Dr.Hrivnák István – Molnár Géza
IBAS Integrált üzemi kiképző rendszer Egy új technológia vagy berendezés üzembe állításakor elengedhetetlen a kezelők és az üzemeltetők magasszintű kiképzése. Napjaink bonyolult vasútüzemi rendszereinek oktatásához már nem elegendők az ”egyszerű” klasszikus értelemben vett szimulátorok, olyan integrált rendszerekre van szükség, amelyek a vasúti folyamatokat a maguk összetettségében és bonyolultságában teljes értékűen képesek modellezni valamennyi irányítási szinten. Az IBAS Integrált Üzemi Kiképző Rendszer ezt a célt hivatott teljesíteni.
1. Bevezetés A hamburgi HOCHBAHN AG (HA) az általa üzemeltetett kb. 600 autóbusszal és kb. 830 metro szerelvényével Németoszág második legnagyobb tömegközlekedési vállalata. Metro hálózata, amely kb. 100 km hosszú és 89 állomásból illetve megállóból áll, évente megközelítőleg 180 millió utast szállít (1.ábra).
1.ábra A HOCHBAHN AG gyorsvasúti hálózata
A HOCHBAHN AG irányelve, hogy a tudomány és a technológiai fejlődés eredményeit a gyakorlatban is minél hamarabb alkalmazza a gazdaságos és
hatékony üzemeltetés biztosítása érdekében. Ennek egyik lényeges előfeltétele a korszerű technológia és berendezések használatára megfelelően kiképzett személyzet. A HOCHBAHN AG kb. 500 fő vonatvezetőt, kb. 400 fő állomási és vonatforgalmi diszpécsert valamint biztosítóberendezés kezelőt alkalmaz metro hálózatán. A magas szintű képzést évek óta a MESSINA fantázia nevű, 1998ban üzembe helyezett oktatási és tervezésű célú multifunkcionális szimulációs rendszer biztosítja [1]. 1999ben helyezte üzembe a Vossloh IT Kiel az általa kifejlesztett és szállított SBS rendszer (Steuerungs und BetriebsführungsSystems: Vonatforgalmi és Üzemi felügyeleti Rendszer) első szakaszát az U1 metro vonalon. Azóta a teljes U1 vonal az SBS felügyelete alatt üzemel, és elkezdődött az U2 és U3 vonalakra is a rendszer telepítése. Mindez megköveteli a teljes kezelő személyzet átképzését. Ennek érdekében egy olyan oktatási célú szimulációs rendszer készült a Vossloh IT Kiel és a magyarországi TranSYS kft. együttműködése keretében az U1 metro vonal teljes hosszára, amely a MESSINA szimulációs rendszer és az SBS valós üzemirányító rendszer összekapcsolásával – IBAS (Integriertes Betriebliches AusbildungsSystem: Integrált Üzemi Kiképző Rendszer) alkalmas az állomási és vonatforgalmi diszpécserek kiképzésére is. 2. Rendszerstruktúra Az IBAS rendszer alapvetően az alábbi fő modulokból áll (2.ábra): Ø MESSINA biztosítóberendezési és vonatfutás szimulátor, szimuláció felügyelet Ø SBS vonatforgalmi és üzemi felügyelet Ø Menetrend menetrend előállítása a szimulált időszakra Ø Gördülőállomány adminisztráció Ø CBT önálló tanulás támogatása Ø Konfiguráció, kiképzés felügyelet és adminisztráció IBAS integrált kiképző rendszer
Szimuláció
SBS Menetrend
< Vonatforgalom felügyelet > < Állomás felügyelet >
Gördülöállomány adminisztráció
< Biztosítóberendezés Szimuláció > < Vonatfutás Szimuláció > < Szimuláció Felügyelete >
Kiképzés felügyelet, adminisztráció
MESSINA
2.ábra Az IBAS főbb moduljai
CBT
2.1. MESSINA biztosítóberendezési és vonatfutás szimulátor, szimuláció felügyelet A MESSINA szimulációs rendszer a biztosítóberendezések valamennyi funkcióját modellezi, beleértve a külsőtéri objektumokat is. Előállítja a szükséges vonat meneteket (menetrend szerint vagy az oktató által vezérelten), felhasználva a járművek valós paramétereit a menetdinamikai számítások elvégzéséhez. A MESSINA lehetőséget biztosít széleskörű üzemi és technikai jellegű zavar és hiba beállítására és szimulációjára azonnali illetve előre programozott módon [2]. A fentiek lehetővé teszik különböző folyamatok és üzemi szituációk tanulmányozását, oktatását a gyorsvasúti hálózat valós menetrendje alapján, figyelembevéve a biztosítóberendezések kiépítettségét és azok kezelőinek felkészültségét. A MESSINA a következő funkciók integrációját valósítja meg: Ø Ø Ø Ø
biztosítóberendezés hálózati szimulációja hiba és zavar szimuláció vonat menetek menetrend szerinti generálása és közlekedtetése adatgyűjtés a biztosítóberendezésről és a vonat futásról a későbbi kiértékelés számára Ø az üzemi folyamatok és berendezések befolyásolása a kezelő által Ø információ továbbítása az SBS felé annak szabványosított távirat formátumában Az U1 vonalon jelenleg két különböző típusú elektronikus biztosítóberendezés (Alcatel ESTW és Siemens SICAS ESTW) és jelfogós biztosítóberendezések (SpDrS) található. Az SpDrS berendezések SICAS távvezérlő felületen távvezéreltek. A MESSINA valamennyi típus működését és kezelőfelületét funkcionálisan szimulálja, beleértve a nyomógombos kezelőfelületet is. A hiba és zavar szimuláció az oktató által az adott berendezés típusának megfelelően vezérelhető (pl. hamis foglaltság, váltóállítási hiba, kezelőfelület zavarok, stb). A biztosítóberendezési funkciók mellett a másik központi komponens a vonatfutás szimulátor. Ez leképezi a vonatok menetdinamikáját (gyorsítás, kifuttatás, fékezés), valamint a vonatok menetrendnek megfelelő üzemszerű viselkedését (állomáson megáll, csatlakozásra vár, stb). A HOCHBAHN AG valamennyi vonatmenet típusa szimulálható. A vonatok futása befolyásolható különféle hibák beadásával (pl. jelzőmeghaladás, váltófelvágás, vészfékezés, stb). Ezek a hibák szintén az oktató által vezérelhetők. A valóságos viszonyok minél jobb reprodukálása érdekében a MESSINA lehetőséget biztosít biztosítóberendezéstől független üzemi folyamatok modellezésére is (pl. vizuális ellenőrzés, különféle intézkedések, stb). A vonatok közlekedtetése menetrend szerint történik. Egy menetrend szerkesztő modul segítségével lehetőség van a menetrendi adatok on line
módosítására is, ezáltal a vonatok jövőbeli menetrend szerinti futása befolyásolható. Ezzel a módszerrel különböző üzemi szituációk oktathatók tesztelhetők illetve értékelhetők. A MESSINA a későbbi statisztikai elemezésekhez illetve különféle mutatók számításához adatokat gyűjt. Ez többek között vonatkozik az egyes vágányelemek kihasználtsági adataira, a vonatok számára, a vágányutak számára, stb. Az így kigyűjtött adatok bármelyik piacon kapható eszközzel feldolgozhatók (Excel) [5]. A kezelők számára a MESSINA a valóságnak megfelelő kezelőfelületet biztosít. Ez az SpDrS nyomógombos kezelőfelületét és távvezérlőfelületét, valamint az elektronikus biztosítóberendezések kezelőfelületét jelenti. A kezelés egérrel, billentyűzettel illetve tableten keresztül történik. A MESSINA az SBSel szabványosított távirati struktúrán keresztül kommunikál [3]. Az SBS kezelőfelülete számára ezáltal gyakorlatilag teljesen egyenértékű, hogy a szükséges információt a valóságos berendezéstől kapja, vagy a szimulációs rendszertől. Hasonló a helyzet az SBS által a berendezés felé küldött parancsokkal azokat mind a MESSINA, mind a valós biztosítóberendezés végrehajtja. A kommunikációt TCP/IP alapokon a RockWave Libraries eszközkészlete valósítja meg. A távirat struktúrát a 3.ábra szemlélteti. MESSINA START
SBS
MESSINA indítja az SBSt SBS létrehozza az aktuális görgülőállomány adatbázist és a napi menetrendet
START
Gördülő állomány adatbázis
Napi menetrend adatbázis
Szimuláció indítása
Objektum állapotok
Szimuláció
Leállítás t
t
3.ábra A MESSINA és az SBS kommunikációs diagramja
2.2. SBS vonatforgalmi és üzemi felügyelet Az SBS egy 150 Mbit/sec kapacitású hálózatra telepített integrált felügyeleti rendszer (4.ábra). Minden állomáson külön állomási szerverpár látja el a következő feladatokat: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
vonatforgalom felügyelete biztosítóberendezés felügyelete utastájékoztatás és hangosbemondás vezérlése állomási vészjelzők felügyelete mozgólépcsők felügyelete energiaellátás felügyelete videokamerák felügyelete.
4.ábra Az SBS rendszer struktúrája (U1) A központi szerverpár felel többek között az adatgyűjtésért és tárolásért illetve kiszolgálja a diszpécsermunkahelyeket. Ezekről a munkahelyekről a következő feladatok végezhetők el: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
vonatszám követés vonat felügyelet gördülőállomány azonosítás és menedzsment vonatszám vezérelt automatikus vágányút állítás biztosítóberendezési kezelések statisztika készítés állomás felügyelet és távvezérlés
Az SBS az U1 vonal teljes hosszában kiépült, összesen 46 állomás központi felügyeletét valósítja meg. A fentiekben felsorolt feladatok ellátásához a biztosítóberendezésekhez csatlakoztatott adatgyűjtők és vezérlők valamint a pályán elhelyezett vonatérzékelők és kocsi transzponder olvasók szolgáltatnak információt. Az IBAS rendszerben az SBS által felügyelt folyamatokhoz, eszközökhöz a MESSINA biztosítja a biztosítóberendezési és vonatforgalmi hátteret oly módon, hogy szimulálja az adatgyűjtők és a vonatérzékelők transzponderolvasók által szolgáltatott adatokat.
2.3. Menetrend előállítása a szimulált időszakra A MESSINA számára a menetrendet az SBS állítja elő az eredeti menetrend alapján. Ezzel biztosítható, hogy az szimuláció során végzett változtatások ne befolyásolják az eredeti menetrendi adatbázist. A menetrend kezelés két részből áll (5.ábra). Először az SBS létrehozza a saját menetrendjét az OPUS elnevezésű menetrendi adatbázisból. Ezt követően leszűri az aktuális napi menetrendet, amely a MESSINA számára a vonatszimuláció alapját képezi. Mind a két fázisban az SBS felületén keresztül lehetőség van a kézi módosítások elvégzésére. Vonal adatok
SBS Vonal adatok
Teljes SBS menetrend ké zi mó dosííttá ása sa kézi módos
Konverzió Konverzió Konzisztencia vizsg álat álat
OPUS Menetrend
Napi SBS menetrend ké zi mó dosííttá ása sa kézi módos
SBS SBSOPUS OPUS Menetrend
Napi Menetrend Generá ás s Generállá
Vonat adminisztr adminisztrá áci ció ó aktuá lis és aktuális és tervadatok
SBS Oktató Oktató Rendszer
MESSINA Sz imulá áci ció ó ó Szimul MESSINA Menetrend
Ké sé ések, sek, zavarok Kés beadá sa beadása
5.ábra Menetrend konfiguráció A menetrend kezelés másik része a MESSINA alatt valósul meg. Az IBAS rendszer indulásakor az MESSINA az SBStől megkapja az aktuális napi menetrendet. A szimuláció során ez képezi a a vonatforgalom generálásának alapját. A MESSINA felületén és annak menetrendi editorán keresztül késések, zavarok beadásával befolyásolható a vonatforgalom.
A menetrendben a szokványos paramétereken kívül (vonat azonosító, indulási idő, kocsiszám, szét illetve összekapcsolás, stb.) a következő futás közben módosítható paraméterek találhatók: Ø Ø Ø Ø Ø
indulási késés állomási késés közlekedési irány vonat telítettségi állapota vonat most lép be a szimulált területre, vagy a tároló vágányon álló kocsikból kell generálni.
A menetrendre vonatkozó módosításokat az oktató végezheti el, hatásuk természetesen csak a vonat jövőbeni futására van. 2.4. Gördülőállomány adminisztráció A HOCHBANH AG szerelvényeinek valamennyi kocsija transponderekkel van felszerelve. Minden kocsi két transzponderrel rendelkezik. A pálya különböző pontjain elhelyezett vonatérzékelők (mágneses hurkok) és transponderolvasók segítségével egyértelműen követhető az egyes vonatok illetve kocsik mozgása. Ezt feladatot a MESSINA úgy tudja teljesíteni az SBS felé, hogy az indulási fázisban (3.ábra) a gördülőállomány adatait is megkapja az SBStől (kocsiszám és típus, transzponder azonosítók, stb.) Vonat generálás illetve kocsicsoport generálás alkalmával ebből a gördülőállomány adatbázisból veszi a megfelelő kocsikat (6.ábra). Minden alkalommal, amikor egy vonat elhalad egy vonatérzékelő vagy egy transzponder olvasó felett, a MESSINA az SBS számára a valóságnak megfelelő táviratot küld amely tartalmazza az érzékelő, olvasó azonosítóját, a vonat azonosítóját valamint a kocsikon elhelyezett transzponderek kódjait.
MESSINA Szimulá ció ó ó Szimuláci
Gö rdü üllő ő állom ány ny Görd állomá menedzsment
Vonat generá ás s generállá
Gö rdü üllő ő Görd állom ány ny állomá adatbá zis adatbázis
Tá roló óv vá ág gá ányok nyok Tárol Kezdeti állapota állapota
Vonat menedzsment
6.ábra Gördülőállomány adminisztrálása
2.5. CBT önálló tanulás támogatása A CBT az oktatórendszer szerves, de különálló része. Teljesen önálló modulként a MESSINAtól és az SBStől függetlenül működik. Segítségével a kezelő minimális oktatói felügyelet mellett önállóan az “önképzés” módszerét alkamazva tudja a szükséges elméleti tudást elsajátítani. Az egyes tananyag részek az egyéni tanulás sebességének megfelelően többször ismételhetők. Minden tananyagrész elsajátítását a CBT tesztek segítségével ellenőrzi. Továbblépni csak a teszt sikeres teljesítése után lehet. A CBT modul tananyagát és módszertanát a HOCHBANH AG közreműködése és útmutatása alapján az IABG német cég készítette.
2.6. Konfiguráció, kiképzés felügyelet és adminisztráció Az IBAS integrált oktató és kiképző rendszer hardver felépítését a 7.ábra mutatja be. Az ábrán látható négy kezelői munkaállomás (Workstation 14) mindegyike a valóságnak megfelelő kiépítettséggel rendelkezik. Az ötödik munkahely (Supervisor) az oktatási folyamat vezérlésére és felügyeletére szolgál. Ehhez egy önálló konfigurációs applikáció áll rendelkezésre (8.ábra).
7.ábra Az IBAS oktatókiképző rendszer hardver felépítése
8.ábra Az IBAS konfigurációs felülete A négy kezelői munkahely az ATM hálózati kapcsolat révén a valós SBS tartalék munkaállomásaiként is funkcionálnak. Az SBS szerver a valós SBS központi szerver funkcióit látja el. Az IBAS rendszer az alábbi üzemmódokat támogatja [4]: Ø önálló mukahely szimuláció: a kezelő a vonal többi részétől elszigetelten egy kiválasztott biztosítóberendezési körzet kezelőjeként helyi üzemben bonyolítja le a körzet vonatforgalmát illetve végzi el a szükséges biztosítóberendezési kezeléseket. Ø több kezelős szimuláció: hasonló az előzőhöz azzal a különbséggel, hogy az adott biztosítóberendezési körzetet helyi üzemben több kezelő felügyeli elsősorban elektronikus biztosítóberendezés illetve távvezérlés esetén. Ø vonali szimuláció: a teljes U1 vonalat és annak menetrend szerinti forgalmát szimulálja több kezelős módban, ahol a kezelők a hozzájuk rendelt körzetet helyi üzemben felügyelik Ø SBS mód: egy vagy több kezelős, önálló biztosítóberendezés kezelői körzet vagy vonali szimulációs működés lehetséges. Ebben az üzemmódban történik az állomási illetve vonatforgalmi diszpécserek kiképzése. Ø CBT mód: elméleti képzést támogató önképzés. Az oktatási folyamat során az oktató/kiképző a szimuláció különböző paramétereit tudja módosítani a saját felületén keresztül. Többek között beadhatók:
Ø különböző biztosítóberendezéssel vagy a külsőtéri objektumokkal kapcsolatos hibák és zavarok Ø mentrendi üzemmel kapcsolatos késések, zavarok Ø kommunikációs zavarok az SBS és a MESSINA között Ø kezelői felület hibák mind az SBSre mind a MESSINAra vonatkozóan Ø szimulációs idő gyorsítása, lassítása Ø szimuláció megállítása (pillanat állj) és újra indítása Ø statisztikai és protokol funkciók paraméterezése, aktiválása, deaktiválása. Az IBAS integrált oktató/kiképző rendszer a HOCHBAHN AG oktatóközpontjának kiemelten fontos része. Erre alapozva egy négy pilléren álló oktatási rendszert hoztak létre, amely a következő elemekből áll: Ø elméleti oktatás Ø CBT önvezérlésű tanulás Ø biztosítóberendezés kezelésének elsajátítása a MESSINA szimulátoron Ø SBS üzemirányító rendszer kezelésének oktatása SBSMESSINA felületen. Az oktatóközpont egy részének fényképét a 8.ábra mutatja be. A HOCHBAHN AG az oktatás/kiképzés idejét a különböző szolgálatok számára a következőkben határozta meg Ø Ø Ø Ø
Állomás felügyeleti személyzet: 21 nap Vonat illetve utazó személyzet: 40 nap Biztosítóberendezési személyzet: 30 nap Általános irányító és egyéb személyzet: o Depo felügyeleti személyzet: 10 nap o Csoportvezetők: 6 hónap o Forgalmi szolgálattevők: 2 hónap
A fentiekben megadott kiképzési idő szolgálatonként meghatározott részét az IBAS szimulációs rendszeren kell eltölteni.
3. Összefoglalás A HOCHBAHN AG 1996 óta előrelátó fejlesztési koncepcióval és határozott elképzelésekkel hozta létre oktató/kiképző központját. A fokozatosan kifejlesztett és üzembe helyezett modulokat azonnal használatba vette és elkezdte több száz fős személyzetének képzését. A képzési igények növekedésével annyira megnőtt a rendszer kihasználtsága, hogy 2004 elején duplikálta az oktató/kiképző szimulációs rendszert így egyszerre két helyen folyhat az oktatás. Jelen kiépítésében az IBAS a komplett U1 metro vonal teljes vonatforgalmát és biztosítóberendezési környezetét képes szimulálni.
Az idei évben kiírt biztosító berendezési tender szerint 2011re az U2 és U3 vonalak biztosító berendezéseinek kb. ¾e megújul. Az SBS telepítése az említett vonalakra már folyamatban van. Ezzel párhuzamosan folyik az IBAS rendszer továbbfejlesztésének előkészítése is. A HOCHBAHN AG szándékai szerint a végcél egy olyan komplex oktató/kiképző rendszer létrehozása, amely mindhárom metro vonalának (U1, U2, U3, 1.ábra) teljes szimulációját képes elvégezni, és biztosítani tudja a különböző szintű és igényű kiképzéseket.
Irodalom [1]
Hrivnák, I.Dobrosi, A.: Integrated Training System for Traffic Control and Station Supervision. The 11th International Conference, Exhibition and Network for Training, Education and Simulation (ITEC), Hague, April 2000
[2]
Dobrosi A., Hrivnák I., Schwendke R.: Multifunction Simulator Developed For Hamburg / Simulation based training and planing systems for railway technologie. IRJ. International Railway Journal. UK. 4/99. pp. 2527.
[3]
Bolln, N.Hofmann, J.Dr. Hrivnák, I.Schwentke, R.: Kopplung von Betriebssimulation und UBahnLeitsystem. Signal+Draht 11/99, S. 20 23.
[4]
Hofmann J., Hrivnák I., Schwentke R.,: Integrated Training System for Traffic Control. The 12 th European Simulation Symposium (ESS’2000): Simulation in Industry. Hamburg, Németország, 2000. szeptember. Conference book p.451456.
[5]
Hofmann, J.Parádi, F.Schwentke, R.: MESSINA – Optimierung im schienengebundenen ÖPNV durch Betriebssimulation. Signal+Draht 5/1998, S. 3134.
Zusammenfassung IBAS Integriertes Betriebliches AusbildungsSystem Bei der Inbetriebsetzung einer neuen Technologie oder einer neuen Anlage ist die hochqualifizierte Ausbildung der Bedienungs und Betriebspersonal unerlässlich . Zur Schulung der komplizierten Bahnbetriebssysteme von heute sind die "einfache" klassiche Simulatoren nicht mehr genügend, es sind solche integrierte Systeme erforderlich, die fähig sind, die komplizierten und komplexen Bahnprozesse auf allen Leitbenen im seiner Vollständigkeit zu modellieren. IBAS Integrierte Betriebsschulungssystem dient dieses Ziel.
Summary IBAS – Integrated Operational and Training System This is indispensable to have high level qualified staff when puting into operation a new technologie or a new equipment. The “simple” classic simulators are not sufficient to train today’s complicated railway systems, it is necessary to have such integrated systems which are able to simulate railway processes in their whole complexity at any operational level. The target of the IBAS system Integrated Operational and Training System is to achieve these aims.
Szerzők: dr. Hrivnák István
1960ben született Tótkomlóson. 1984ben szerzett közlekedésmérnöki oklevelet a BME Közlekedésmérnöki karán. 1984 óta a Közlekedésautomatikai Tanszék oktatója, jelenleg egyetemi adjunktusi beosztásban. Doktori oklevelet szerzett 1989ben a Budapesti Műszaki Egyetemen. 1994óta a TranSYS Rendszertechnikai Kft. tulajdonosa és ügyvezetője. Cím: TranSYS Rendszertechnikai Kft., 1023 Budapest, Árpád fejedelem útja 2628. EMail:
[email protected]
Molnár Géza
1974ben született Törökszentmiklóson. 1998ban szerzett közlekedésmérnöki oklevelet a BME Közlekedésmérnöki karán. 1998óta a TranSYS Rendszertechnikai Kftnél dolgozik mint rendszerfejlesztő és programozó. Cím: TranSYS Rendszertechnikai Kft., 1023 Budapest, Árpád fejedelem útja 2628. EMail:
[email protected]