Embedded Computer Technology
in maritimen Fahrtenschreibern
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| Große Schiffsunglücke wie die der „Jan
Heweliucz“ und der „Estonia“ Mitte der 90er Jahre haben dazu
geführt, dass die in der Luftfahrt obligatorischen Flugschreiber ähnlich
umgesetzt auch zunehmend in der Schifffahrt eingesetzt werden
müssen. Nach den Regularien der International Maritime
Organisation (IMO Resolution A.861) - einer Unterorganisation
der UNO für maritime Sicherheit - müssen diese
so genannten Voyage Data Recorder seit dem ersten Juli 2002
auf allen RoRo-Fahrgastschiffen (Roll-on Roll-off) eingesetzt
werden. Zum gleichen Termin sind sie auch für alle neuen
Kiellegungen über 3.000 BRT zwingend erforderlich. Alte „Seelenverkäufer“ ohne
Personenverkehr müssen sie derzeit jedoch noch nicht
installiert haben. |
Dennoch drängen Versicherer auch hier
auf eine Implementierung. Darüber hinaus müssen
zukünftig auch kleinere Schiffe der Klassen B, C und
D ebenfalls mit Voyage Data Recordern ausgerüstet
sein. Welche das sind, hängt von der Gesetzgebung
des jeweiligen Flaggenstaates ab.
Deutschland und andere europäische Länder schreiben
Voyage Data Recorder beispielsweise auch für See-notrettungskreuzer
und militärische Flotten vor; darüber hinaus
müssen alle Fahrgastschiffe ab 1.000 Fahrgästen
eine solche Blackbox bis Oktober 2006 eingebaut haben.
Das gesamte Regelwerk 98/18/EG geht hinab bis zu 400 Fahrgästen.
Solche Fähren müssen bis spätestens 2010
eine Blackbox mit sich führen. Weitere Gesetzgebungsverfahren
sind weltweit eingeleitet und sollen Schritt für Schritt
bis spätestens 2010 umgesetzt sein. Der noch junge
Markt für diese Technologie wird folglich auch in
Zukunft stark wachsen.
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Ein Unternehmen, das sich auf
diese komplexe Aufgabenstellung spezialisiert hat, ist
die AVECS Bergen GmbH, eine Tochtergesellschaft der AVECS
Corporation AG, die seit Jahren auf dem Sektor der „Entscheidungshilfesysteme für Notfälle auf
Seeschiffen“ tätig ist.
AVECS Bergen wurde im Jahr
1999 gegründet. Heute hat das Unternehmen bereits
zehn Prozent der auf der Welt fahrenden Schiffe mit ihrem
Voyage Data Recorder „MER“ (Marine Event Recorder) ausgerüstet
und ist damit weltmarktführend in diesem Bereich.
Besonders durchsetzen konnte sich AVECS Bergen in Europa,
da hier ein Patent das Unternehmen vor Wettbewerbslösungen
schützt.Weitere Installationen folgen quasi automatisch
mit jeder neuen Kiellegung.
Zu den Installationen der ersten Stunde zählen beispielsweise
das Clubschiff AIDA BLUE oder die MS ARKONA.
Auch die griechische
Reederei „Super Fast Ferries“ rüstete ihre Flotte
von zehn Fast Ferries, davon vier Fähren auf der Rostock-Helsinki-Linie,
mit dem Marine Event Recorder aus. |
Eine einfache Boje ist kaum vom Hightech-Recorder zu
unterscheiden
Voyage Data Recoder erkennt dabei ein Laie
nicht sofort, denn sie sahen in den ersten Versionen,
die noch nicht das Abtauchen mit dem Schiff vorsahen, eher
wie eine Boje aus. Heute sind sie in viereckigen Tauchkapseln
fest mit dem Schiff verbunden und sehen nicht anders
aus als unscheinbare wasserdichte Boxen, die auf Deck bzw.
auf dem Brückendach montiert
sind. Das Innere dieser tiefseetauglichen Boxen ist jedoch
gespickt mit Hightech-Elektronik, die mehrere GByte-Daten
aus heterogenen Quellen aufzeichnen und mehr als 12 Stunden
speichern kann. Ein spezieller Regelalgorithmus stoppt die
Aufzeichnung beispielsweise bei einer Kollision, sodass das
entscheidende Eventfenster dokumentiert bleibt. Die gespeicherten
Daten bieten dann die Basis für eine realistische
und objektive Auswertung.
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Ein Replay-System des MER ermöglicht über
einen Datenkonzentrator die reederei-interne Analyse aller
Abläufe der integrierten Systeme im Schiffsbetrieb.
Zusätzliche erstellbare Langfrist-Statistiken und
daraus abgeleitete Prognosen eignen sich darüber hinaus
aber auch ohne Event zur Ableitung von Maßnahmen
zur Werterhaltung und Schiffssicherheit. Auch Trainings
der Mannschaften lassen sich durch Zusatzfunktionen der
Lösung abhalten. Letztlich können auch alle Daten
unmittelbar auf Control-Panels übertragen werden.
Hierzu ist lediglich eine entsprechende Verbindung mit
dem System aufzubauen.
Kernaufgabe ist und bleibt jedoch die Datenerfassung für
den Ernstfall. Und die Dokumentation solcher Ereignisse
ist derzeit schon recht umfassend möglich, sodass
in stark befahrenen Gewässern eine umfassende Dokumentation
spätestens mit der Umsetzung der flaggenstaatenspezifischenen Gesetzgebung
möglich ist. Kollisionen beispielsweise können
auch von etwas entfernt fahrenden Schiffen dokumentiert
werden und so konnte der MER von AVECS Bergen bereits in
einer Seegerichtsverhandlung zur Beweisführung eingesetzt
werden. Obwohl das Schiff mit dem Recorder als „Zeuge“ mehrere
Seemeilen vom Ort des Geschehens entfernt war, gaben die
Daten objektive und damit entscheidende Hinweise.
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| Spezialisten
für maritime Datenverarbeitung
aus heterogenen Quellen |
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Kernkompetenz der AVECS Bergen ist dabei die Anbindung
heterogenster Infrastruktur auf den unterschiedlichen Schiffen
und das Management, die Komprimierung und die Auswertung
dieser komplexen Daten. Von Radarbildern und Maschinendaten über
Positions- und Geschwindigkeitsdaten bis hin zum Funkverkehr
werden Daten aufgezeichnet. Sie gelangen über unterschiedlichste
Schnittstellen wie NMEA (National Marine Electronics Association),
Ethernet, RS422, digital und Audio zur zentralen Datenerfassungsschnittstelle.
Diese wurde wegen der heterogenen Anforderungen vor Ort modular
ausgelegt. Die zentrale Rechnerintelligenz kommt hier aus
dem Hause Kontron, speziell vom Standort Kaufbeuren, und
wurde damals ausgewählt als dieses Unternehmen noch
PEP hieß. Von dieser zentralen Sammelstelle auf der
Brücke des Schiffes werden die Daten via Ethernet an
das finale MER System in der Boje weitergeleitet, das ebenfalls
mit eigener Intelligenz ausgerüstet ist. Die Hardwarewahl
fiel hier auf eine Lösung der ehemaligen JUMPtec, heute
ebenfalls Kontron, jedoch am Standort Deggendorf. |
Für beide Lösungsentscheidungen war dem Rügener
Unternehmen wichtig, dass die Hardware aus Deutschland
stammt, denn man wollte unmittelbar und ohne Sprachbarrieren
Zugriff auf die Mitarbeiter des Herstellers haben. Eine
Lösung von Unternehmen außerhalb von Deutschland
oder gar außerhalb von Europa kam somit nicht in
Frage. Insbesondere legte man keinen Wert auf fernöstliche
Lieferanten, die hinlänglich für ihre ständigen
Designwechsel bekannt sind. Langzeitverfügbarkeit
war also das zweite große K.O.-Kriterium für
AVECS Bergen.
Hinsichtlich der Formfaktor- und Funktions-Ausprägung
der beiden Lösungen waren dann die spezifischen Anforderungen
entscheidend. Ein nicht zu leugnender Faktor für die
Auswahl der passenden Lieferanten war aber auch die Tatsache,
dass die beiden bayerischen Unternehmen zur persönlichen
Beratung auch nach Rügen kamen, sodass man sich entsprechend
ernst genommen fühlte.
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CompactPCI für den Datacollector
Modulare CompactPCI-Systeme sind ideal für die Anbindung
der heterogenen Peripherie bei gleichzeitiger Hochverfügbarkeit
und Robustheit der Systemlösung. Selbstverständlich
darf es hierfür keine bewegten Teile wie Lüfter
oder rotierende Festplatten geben. Darüber hinaus
sind die einzelnen Baugruppen schnell und rüttelfest
frontseitig montiert und die unterschiedlichen Schiffsgeräte
schnell angeschlossen.
Konkret im Einsatz befindet sich
derzeit die CPU Baugruppe CP304. Die CP304 ist mit flexiblem
Prozessor-Sockel bestückt, was die Auslegung der Rechenleistung
sehr flexibel macht. Neben der flexiblen Rechenpower sind
es zudem die Kommunikationsmöglichkeiten, die den
CompactPCI-Rechner zum Aufbau kompakter Server prädestinieren:
Neben zwei Ethernet Kanälen bietet das CompactPCI-Board
an der Griffleiste sowohl 2 USB-Anschlüsse, 2 COM-Schnittstellen
als auch eine VGA-CRT beziehungsweise eine DVI-Steckverbindung.
Die Baugruppe wird passiv gekühlt, ist mit einer Breite
von 8TE erhältlich und kann wahlweise mit CompactFlash
oder einer HDD-Microdrive bzw. einer 2,5“ HDD bestückt
werden. Zur Speicherung von BIOS Ein-stellungen und QNX
Boot Parameter verfügt das Board über ein E2PROM
sowie über 2 MBbyte Flash.
Zudem bietet Kontron für
den Rechner eine Erweiterung des Standard BIOS' um einen
Ethernet Boot und PreBoot Agent an. |
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PISA für das finale MER-System
Für das finale MER-System war hingegen insbesondere
die platz- und stromsparende Auslegung des Systems entscheidend.
Darüber hinaus sollte die CPU-Baugruppe hinreichend
Peripherie direkt unterstützen und sowohl den PCI-
wie ISA-Bus auf kleinstem Raum bieten. Die ideale Konfiguration
fand man damit in dem Formfaktor PISA, der sowohl PCI und
ISA im Halfsize-Format ausführt, wofür PICMG
Baugruppen das gesamte Format benötigen. In hunderten
Bojen auf Deck sind heute coolMonster-S CPU-Baugruppen
im Einsatz, die mit einem Intel Pentium MMX-Prozessor bestückt
sind.
Neue, noch kompaktere Lösung im Design-In-Prozess
Derzeit findet im Rahmen der Weiterentwicklung des MER
hin zu dem MER-NVDR (National Voyage Data Recoder) ein
Redesign des finalen Recorders statt, der dann auch gleichzeitig
die Funktion der Datensammlung übernehmen wird. Hierzu
wird das System direkt oberhalb der Brücke positioniert,
was bei großen Schiffen über 3000 BRT unsinnig
wäre, hier aber besonders praktisch ist. Die Gesamtlösung
wird dabei auf minimale Abmaße gebracht. Kernrechner
wird das coolMONSTER/VE sein, das es in zwei lüfterlosen
Versionen mit 300 MHz und 600 MHz VIA Eden Prozessoren
bei Kontron gibt. Die Boards sind dank der aggressiven
Preisstellung der VIA-Prozessoren im Vergleich zu ähnlich
leistungsstarken Intel-basierten Systemen enorm preiswert.
Darüber hinaus zeichnen sich die coolMONSTER durch
eine S3 Savage 4 Graphic-Engine aus, die in der Grafikleistung
einem Intel Pentium MMX basierten System gleicht und bis
zu 32 MByte VRAM UMA zur Verfügung stellt. Die lüfterlosen
VE- (VIA Eden) Versionen sind coolMONSTER im wahrsten Sinne
des Wortes: Im Low-Power-Design gebaut, ist ihre Wärmeentwicklung
erheblich reduziert, so dass sie keine aktiven Lüfter
benötigen. Der Arbeitsspeicher kann mit bis zu 1 GByte
SDRAM-DIMM überaus üppig ausgestattet werden.
Dank der schnellen UDMA-100-Festplattenschnittstelle werden
die Daten auch nicht beim Speichern und Lesen gebremst.
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Einfaches Upgrade
Da alle coolMONSTER von Kontron ein identisches Pinout
bei allen Interfaces wie 10/100 BaseT Ethernet, USB, COM1-4,
Maus, Tastatur, CRT, IrDA, EIDE (2,54 mm und 2 mm), LPT,
Dual Floppy und Sound besitzen, ist das Upgrade für
AVECS Bergen schnell zu bewerkstelligen. Überzeugt
ist man auch von dem pragmatischen Umgang bei in der Praxis
immer wieder einmal auftretenden Design-In-Problemen. Der
Standard Arbeitsspeicher, den Kontron für seine Boards
anbietet, war für die thermische Kopplung der CPU
durch das Gehäuse zu hoch. Ein Telefonat mit dem Product
Manager klärte, dass Alternativen verfügbar sind.
Wenige Tage später lag das neue Silizium auf dem Tisch
des Entwicklers und das Problem war gelöst.
Die Prozessoren der Boards sind darüber hinaus nicht
einfach aufgesteckt, sie sind - real embedded - fest aufgelötet.
In Verbindung mit der fest verschraubbaren chipDISK ergibt
sich so ein hochstabiles Komplettsystem selbst für
raueste Anwendungen im Half-Size-Format.
Und dass die Umgebungsbedingungen auf See rau sind, das
liegt auf der Hand. Erst recht für Black-boxen, die
auch noch im schlimmsten Fall noch mindestens eine Stunde
arbeiten müssen: So muss der Schutzbehälter für
den Speicher bis zu einer Wassertiefe von 6.000 Metern
wasser- und druckdicht sein, gegen extrem hohe Grade aufgrund
von Feuer über lange Zeit standhalten u.v.a.m. Die
entsprechenden Anforderungen hierzu sind in den Normen
IEC 61996 und IEC 60945 festgelegt. In Kürze wird
sich das neue System MER-NVDR auch dieser Prüfung
unterziehen. |
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