittlung von Fähigkeiten und Kenntnissen bestehen. Aufbauend auf den Erfahrungen aus 4 Jahrzehnten Schiffsingenieurausbildung und den neu gewonnenen Erfahrungen der Nutzungsmöglichkeit der Simulationstechnik werden die Ausbildungsinhalte systemübergreifend und ganzheitlich vermittelt.