Eine große Variantenvielfalt an Landsystemen bei zum Teil kleinen Stückzahlen bringt große Herausforderungen für die Ausbildung der Instandsetzer mit sich. Durch die Nutzung moderner Technologien von 3D-Animationen über Mixed Reality bis hin zum Einsatz von Fehlersimulatoren komplexer Systeme stellt die Technische Schule des Heeres eine qualitativ hochwertige, zukunftsfähige Ausbildung sicher.
Dieser Artikel ist erstmals erschienen in Europäische Sicherheit und Technik, Ausgabe 12/2022.
Die Technische Schule des Heeres (TSH) in Aachen ist das Kompetenzzentrum für die technische Ausbildung an Landsystemen der Bundeswehr. Sie führt neben den system- und gerätespezifischen technischen Trainings im Rahmen der Individual- und Führerausbildung auch die zivilberufliche Weiterbildung für das Instandsetzungspersonal der Streitkräfte durch.
Unteroffiziere der Instandsetzungstruppe werden in der Fachschule des Heeres für Technik (FSHT), die zur Technischen Schule des Heeres gehört, zu Industrie- bzw. Handwerksmeistern ausgebildet. Hierbei erfordern die im Rahmen der zivilen Ausbildungen stetig steigenden technischen Anforderungen der Industrie und der Streitkräfte eine ständige Optimierung der Ausbildung. Die hierfür an der Technischen Schule des Heeres eingeführte vielfältige simulatorgestützte und digitalisierte Ausbildung trägt diesen Erfordernissen Rechnung.
Digitalisierung der Ausbildung
Um die theoretische und praktische Ausbildung an der Technischen Schule des Heeres attraktiv und zukunftsorientiert zu gestalten, wurde an der Schule ein Gesamtkonzept zur Digitalisierung der Ausbildung entwickelt und etabliert. Dieses Konzept ist an die aktuellen Anforderungen der zivilen Wirtschaft und der Bundeswehr angepasst. Es basiert auf Handlungsorientierung und weitreichender Digitalisierung. Die Bildungsträger in der Meisterausbildung an der Fachschule des Heeres für Technik sind die Handwerks- sowie die Industrie- und Handelskammer. Sie unterstützen diese moderne Entwicklung in vollem Umfang. So wird gewährleistet, dass an der Heeresschule ausgebildete Meister über aktuelles Wissen verfügen, welches ihnen nach der Bundeswehrzeit eine hervorragende Ausgangsposition für den zivilen Arbeitsmarkt verschafft. Gleichzeitig bleibt die heutige Landsystemtechnik der Bundeswehr trotz zunehmender Komplexität zuverlässig beherrschbar.
Um dieses Konzept umsetzen zu können, sind u. a. Ausbilder, Dozenten und Trainingsteilnehmer mit modernen Tablets ausgestattet. Zusätzlich stehen für die Ausbildung Smart-Board-Varianten zur Verfügung. Basierend auf dem Lernmanagementsystem „moodle“ als Lernplattform erfolgt auch die Nutzung unterschiedlicher digitaler Simulationsprodukte über das Aus- und Fortbildungsportal der Bundeswehr. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität und Vielfalt in der Ausbildungsgestaltung. Einerseits werden Hard- und Softwarekomponenten zur Ergänzung der Präsenzausbildung und im Rahmen des Selbststudiums zur Stoffvertiefung genutzt. Andererseits eröffnen sie Möglichkeiten zur Durchführung von Distanzschulungen. Trainingsteilnehmer und Lehrpersonal können die Ausbildung an technische Möglichkeiten angepasst ortsunabhängig durchführen und gestalten. Nebenbei besteht auch die Möglichkeit für Dozenten,per Video in einem Hörsaal präsent zu sein, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können. Gerade die letzten Jahre unter den pandemiebedingten Einschränkungen haben die Vorteile dieser Form des Lehrens und Lernens deutlich aufgezeigt.
Grenzen sind hierbei allerdings insoweit gesetzt, als dass die praktische Ausbildung am Gerät, also das praktische „Anfassen des Problems“ nicht vernachlässigt werden darf. Die Haptik und die Fertigkeiten im Umgang mit den Werkzeugen und Geräten über das digitale Training hinaus ist und bleibt von entscheidender Bedeutung für eine wirksame, handlungsorientierte Ausbildung, gerade in der Instandsetzung.
Die Nutzung digitaler Simulationsprodukte ermöglicht durch eine gezielte Visualisierung eine bessere Erfassung komplexer technischer Vorgänge und Abläufe. Das so erreichte Systemverständnis ist die entscheidende Voraussetzung für eine zielgerichtete Fehlerlokalisierung und Fehlerbehebung an Schadgerät innerhalb kürzester Zeit. Allerdings ergänzen digitale Simulationsprodukte und Realsystemsimulatoren die technische Ausbildung am Originalgerät, ersetzen sie aber nicht. Die Priorität in der Ausbildung liegt weiterhin beim praktischen, auch drillmäßigen Handeln, um auch unter Stress wie z. B. in Gefechtssituationen bestehen zu können.
Daher sind Simulationen ein unverzichtbarer Bestandteil der Ausbildung an der Technischen Schule des Heeres. Sie werden bei der technischen Individualausbildung seit Jahrzehnten genutzt und stetig weiterentwickelt. Die Spannbreite reicht von der Nutzung digitaler Simulationsprodukte am Computer bis zu komplexen Nachbauten von Realsystemen.
Visualisierung und Animation von 3D bis AR/VR
Das an der Technischen Schule des Heeres etablierte MAT-Autorenteam (Moderne Ausbildungstechnologie) besitzt die Kompetenz, technische Ausbildungsinhalte durch 3D-Software so zu visualisieren und physikalisch richtig zu animieren, dass diese anschließend digital in der Ausbildung genutzt werden können. Das bedeutet, dass technische Bewegungsabläufe, aber auch funktionale Abhängigkeiten gezielt dargestellt werden können.
Darüber hinaus werden durch das Autorenteam moderne Ausbildungshilfsmittel von Tablets bis MR-Brillen erprobt und deren Nutzen für die technische Ausbildung bewertet. Mixed Reality (MR) umfasst hierbei die Technologien der Augmented Reality (AR) und des Virtual Reality (VR).
Eine besondere Form von simulationsgestützter Ausbildung wird aktuell im Rahmen der Ausbildung am Brückenlegepanzer Leguan angewandt. Hierbei werden die Möglichkeiten eines der modernsten, derzeit in der Industrie verfügbaren technischen Ausbildungshilfsmittels genutzt: Durch Rückgriff auf Anwendungen der erweiterten Realität (AR) werden komplexe technische Vorgänge, welche bauartbedingt von außen nicht sichtbar im Verborgenen ablaufen, für die Ausbildung aufbereitet, digital animiert und in das Sichtfeld des Trainingsteilnehmer an der richtigen Stelle des Originalsystems eingeblendet. Beispielsweise wird das hydraulische System zur Ansteuerung des Brückenantriebs des Leguan am Realsystem visualisiert. Hierdurch werden die Ausbilder befähigt, Ausbildungsthemen des Brückenantriebs effektiv zu behandeln, ohne das Gerät zerlegen zu müssen oder es zerlegt in der Präsenzausbildung vor Ort verfügbar zu haben.
Mittels MR-Brillen werden durch eine überlagerte Simulation der hydraulischen Vorgänge Bewegungsabläufe der Legebrücke auf das reale Fahrzeug projiziert und so verdeckte Abläufe und Mechanismen realitätsgetreu virtuell dargestellt. Diese Verbindung von realem Fahrzeug und der Überlagerung mit virtuellen Elementen wird als erweiterte Realität (AR) bezeichnet. Darüber hinaus erfolgt eine Bearbeitung weiterer technischer Ausbildungsthemen des Brückenlegepanzers auch ohne Vorhandensein des realen Fahrzeugs. In diesem Fall wird zusätzlich zur Visualisierung, beispielsweise des hydraulischen Systems, das gesamte restliche Fahrzeug im Raum dargestellt und animiert. Würde neben der umfänglichen Visualisierung des gesamten Fahrzeugs auch der Raum visualisiert, würde dies als virtuelle Realität (VR) bezeichnet werden. Augmented Reality, Virtual Reality und deren Kombination Mixed Reality bieten völlig neue Ansätze, um Inhalte der technischen Ausbildung zu realisieren und zu ergänzen. Durch die Nutzung dieser Möglichkeiten an der Technische Schule des Heeres kann auf individuell unterschiedliche Lernfortschritte der Teilnehmer künftig noch flexibler reagiert werden.
Simulatoren als Nachbauten von Realsystemen
An der Heeres-Technik-Schule werden bereits seit Anfang der 1980er-Jahre Nachbauten von Realsystemen in der Ausbildung eingesetzt. Hier erfolgte z. B. die Einführung komplexer Ausbildungssimulatoren für den Turmbetrieb sowie für das Fahrgestell des Kampfpanzers Leopard 2. Der Turmsimulator bietet die Möglichkeit, Systemzustände und Systemfehler für verschiedene Szenarien zu simulieren. Somit ist man beispielsweise in der Lage, die komplexen Funktionen in der vollstabilisierten Waffenanlage während einer Geländefahrt umfänglich darzustellen. In Verbindung mit dem Einsatz von fehlerbeschalteten Baugruppen wird über ein breites Funktionsspektrum hinweg eine intensive Ausbildung im Bereich der Taxonomie zur Lokalisierung von sogenannten statischen und dynamischen Fehlern ermöglicht. Dadurch wird ein hoher Grad an Systemverständnis gefördert, der Simulator ersetzt das Vollsystem.
Ein weiteres Beispiel eines bei der Meisterausbildung genutzten Ausbildungssimulators ist FELS (Frame Electric Systems). Seit 2021 wird der UTF-Simulator (Ungeschütztes Transportfahrzeug) der Firma Rheinmetall MAN Military Vehicles an der Schule in Aachen genutzt.
Ein richtungsweisender Vorteil des Systems ist die hohe Verfügbarkeit in der täglichen technischen Ausbildung. Dieser auf einer rollfähigen Stahlträgerplattform installierte Simulator ist flexibel und 24/7 uneingeschränkt nutzbar. Er unterliegt nicht der durch wiederkehrende technische Prüfungen eingeschränkten Nutzbarkeit eines realen Fahrzeugs. Darüber hinaus werden Materialermüdungen der Peripherie infolge zahlreicher Ein- und Ausbauten und Zerlegearbeiten der Baugruppen während der Ausbildung durch Fehlerbeschaltungen und Funktionssimulationen signifikant reduziert. Die praktische Ausbildung der Kraftfahrzeugtechnikmeister erfolgt in einem kompetenzorientierten Ausbildungsansatz. Dabei ergibt sich für die Trainingsteilnehmer nach einer Fehlermeldung des Nutzers die Aufgabe, handlungsorientiert selbstständig Prüfschemata anzuwenden und somit eine zielgerichtete Fehlerlokalisierung an einem defekten Fahrzeug durchzuführen.
Der neu eingeführte FELS ermöglicht die Fehlersimulation mittels vernetzter Bauteile und einer mobilen Workstation. Der Trainer bietet somit eine schnelle, umfangreiche, reproduzierbare und präzise Fehlersimulation für die technische Ausbildung am UTF. Alle für die Funktionalität und Ausbildung notwendigen Komponenten (Motorsteuerung, Getriebesteuerung, Beleuchtung, Klimaanlage, Standheizung und Druckluftbremsanlage) sind in FELS integriert und didaktisch zweckmäßig angeordnet.
FELS verfügt über die gesamte elektrische und pneumatische Anlage des Ungeschützten Transportfahrzeugs. Der Trainer bildet die Funktionsweise und Steuerung aller Subsysteme des Gesamtsystems ab.
Für die Fehlersimulation lassen sich systemseitig bis zu 75 elektronische und bis zu sieben pneumatische Fehler schalten. Kombinationen mehrerer Funktionsfehler ermöglichen eine fast unbegrenzte Erweiterung der für die Ausbildung notwendigen Schadensbilder. Zudem sind alle Schäden verlässlich reproduzierbar.
Über eine OBD-Schnittstelle (On-Board- Diagnose) können vollumfänglich Messsignale der Fahrzeugsensorik, der Steuergeräte und der Datenübertragung der einzelnen Bussysteme diagnostiziert werden. Dazu kann das Diagnosesystem MAN-CATS III, das in der realen Instandsetzung in der Truppe ebenfalls angewendet wird, mit dem Simulationstrainer verbunden werden. Somit werden die Trainingsteilnehmer optimal auf die Praxis vorbereitet. Zwei 80‘‘ große Smart-Boards zur visuellen Darstellung von Schaltplänen ermöglichen eine Ausbildung im Gruppenrahmen.
Ausblick
Der hohe Anspruch der Technischen Schule des Heeres an eine moderne, attraktive und zukunftsorientierte Ausbildung erfordert eine ständige Bewertung neuer, in der Ausbildung nutzbarer Verfahren. Den Möglichkeiten einer simulationsbasierten und netzwerkgestützten Ausbildung – auch und speziell im internationalen Rahmen – wird dabei besondere Beachtung geschenkt. Hier besteht insbesondere bei Systemen mit steigender Komplexität weiteres Innovationspotenzial.
Allerdings muss neben den hohen Kosten der Entwicklung derartiger Systeme auch immer berücksichtigt werden, dass Simulatoren niemals die praktische Ausbildung am Gerät vollends ersetzen können. Das Handwerk der Instandsetzung muss zu einem großen Anteil auch Handwerk bleiben.
In der technischen Ausbildung an der Technischen Schule des Heeres tragen moderne Ausbildungstechnologien einschließlich der simulatorgestützten Anteile zunehmend dazu bei, die Trainingsteilnehmerzeitgemäß und didaktisch geschickt auf zukünftige Anforderungen in den Streitkräften und auf dem zivilen Arbeitsmarkt effizient vorzubereiten.
Text: Major Jörg Eutin, Stabshauptmann Frank Schmitt, Hauptmann Enrico Hansen und Hauptmann Raik Rieger, Technischen Schule des Heeres.
Fotos: Bundeswehr/ MAT-Autorenteam TSH