Nem elegendő azonban a korszerű infrastruktúra felépítése. A mind bonyolultabbá és komplexebbé váló irányítástechnikai eszközök használatához magasan képzett, a feladatait jól ismerő és a rendkívüli helyzetekre is gyorsan és megfelelően reagáló kezelőszemélyzetre van szükség.
Felismerve ennek fontosságát, az euró­pai vasutak az elmúlt tíz-tizenöt évben jelentős fejlesztéseket hajtottak végre, ezek eredményeképpen olyan korszerű oktató és gyakorló rendszerekkel rendelkeznek, amelyek segítségével hatékonyan tudják ki- és továbbképezni, illetve vizsgáztatni a kezelőszemélyzetet.
A Tran-SYS Kft. e folyamatnak hosszú idő óta aktív részese. Az elmúlt tizenöt évben a valós idejű oktatási szimulátorok fejlesztése terén Európa egyik vezető cégévé vált. Számos európai országos közforgalmú, valamint városi vasúti társaság használja megelégedéssel szimulátorait, és megbízásai vannak jelenleg is ezeknek a szimulátoroknak a további szállítására.
1995 óta folyamatosan megbízóink közé tartozik a Német Vasút (DB), az Osztrák Szövetségi Vasút (ÖBB), továbbá a Hamburgi Városi Vasút (HHA). Ezeken túlmenően terveztünk és megva­ló­sí­tottunk szimulátorokat a Belga Vas­­­út (IN­F­RA­BEL), a Luxemburgi Vasút (CFL), a svájci Bern–Lötschberg–Sim­p­lon vasút (BLS), a Svájci Szövetségi Vasút (SBB), a Finn Vasút (VR), továbbá a Magyar Államvasutak (MÁV) országos közforgalmi vasutak részére. Városi vasutak közül a Müncheni Városi Vasút (MVG), a Stuttgarti Városi Vasút (SSB), a Berlini Városi Vasút (BVG), a Kölni Városi Vasút (KVB), valamint a Szingapúri Metró (SMSRT) részére is.
A kiterjedt vasúti kapcsolatok, továbbá a fent felsorolt vasutak részére megvalósult több mint ötven kisebb-nagyobb projekt révén széles körű tapasztalatokkal rendelkezünk az oktatási szimulátorok iránt támasztott követelményrendszerek, a megvalósítás mikéntje és módszerei, de a szimulátorok alkalmazása terén is.
Ugyanakkor az utóbbi időben terjedőben van a valós idejű szimulációs rend­szereinknek a tervezési célú, továb­bá a vasútüzemi folyamatok ellenőrzé­se (verifikációja) és érvényesítése (vali­dá­ció­ja) céljából történő felhasználása is. Élenjáró ebben a tekintetben a Német Vasút és az Osztrák Szövetségi Vasút, ahol több éve eredményesen használják a szimulációra alapozott, tervezést támogató rendszereinket.

Nem elegendő azonban várni a további megbízásokra és nem elegendő a szimulációs rendszereink mai tudását ajánlani potenciális megbízóinknak, a várható igényeknek elébe kell menni, fel kell deríteni ezeket, és ezek alapján olyan további fejlesztéseket kell elvégezni, amelyekkel ezután is Európa élvonalában maradunk a vázolt piaci szegmensben.
Írásunkban egy ilyen sikeresen befejezett fejlesztés célkitűzéseit és eredményeit mutatjuk be.
A fejlesztés a Nemzeti Fejlesztési Ügy­nök­ség által finanszírozott pályázat keretében, a Magyar Gazdaságfejlesztési Köz­pont Zrt. közreműködésével, a Kö­zép-ma­gyar­országi Operatív Program keretében Multifunkcionális vasúti szimu­lá­ciós és kapcsolódó kiértékelő rendszer fejlesztése címmel (azonosító száma: KMOP-1.1.4.-09-2009-0102) valósult meg. A fejlesztés tervezett költsége 67 920 800 Ft, amelyből a támogatás mértéke 30 564 360 Ft volt.

A fejlesztési feladatok összefoglalása

A fejlesztési stratégiánkat úgy alakítottuk ki, hogy a kifejlesztendő új szimulációs program a bázisa legyen a jövőben várható piaci igényeket kielégítő rendszereknek. Ehhez az szükséges, hogy a szimulációs program a lehető legnagyobb mértékig rendelkezzen a rendszerfajtákra jellemző (generikus) funkciókkal az általánosítható funkcionalitás megvalósításához, ugyanakkor kellő mértékű tervezhetőséggel is rendelkezzen a megbízóspecifikus megoldásokhoz. Ezzel, a megbízó igényei alapján elvégzendő adaptációs fejlesztéssel válik hatékonyabbá egy vasúttársaság. A rendszer legyen részekre bontható (modularizált) és legyen parametrizálható. Rendelkezzen a megbízók igényeit kielégítő kiértékelő szoftvereszközökkel, amelyek segítségével a szimulációs futtatások ismételhetők, objektív módon értékelhetők és összehasonlíthatók.
Továbbfejlesztési stratégiánk kettős célt fogalmazott meg:
a) A vasúti irányítástechnikai rendszerek egyes elemeinek modularizált, konfigurálható és parametrizálható leképezése annak érdekében, hogy egy felhasználó által megkövetelt rendszer a kialakított modulok adaptálásával, konfigurálásával és parametrizálásával a jelenleginél kisebb ráfordítással legyen kialakítható.
b) Kiértékelő szoftvereszközök kifejlesztése, amelyek segítségével egy modellezett vasúti pályán (állomások, vonalak) alkalmazott technológia kvantitatív módon értékelhető és összehasonlítható.

A vasúti irányítástechnika egyes elemei (e projekt szempontjából nézve)

a következők:

• Az ember–gép interfész (kezelői felület), amelyen keresztül az irányító személyzet az információit nyeri az irányított folyamatról, illetve amelyen keresztül a parancsait kiadja a folyamat befolyásolására.
• Az irányítástechnikai berendezés funkcionális logikája.
• A rendszer külsőtéri objektumai (vasúti jelzők, kitérők stb.).
• Maga a vasútüzemi folyamat (vonatok, tolatómenetek közlekedése, technoló­giai műveletek stb.)

Az ember–gép interfész vonatkozásában a fejlesztési feladat egy olyan célorientált, XML-re alapozott grafikus leképező szoftver kifejlesztése, amelynek segítségével egy vasúti irányítástechnikai kezelői felület grafikai alakzatai elemi grafikai alakzatokból (vonal, kör, négyszög stb.) felépíthetők, makroszerűen sokszorozhatók és magukban hordozzák a visszajelentett objektumok állapotaitól függő dinamikus ábrázolási módot (pozíció, forma, szín, villogás stb.). A kezelés vonatkozásában olyan leíró szoftver kifejlesztése a cél, amelynek révén a kezelői menük, azok menüpontjai objektumorientált módon kialakíthatók.

A kifejlesztett módszer előnye, hogy segítségével a legkülönfélébb kezelői felületeket (mechanikus emeltyűs, nyomógombos, pultos, monitoros, egeres stb.) lehet egyszerű grafikus eljárással szerkeszteni anélkül, hogy egy új kezelői felület kialakítása az integráción kívül szoftveres fejlesztőmunkát igényelne.

Az irányítástechnikai berendezés funkcionális logikája

Ez az alapja a vasúti irányítástechnika működésének. Ebben vannak beépítve mindazok a logikai megengedő és tiltó funkciók, működtető és ellenőrző algoritmusok, amelyek a vasúti közlekedés biztonságát garantálják (pl. menetkizárások), információs funkciók (pl. vonatszámkövetés), automatizmusok (pl. önműködő jelzőállítás) és nem utolsósorban a külsőtéri objektumok (pl. jelzők, kitérők) vezérlései. A funkcionális logikának vannak generikus, tervezhető és topológiafüggő összetevői, illetve az ezeket megvalósító szoftver moduljai.
A továbbfejlesztési feladat ez esetben olyan topológiai félformális leíró modell kifejlesztése volt, amelynek segítségével adaptív módon a legkülönbözőbb logikát követő rendszerek túlzott ráfordítás nélkül megvalósíthatók. Itt utalunk arra a tényre, hogy a különböző európai vasúttársaságok a funkcionális logikában egymástól jelentős mértékben eltérő elveket alkalmaznak, emiatt egységesen alkalmazható logika kialakítása lehetetlen, legfeljebb az egységes modellek és leíró módszerek segítségével, de eltérő megvalósítással képezhetők le. 

A megoldás újdonságtartalma a kidolgozandó módszerben rejlik. A funkcionális logikát tervező szakemberek kezébe olyan módszert és az azt támogató szoftvert adunk, amelynek alkalmazásával a különböző vasúttársaságoknál bevezetett rendszerek a jelenleg alkalmazott egyedi tervezés helyett formalizált módon, egységes módszerrel tervezhetők.
A megoldás előnye abban rejlik, hogy az eddigi több tíz vasúti irányítástechnikai rendszer működési szimulációja során szerzett tapasztalatainkra alapozva kifejlesztett félformális leíró modell segítségével a későbbiekben megvalósítandó szimulációs rendszereink generikus, tervezhető és topológiafüggő részei a jelenlegi megoldásokhoz képest kisebb ráfordítással valósíthatók meg.

A külsőtéri objektumok

Itt a feladat az egyes vasutak jelzési rendszereihez adaptálható konfigurálható meg­oldás alkalmazása. A továbbfejlesztés nem jelentett számottevő feladatot, részint mert a korábbi megoldásaink már jórészt teljesítik ezt az igényt, részint mert az objektumfajták száma viszonylag alacsony. Komoly előrelépést jelentett viszont az egyes objektumok dinamikus állapotainak képernyőn történő valósághű megjelenítéséhez (oktatási szempontból fontos követelmény a jelzési rendszer pontos leképezése) a szintén XML-re alapozott grafikus leképező eszköz.

A vasútüzemi feladat modellezése

Ez az egyik legfontosabb összetevője a vasúti szimulációs rendszernek. Ez a rendszerelem garantálja a valósághű leképezést, amikor is a szimuláció során a folyamatok úgy játszódnak le, mintha a háttérben valóságos vonatok, vasúti szerelvények közlekednének. Ez képezi az alapját mind a szimulátoros képzésnek, mind pedig a verifikációs és validációs célú felhasználásnak.
Ebben a vonatkozásban a legfontosabb továbbfejlesztési feladat egy olyan adatbázis kialakítása volt, amelyben összegyűjtöttük egy vasúttársaság vonalain közlekedő vonatok járműveit (mozdonyokat, motorvonatokat, személy- és teherkocsikat), illetve azok paramétereit. Az adatbázisban tárolt járművekből felhasználóbarát módon vasúti szerelvények (vonatok, tolatómenetek) képezhetők és a szimulátorban bevethetők. További feladat e szerelvényekkel való műveletek menetdinamikailag valósághű leképezése (gyorsítás, lassítás, megosztás, összezárás stb.).
A fejlesztés eredménye egy olyan generikus megoldás lett, amelynek szoftvere bármelyik vasúttársaság követelményeit kielégíti. A vasúttársaság-függő adatok egy adatbázis feltöltésével kerülnek a szoftverbe, elkerülve ezzel az egyedi megoldások alkalmazását.
A kifejlesztett megoldás előnye, hogy újabb megbízó esetén az adaptáció nem igényel fejlesztői munkát, a rendszer az adatbázis feltöltése révén rugalmasan illeszthető a megbízó követelményeihez. Ezáltal újabb projektekben való alkalmazás hatékonyabb, kisebb ráfordítású és gyorsabb lehet.

Kiértékelő szoftvereszközök

Ezekre az eszközökre egy szimulált folyamat kvantitatív értékeléséhez van szükség. Ezen adatok alapján vonhatók le következtetések akár a kezelőszemélyzet munkájának értékelését, akár a folyamat lebonyolítását illetően. Saját tapasztalataink és az európai partnereink visszajelzései alapján a következő kiértékelő eszközök kifejlesztése szükséges:

• a szimulációs folyamat visszajátszása;
• a szimulációs folyamat újraindíthatósága egy közbenső állapotból;
• a közlekedő vonatok út-idő diagramjának ábrázolása;
• a vasúti hálózat egyes vágányelemeinek objektumterhelési diagramja;
• a szimulált folyamatban a vonatok késési állapotainak elemzése;
• a kezelőszemélyzet terhelésének értékelése.

A szimulációs folyamat visszajátszása

Erre a lehetőségre a folyamat vizuális (újra)megfigyelhetősége érdekében van szükség. A szimuláció során minden esemény rögzítésre kerül, és a szimuláció befejezése után az tetszőleges számban, valós időben visszajátszható. Ez lehetővé teszi a korábban nem, vagy nem kellően megfigyelt folyamatok (folyamatrészek) újbóli értékelését.

A szimulációs folyamat újraindíthatósága

Egy közbenső állapotból indítható funkció arra szolgál, hogy a szimuláció folyamán, de akár egy szimuláció befejezése után is, vissza lehessen térni egy szimuláció közben mentett állapothoz, és a szimulációt ebből az állapotból lehessen folytatni. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy ugyanabból a kiindulási állapotból több különböző technoló­giai folyamatot elemezzünk, próbáljunk ki. Lehetővé teszi egyúttal, hogy a szimulációt megszakítsuk, és egy későbbi időpontban ugyanabból az állapotból folytassuk.

A vonatok út-idő diagramja

Ez a megjelenítés az idő függvényében ábrázolja az egyes vonatok által befutott utat. Az egyes vonatok esetleges akadályoztatása, a késések okai utólag, a szimuláció befejezése után értékelhetők és következtetések vonhatók le.

A vasúti hálózat objektumterhelési diagramja

Ez a funkció a hálózat egyes vágányelemeinek Gantt-diagramszerűen ábrázolja az idő függvényében az egyes objektumok (kitérők, jelzők, vágányszakaszok stb.) állapotát (állás, foglaltság, lezárás, jelző színkép stb.), ami segítséget nyújt az egyes objektumok használatának (szélső esetben szükségességének) megítéléséhez.

A szimulált folyamatban a vonatok késési állapota

Ennek elemzése rámutathat a folyamat forgalmi technológiájának hiányosságaira. Készülhet az egyes vonatok vonatkozásában, de csoportosíthatók vonattípusok, vonatfajták szerint is. Segítségével elemezhető a vonatok késésének időbeli „fejlődéstörténete” is.

A kezelőszemélyzet terhelésének értékelése

A távvezérlő központok területi elhelyezésének, valamint az ott telepítendő kezelői munkahelyek számának megállapításához, továbbá a kezelők esetleges rossz munkamódszerének felderítéséhez van erre szükség. A szimuláció során regisztráljuk az egyes kezelői műveleteket, ami lehetővé teszi, hogy ezek később osztályozhatók, csoportosíthatók és következtetések vonhatók mennyiségük, de adott estben szükségességük vonatkozásában is.

Az elért eredmények

A fejlesztési tevékenységet 2010 decemberében lezártuk. Az eredményeket nehéz lenne egy cikk keretében ismertetni, tekintettel arra, hogy a bemutatásra csak statikus lehetőségek állnak rendelkezésre. Néhány képpel és a hozzájuk tartozó leírással azonban megkísérlünk áttekintést nyújtani az eredményekről.

Egyik legjelentősebb eredménynek tekinthető a „grafikus composition editor” kifejlesztése, ami nagy segítség a jövőben új grafikus felületek megszerkesztésére és a szimulátorba illesztésére. Az alkalmazás során fejlesztői tevékenység nélkül, megfelelően kiképzett szerkesztők képesek gyorsan és hatékonyan létrehozni grafikus objektumokat, és azokat a szimulátorba illeszteni. Ezzel nagymértékben felgyorsul és hatékonyabbá válik egy új rendszer kezelői és egyéb grafikus felületeinek létrehozása. Jelenleg az SBB számára végzett fejlesztés során használjuk eredményesen a kidolgozott rendszert (1., 2., 3., 4. ábra).
A biztosítóberendezési logika leírására kidolgozott félformális módszer nagymértékben felgyorsította az ez irányú fejlesztői tevékenységünket, egyúttal lényegesen javította az eredmény minőségét is. Egy új rendszer funkcionalitásának leképezése csupán egy-két hónapos elemzési és tervezési munkát, valamint további egy-két hónapos implementációs munkát igényel.
A folyamat szimulációjához kidolgozott „szerelvény composition editor” segítségével egy adatbázisban tárolt vasúti jármű adataiból gyorsan és hatékonyan összeállíthatók a szimuláció során alkalmazni kívánt vonatok, tolatómenetek szerelvény-összeállítása, amelyek természetesen tartalmazzák az egyes járművek paramétereiből képzett vonatparamétereket is (hossz, tömeg, járműszám, sorrend, fékszázalék, sebesség stb.)(5., 6. ábra).
A kidolgozott folyamatmodell kielégíti mindazokat a követelményeket, amelyek egy valós idejű szimulációval szemben fel­merülnek (valósághű közlekedés, menetdinamika, jelzők, jelzések figyelembe­vétele, vonatmegosztás, összezárás, veszélyhelyzetek felismerése stb.).

A fejlesztés másik legfontosabb eredménye a grafikus kiértékelő eszközök létrehozása és azok integrációja a szimulációba.
A szimuláció során rögzített vonat-idő, vonatpozíció, valamint objektumállapotokból felrajzolható a vonatok időbeli futását bemutató út-idő diagram. Felrajzolható e diagram mind a tervezett (menetrend szerinti), mind pedig a tényleges (szimulált) vonatfutásra. A diagramok elemzésével felderíthetők a tervezett futástól való eltérés és azok helyei, az eltérések (késések) okai. Megállapítható, hogy a késések menetrendi vagy vágányhálózat-szerkezetbeli okokból származnak-e.
A 8. ábrán egy, a 7. ábrán bemutatott egyvágányú vonalszakasz tényleges út-idő diagramja szerepel. Az ábrán jól láthatók az egyes vonatok diagramjai, a vonatok futását befolyásoló jelzők állapotai, valamint az egyes szolgálati helyekre vonatkoztatott menetrendtől való eltérések értékei másodpercben.
Az objektumállapot diagram az idő függvényében ábrázolja az egyes kiválasztott objektumok állapotát a szimuláció során. A diagram elemzésével értékelhető az egyes objektumok terheltsége, az egyes objektumok működésének gyakorisága (pl. váltóátállítások), de akár az egyes objektumok vágányútbeli kihasználtsága is. Ilyen diagramot mutat a 9. ábra. Láthatók az ábrán például a kitérők jobb-bal állásai, a kitérők és vágányok vágányútbeli állapotai, foglaltságai, jelzők állapotai stb.
Az út-idő diagram és az objektumállapot diagram integrációja lehetővé teszi a vonatok futásának részletesebb elemzését, a vonatfutások és az objektumállapot-vál­to­zások pontosabb kiértékelését. A 10. ábrán látható részlet mutatja például a Csomád és Veresegyház állomások közötti vonatfutásokat, továbbá Veresegyház állomás G1, G2 és G3 vágányainak objektumállapotait. Megállapítható belőle például a vonatérkezés előtti vágányútállítás ideje, illetve a vonat pozíciója a vágányútál­lí­tás­kor.
Az integrációs ábra szabadon konfigurálható, azaz a kezelő szabadon összeállíthatja a megjeleníteni kívánt út-idő és ob­jek­tumállapot diagram részleteit és azok sorrendjét is.

Az eredmények alkalmazása

A pályázat keretében kifejlesztett szoftver modulok pilot alkalmazására a 71-es vasútvonal terveinek szimulációs vizsgálatakor került sor. A tervezési és adaptációs munkákat a Tran-SYS Kft. végezte, és a szimulációs, valamint a hozzá tartozó kiértékelő szoftvert is a Tran-SYS Kft. készítette elő.
A vizsgálatokra és az eredmények kiértékelésére a MÁVTI Kft. szimulációs laboratóriumában került sor a MÁVTI Kft. és a VITECO Kft. szakembereinek közreműködésével.
Következő alkalmazás a jelenleg fejlesztés alatt álló szimulációs rendszer az SBB részére. Ebben a fejlesztési munkában egy teljes szimulációs rendszer készül el, amelynek célja a teljes svájci vasúthálózat lefedése az elkövetkező néhány évben. Első fázisa ennek a munkának a luzerni irányító körzet szimulációjának megvalósítása. Ennek keretében elkészül az ILTIS R52, valamint öt különféle biztosítóberendezési típus (Elektra, SIMIS-C, D67, D69, SIMIS-W) szimulációs modellje, a hozzá tartozó irányítástechnikai modulokkal (vonatszámjelentés, vonatszámos vágányútállítás), valamint a vonatforgalmi modul a svájci speciális igényekkel együtt.
Mind a pilot alkalmazás, mind pedig az SBB alkalmazás eddigi fejlesztési eredményei bebizonyították, hogy a pályázat keretében elvégzett generikus funkciókra vonatkozó fejlesztések ráfordításai bőven megtérülnek akár már az első néhány alkalmazás során.