Z-Control: Hard- und Softwaresystem für effiziente Brandbekämpfung

Feuerwehrwagen

Feuerwehreinsätze stellen Mensch und Technik auf eine harte Probe: Alle Systeme müssen absolut zuverlässig und robust funktionieren, sie müssen auch unter Stress und widrigen Umgebungsbedingungen einfach und sicher bedienbar sein. Die Entwicklung einer speziellen Software für Feuerwehrfahrzeuge war kein alltäglicher Job für Software Designer Stefan Zieker und seine Kollegen von Brunel Car Synergies.

Bei Brunel Car Synergies (BCS) mit Standorten in Hildesheim und Dortmund erarbeiten mehr als 100 Elektroingenieure, Informatiker und Testingenieure Software- und Hardware-Lösungen für Hochtechnologie-Anwendungen – von der Konzeption über Tests und Verifikation bis zur Validierung. Für Kunden aus der Automotive- und Bahnbranche, der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, der Telekommunikation und Wehrtechnik hat BCS in den letzten 10 Jahren über 6.000 Projekte realisiert.


Neue Hard- und Software-Architektur für Feuerwehranwendungen

Das 2018 begonnene und gerade abgeschlossene Projekt für die ZIEGLER Gruppe, Hersteller von Feuerwehrtechnik, fällt aus dem Rahmen. Es forderte das BCS-Team in besonderem Maße, resümiert Dipl.-Ing. Stefan Zieker, Lead Engineer und Senior Software Designer am BCS-Entwicklungszentrum für Embedded Systems in Hildesheim: „Nachdem wir mit dem Kunden den Anforderungskatalog für eine neue Softwarearchitektur für Feuerwehranwendungen erarbeitet hatten, kristallisierten sich drei Ziele heraus: Hardwareunabhängigkeit, Modularität und Skalierbarkeit. Trotz der ungewöhnlichen Aufgabenstellung waren unsere branchenübergreifenden Erfahrungen und Kompetenzen auch bei diesem Projekt entscheidend.“

Stefan Zieker während der Arbeit
Um zu prüfen, ob ein Steuergerät die zu einer bestimmten Frequenz passende Spannung erzeugt, stellt Stefan Zieker die entsprechende Frequenz ein und nimmt parallel Messungen mit einem Oszilloskop vor.

Alle Funktionen der Brandbekämpfung sind intuitiv bedienbar

Die ZIEGLER Gruppe mit Stammsitz in Giengen an der Brenz (Baden-Württemberg) ist Spezialist für Feuerwehrfahrzeuge und feuerwehrtechnisches Zubehör. Das Unternehmen beschäftigt ca. 1.400 Mitarbeitende und unterhält neun operative Tochtergesellschaften in Europa und Asien. 2010 führte die ZIEGLER Gruppe das erste Z-Control ein, ein Hard- und Softwaresystem zur Steuerung sämtlicher Funktionen, die bei der aktiven Brandbekämpfung zum Einsatz kommen können. Die Z-Control Hardware besteht aus Steuergeräten für diverse technische Funktionen sowie aus Bedienteilen, mit denen eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine hergestellt wird (Human Machine Interface, HMI). Über Bedienelemente im Fahrerhaus und im feuerwehrtechnischen Aufbau können sämtliche Funktionen eines Fahrzeugs, von den Rundumkennleuchten (Blaulicht) über die Feuerlöschkreiselpumpe und dem Werfer bis hin zum Lichtmast gesteuert werden. Zudem erhält der Feuerwehrmann (SB) Rückmeldungen vom Zustand des Fahrzeugs – vom Reifendruck bis zum Füllstand des Wassertanks. Für Einsatzleitwagen, für die verschiedenen Arten von Lösch- und Hubrettungsfahrzeugen sowie für Rüst- und Gerätewagen wurden jeweils eigene Systeme entwickelt. Charakteristisch für Z-Control sind einfache und übersichtlich strukturierte Bedienoberflächen sowie große Tasten, die auch mit Handschuhen zu bedienen sind. Das Bedienfeld ist ohne langwieriges Training intuitiv verständlich. Mit diesen Eigenschaften wurde Z-Control zur führenden Bedientechnologie in der Branche.


Kostengünstige individuelle Konfigurierung durch unternehmensweite Standardisierung

Acht Jahre nach Markteinführung fiel die Entscheidung, Z-Control in Kooperation mit BCS weiter zu entwickeln. Dipl.-Ing. (FH) Ingo Boden, Projektleiter und Systemarchitekt bei ZIEGLER, erläutert das neue Ziel: „Bisher wurde an jedem Standort innerhalb der ZIEGLER Gruppe entsprechend nationalen, teils regionalen Standards und individuellen Kundenwünschen eine eigene Z-Control Software entwickelt. Unser Ziel war es, die unternehmensweite Softwareentwicklung zu standardisieren, um Entwicklungszeiten und -kosten zu reduzieren“. Dazu musste ein zentraler Softwarepool geschaffen werden, der den dezentralen ZIEGLER Entwicklern alle Werkzeuge für individuelle Konfigurierungen an die Hand gibt. Stefan Zieker weist auf eine zusätzliche Herausforderung hin: „Dabei sollen die Bedienteile jederzeit rasch an neue Anforderungen angepasst werden können, also einfach neu konfigurier-, austausch- und erweiterbar sein!“ Zieker erinnert sich an den Projektstart: „Die größte Herausforderung für uns stand am Anfang. Fast drei Monate lang haben wir im permanenten Dialog mit dem Kunden die hochkomplexen Anforderungen identifiziert, die die Software erfüllen soll.“ Am Ende der Konzeptionsphase stand die Idee, eine offene Systemarchitektur mit drei Grundkomponenten zu entwickeln: ConfigTool, Framework und Database.


Offene Systemarchitektur aus Konfigurationswerkzeug, Programmiergerüst und Systemdatenbank

Das ConfigTool ist ein Werkzeug, mit dem sich die Anwendungen auf den unterschiedlichen Steuergeräten individuell konfigurieren lassen. Das Framework ist ein Programmiergerüst, in dessen Rahmen die Entwickler bei ZIEGLER unter Nutzung vorgegebener Entwurfsmuster neue Anwendungen erstellen können. BCS-Spezialist Zieker präzisiert: „Das Framework dient in erster Linie der Modularisierung der Applikations-Software sowie der Hardware-Abstraktion.“ So lässt sich mit dem Framework die Datenübertragung zwischen zwei Steuergeräten, also ihr Input-Output-Verhalten, auf einfache Weise programmieren. Die dritte Grundkomponente ist eine Systemdatenbank, in der alle Steuergeräte-Konfigurationen abgelegt und verwaltet werden. Mit Hilfe dieser Database können einzelne Z-Control Funktionen schnell ausgewählt und zu einer neuen Applikation zusammengefügt werden.

Z-Control Software
Die Bedienelemente sind übersichtlich gestaltet und mit Handschuhen regelbar. Der jeweilige Maschinist hat alle relevanten Funktionen im Blick.

Jedes ZIEGLER Fahrzeug ist ein Unikat

Fünf BCS-Softwarespezialisten sowie Mitarbeiter der Brunel Niederlassung in Ulm, die u.a. in der Kundenbetreuung unterstützten, waren knapp drei Jahre lang in das Projekt involviert. ZIEGLER Projektleiter Ingo Boden ist vor allem mit der hohen Flexibilität zufrieden, die die neue Softwarearchitektur bereitstellt: „Damit erfüllen wir den hohen Bedarf unserer Kunden an Individualisierung ohne großen Mehraufwand. Denn im Prinzip ist jedes Fahrzeug, das unsere Produktionshallen verlässt, ein Unikat, weil jeder Kunde, also jede Feuerwehr, im Detail andere Wünsche hat. Und selbst nach der Auslieferung können wir die auf den Steuergeräten laufenden Applikationen jederzeit an veränderte Anforderungen anpassen.“ Daneben gibt es viele weitere Verbesserungen: Bedienoberflächen und Bedienlogik sind jetzt für alle Fahrzeuge und Geräte identisch. Nur situativ relevante Funktionen sind sichtbar und aktivierbar, alle anderen werden ausgeblendet. Fehlbedienungen erkennt und korrigiert die Software. Zum Simulieren aller möglichen Einsatzszenarien kann das gesamte System in einen Trainingsmodus versetzt werden.

 

Mit Telematik und Predictive Maintenance für die Zukunft gerüstet

Richtungsweisend sind Telematikfunktionen, mit denen in Zukunft Einsatzkräfte, Technische Dienste und das ZIEGLER Servicecenter auf alle wichtigen Daten zugreifen können. Damit lässt sich der Zustand von Fahrzeugen und Geräten, wie etwa der Hydraulikdruck oder Stromversorgung des Lichtmasts, zentral per Ferndiagnose überwachen. Die neue Systemarchitektur soll später auch eine intelligente Datenanalyse ermöglichen, die drohende Fehlfunktionen schon vor dem Totalausfall erkennt, so dass ein rechtzeitiger Austausch möglich ist. Das neue Z-Control, das den Praxistest bestanden hat und ab 2021 in Serie verbaut wird, bringt die Feuerwehrtechnik einen guten Schritt weiter an das Ideal: Dass im Notfalleinsatz alle Systeme einschließlich der Mensch-Maschine-Schnittstelle absolut fehlerfrei funktionieren.

Porträt

Stefan Zieker

Dipl.-Ing. (FH) Stefan Zieker (40) studierte Elektrotechnik an der FH Emden. Nach einem Jahr bei Dräger Medical kam er 2006 als Softwaredesigner zu Brunel Communications, Hildesheim, jetzt Brunel
Car Synergies. Seit 2018 leitet er die Softwareentwicklung für ZIEGLER. Dabei konnte er auf die Erfahrungen aus vorangegangenen Projekten der Fahrzeugtechnik zurückgreifen.

Porträt

Ingo Boden

Dipl.-Ing. (FH) Ingo Boden (46) studierte mit einem Praxissemester in Australien an der Jade-Hochschule Elektrotechnik. 2002 kam er als Projektingenieur zu dSPACE, Paderborn, wo er ab 2006 in Tokio am Aufbau der japanischen Tochtergesellschaft beteiligt war. Seit 2016 ist er Teamleiter für die Softwareentwicklung bei der Albert Ziegler GmbH, Giengen. Er trat bereits 1991 der Freiwilligen Feuerwehr bei.

Illustration Dr. Schrank

Dr. Ralf Schrank
Autor