Veröffentlicht am 7. Oktober 2024

Systemtechnik

Systems Engineering ist ein disziplinübergreifender Ansatz zur Entwicklung oder Weiterentwicklung komplexer technischer Systeme. Es umfasst die Analyse, Planung, Entwurf, Implementierung und Wartung von Systemen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg.

Cockpit Transporthubschrauber Cougar — © VBS

Das Ziel des Systems Engineering besteht darin, sicherzustellen, dass die Anforderungen aller Stakeholder erfüllt werden, indem die Interaktionen zwischen den Systemkomponenten sowie zwischen dem System und seiner Umgebung berücksichtigt werden. Dies beinhaltet die Optimierung von Leistung, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Wartbarkeit und Kosten. Systemingenieure verwenden eine Reihe von Werkzeugen und Techniken, um komplexe Systeme zu modellieren, zu analysieren und zu simulieren, um fundierte Entscheidungen während des gesamten Entwicklungsprozesses zu treffen. Systems Engineering findet innerhalb des Fachbereichs Systemtechnik in Gebieten wie der Luftfahrt, der Bodengestützten- Luftverteidigung, der Informationstechnologie und der Telekommunikation für die Schweizer Armee Anwendung.

Unsere Kompetenzen und Aktivitäten

Im Rahmen der Ausführungsbestimmungen für den Änderungsdienst (AeD) von militärischen Luftfahrtsystemen stellt der Systemingenieur mit sicher, dass Änderungen, die für die Flotte entwickelt werden, operationell wirksam, geeignet und erschwinglich sind und eine zeitnahe Lösung darstellen, um die Bedürfnisse der Nutzer mit einem akzeptablen Risikoniveau zu erfüllen. Dies beinhalten unter anderem Aktivitäten wie:

Verantwortung für die technischen Systemintegrität;
Verantwortung für die technischen Änderungsmanagementaktivitäten;
Verantwortung für die technischen Anforderungen und Spezifikationen;
Sicherstellen, dass das Luftfahrtsystem die vertraglichen, qualitativen und Lufttüchtigkeitsanforderungen erfüllt;
Beauftragung der Industrie oder ausländischer Regierungsstellen mit änderungsbezogenen Konstruktions-, Produktions- und Wartungstätigkeiten;
Führen von Entwicklungs- und Bewertungstests.

In Beschaffungsprojekten, in der Rolle des Technikverantwortlichen, definiert armasuisse Systemtechnik die systemtechnischen Anforderungen und überprüft deren Umsetzung. Dabei wird genau festgelegt, welche technischen Eigenschaften und Funktionen ein zu beschaffendes System erfüllen muss. Hierbei geht es darum, die Bedürfnisse und Anforderungen der Nutzer und Interessengruppen genau zu verstehen und in klare und umsetzbare technische Anforderungen zu übersetzen. Dabei werden auch mögliche technische Risiken und Einschränkungen bewertet und in die Anforderungsdefinition integriert. Während des gesamten Beschaffungsprozesses überwacht armasuisse Systemtechnik die Umsetzung und führt regelmäßige Überprüfungen durch, um sicherzustellen, dass das beschaffte Produkt oder System den vereinbarten Anforderungen entspricht.

Bereiche von Systemtechnik

Eine Übersichtsgrafik über die verschiedenen Bereiche vom Systemtechnik. Diese bildet nachstehende Bereiche ab: Änderungsdienst Luftfahrtsysteme, Systemtechnik, Erprobung, Lufttüchtigkeit, Risikomanagement, Kooperation Industrie — Bereiche von System Technik — © VBS

Systembetreuung während der Nutzungsphase
Sämtliche Luftfahrzeuge, welche bei der Schweizer Luftwaffe im Einsatz stehen, werden während der ganzen Nutzungsphase lückenlos durch armasuisse begleitet. So ist die Systemtechnik direkt für die technische Lufttüchtigkeit der jeweiligen Luftfahrtzeuge verantwortlich.
Lufttüchtigkeit steht für die Eigenschaft eines militärischen Luftfahrtsystems, den beabsichtigten Betrieb, unter den zugelassenen Bedingungen und Einschränkungen, ohne unzulässige Risiken durchführen zu können. Sie beinhaltet Flugsicherheit, Funktion und Leistung. Änderungen, die für die Flotte entwickelt werden, müssen daher operationell wirksam und geeignet sein sowie zeitnahe umgesetzt werden. Dies um die Bedürfnisse der Nutzer mit einem akzeptablen Risikoniveau zu erfüllen.
PC-7 Werterhalt
Der Pilatus PC-7 Turbo Trainer ist seit 1982 bei der Luftwaffe als Schulungsflugzeug für die Pilotenausbildung im Einsatz und gehört nach wie vor zu den leistungsfähigsten Typen seiner Kategorie. Er eignet sich vor allem für den Instrumentenflug bei schlechter Sicht, für den Nachtflug und für den Verbandsflug. Im Laufe der Zeit wurden Modifikationen und Werterhaltungsmassnahmen vorgenommen, um die Flugzeugelektronik (Avionik) auf dem neusten technischen Stand zu halten.
Zu den jetzt fälligen Werterhaltungsmassnahmen gehören vor allem die Erneuerung des für den Instrumentenflug zentralen Navigationssystems sowie ein Nachrüsten der Funkanlage gemäss den europaweit eingeführten Regelungen. Zudem müssen die beiden Flugsimulatoren auf denselben technologischen Stand gebracht werden wie die Echtsysteme, das heisst wie reale Flugzeuge. Als Werterhaltungsmassnahmen werden moderne, handelsübliche Luftfahrtkomponenten integriert. Dafür ist die Pilatus Flugzeugwerke AG in Stans verantwortlich, die den Technologiekonzern RUAG MRO Holding AG unter Vertrag nimmt. An deren Standorten in Lodrino TI und Emmen LU wird der Werterhalt der Flotte beziehungsweise der Simulatoren umgesetzt. Nach Abschluss der Arbeiten soll der PC-7 weitere fünfzehn Jahre eingesetzt werden.
Mixed Reality – Machbarkeitsstudie PC-7 Ground Based Training System
Die Simulationsbranche profitiert seit einigen Jahren stark von der Computerspieleindustrie. In diesem Sog haben sich auch die professionellen Anwendungen und die dafür eingesetzten innovativen Technologien in grossen Schritten weiterentwickelt. So können z.B. Sichtsysteme durch Virtual oder Mixed Reality Technologie ergänzt oder komplett ersetzt werden.
Bei der Luftwaffe sind zurzeit keine vergleichbaren Systeme im Einsatz, sodass ein Erfahrungsaufbau notwendig ist. Es ist bekannt, dass verschiedene ausländische Luftwaffen in diesem Umfeld mit Pilotprojekten erfolgreich aktiv sind. Das Primärziel ist es, die auszubildenden Piloten schneller und individuell auf ein höheres Ausbildungsniveau zu bringen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss auch die Ausbildung innovativer werden. Die etablierten Ausbildungsmittel sollen weder ersetzt noch konkurrenziert, sondern sinnvoll ergänzt werden.
Als ideale Evaluationsumgebung für neue Technologien bietet sich die Piloten-Grundausbildung an, welche bereits heute Simulatoren (PC-7) einsetzt. Das bestehende Sichtsystem der PC-7 Simulatoren soll dabei nicht ersetzt, sondern modular mit einem Mixed-Reality System und der dazu erforderlichen Hard- und Software ergänzt werden. Das heisst, dass je nach Anwenderbedürfnis das idealere Sichtsystem gewählt werden kann. So soll bei der etablierten Ausbildung (IFR, Procedures Training etc.) das bestehende Sichtsystem eingesetzt werden und bei zukünftigen Ausbildungsmodulen, wo der Fokus auf dem Sichtflug liegt, die Mixed Reality Technologie zum Einsatz kommen. Dadurch könnten die Stärken der jeweiligen Sichtsysteme optimal genutzt werden.
Die Transporthelikopter Cougar wurden mit dem Rüstungsprogramm 1998 beschafft und werden seither täglich für Material- und Truppentransporte eingesetzt. Sie stehen auch zur Unterstützung ziviler Behörden, etwa bei Löschwassereinsätzen oder für Such- und Rettungseinsätze, und in der militärischen Friedensförderung im Einsatz (z.B. im Kosovo).
Technik im Werterhalt
Der Werterhalt umfasste ein neues Selbstschutzsystem mit erweiterten Fähigkeiten, neue Bordfunkgeräte und ein militärisches Freund-Feind-Erkennungssystem der neuesten Generation sowie die Ergänzung zur Befähigung von satellitengestützten Anflugverfahren. Die neun Helikopter wurden mit einem neuen Kollisionswarngerät und einem Helmvisier sowie diversen weiteren Funktionalitäten ausgerüstet und damit weitgehend dem Super Puma angeglichen. Gleichzeitig wurden die Helikopter grundüberholt. Durch all diese Verbesserungen lässt sich das Einsatzspektrum des Cougar bei schlechter Witterung und bei Flügen in einem Umfeld, in dem mit Bedrohungen gerechnet werden muss, erweitern.
Key success factor für den erfolgreichen Werterhalt aus technischer Sicht war, dass von allen beteiligten Stellen (armasuisse, Luftwaffe, RUAG, diverse Unterlieferanten, US-Behörden) die technischen Experten konstruktiv, lösungs- und kundenorientiert mitgearbeitet haben. Das motivierte Technik-Team hat die Umsetzung auf qualitativ hohem Niveau ermöglicht.
Die Kampfflugzeuge F/A-18C/D Hornet wurden mit dem Rüstungsprogramm 1992 beschafft und in der zweiten Hälfte der 1990er-Jahre bei der Luftwaffe eingeführt.
Sicherstellung der Systemintegrität der Schweizer F/A-18 Kampflugzeuge
Dank mehrerer Upgrade-Programme konnte das Haupteinsatzmittel der Luftwaffe in den vergangenen zwanzig Jahren leistungsmässig auf der Höhe der Zeit gehalten werden. Das letzte davon ist das NUV Programm. Dieses Programm hat das Ziel der Verlängerung der Nutzungsdauer und den F/A-18 auf 6000 Flugstunden pro Flugzeug zu zertifizieren, damit die Flotte bis zum Abschluss der Einführung der neuen Kampfflugzeuge weiterfliegen kann.
Das NUV Programm beinhaltet ein Struktursanierungsprogramm zum Erhalt der Flugtüchtigkeit in welchem verschiedene identifizierte Schwachstellen behoben werden sowie umfangreiche Inspektionen stattfinden. Die Massnahmen betreffen nebst der Flugzeugstruktur auch Subsysteme und Komponenten, deren Betrieb und Wartung vermehrt problematisch sind, sowie die Modernisierung der Teilsysteme für Einsatz und Training beziehungsweise der Radarlenkwaffen und der Avionik.
In der Nutzungsphase der Schweizer Kampfflugzeuge stellt der Fachbereich Systemtechnik, in Zusammenarbeit mit internen und externen Partner, die technische Systemintegrität sicher, und ist Inhaber der militärischen Musterzulassung (Military Type Certificate Holder). Zu den Haupttätigkeiten gehören beispielweise die Führung des Lufttüchtigkeits-Risikomanagements (Airworthiness Risk Management), die Genehmigung kleiner Änderungen und Reparaturen, sowie die technische Leitung der Upgrade-Programme.
Jet-Treibwerke
Triebwerke sind zentrale Bestandteile von Kampfflugzeugen. Das richtige Verständnis von Betrieb, Wartung und Logistik gehört zu den notwendigen Kenntnissen, um die Nutzungsphase des Systems zu gewährleisten. Der enge Kontakt mit RUAG Maintenance Repair Overhaul (MRO) ist eine Folge davon.
In der regelmässigen Instandhaltung von Triebwerken umfassen Tests folgendes:
- Leistungsprüfung, um sicherzustellen, dass das Triebwerk in der Lage ist, den erforderlichen Schub zu erzeugen;
- Vibrations- und Auswuchttests, um die Triebwerksrotoren zu überprüfen und ggf. auszuwuchten;
- Kontrolle des Öl- und Kraftstoffsystems;
- Leckageprüfungen, um sicherzustellen, dass alle Systeme frei von Leckagen sind.
Systemtechnik übernimmt die Schweizer Vertretung und die Koordination an internationalen Konferenzen zwischen Herstellern, ausgewählten Lieferanten, Anwendern und der US Navy. Auf nationaler Ebene erfolgt die Koordination für die Nutzungsphase mit dem Armeestab (A STAB), der Luftwaffe, der Militärluftfahrtbehörde, RUAG MRO und einigen Lieferanten. Auch die direkte Koordination zwischen den Nutzern fällt in den Zuständigkeitsbereich des Fachbereiches Systemtechnik.
Wer den Luftraum beherrscht, bestimmt, was sich am Boden bewegt. Dazu benötigt die Luftwaffe nebst Kampfflugzeugen auch die bodengestützte Luftverteidigung.
Bodengestützte Luftverteidigungssysteme grösserer, mittlerer und kurzer Reichweite schützen die Bevölkerung, kritische zivile und militärische Infrastrukturen und Truppenverbände gegen Bedrohungen aus dem Luftraum. Der Fachbereich Systemtechnik ist ein wesentlicher Teil des Projektteams und nimmt über die Projektphase hinaus folgende Kernaufgaben war:
- Unterstützt den Auftraggeber und den Kunden bei der Definition der Business- und Stakeholderanforderungen;
- Leitet die technischen Anforderungen zur Erstellung des technischen Pflichtenheftes ab;
- Beschreibt die Umsysteme auf Komponenten-Level und erstellt Systemarchitekturen zur Integration in die Schweizer Systemlandschaft;
- Führt Aufgaben im Rahmen des Systems Engineering wie z.B. Anforderungs-, Änderungs- und technisches Risikomanagement, erstellt Engineering Planungsgrundlagen, leitet Reviews und ist für Verifikation und Validation verantwortlich.
Die Technologie der Mini-Drohnen hat sich in den letzten Jahren sowohl im zivilen als auch im militärischen Sektor stark entwickelt. Neue Fähigkeiten sind entstanden, die vielfältige Anforderungen erfüllen. Basierend auf Erkenntnissen aus einem ersten Beschaffungsprojekt wurden bereits vier verschiedene Drohnensysteme für die Schweizer Armee erworben. armasuisse führte das Projekt, die Systemtechnik definierte Anforderungen und bewertete die Entwicklung, um technische Risiken zu managen und Änderungen zu verwalten.
Die Mini-Drohnenflotte der Schweizer Armee umfasst verschiedene Modelle, die unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten bieten. Die Black Hornet (BH) 3 von Teledyne FLIR ist das kleinste System, das mit nur 33 Gramm Gewicht sogar in Innenräumen eingesetzt werden kann, ohne auf ein Globales Navigationssatellitensystem Signal (GNSS) angewiesen zu sein. Der Orbiter 2b von Aeronautics ist das grösste System mit einem Gewicht von 10 kg und einer Spannweite von 3 m, geeignet für den tragbaren, taktischen Einsatz. Auf Grund seiner Gewichtsklasse braucht sie eine dedizierte Zulassung der Militärluftfahrtbehörde (MAA). Weitere Modelle wie der Indago 3 von Lockheed Martin, ausgestattet mit einem FLARM-Transponder für Luftverkehrsinformationen, wurden von armasuisse begleitet, um technische Anforderungen zu definieren und zu überprüfen. Die ANAFI von Parrot komplettiert das Portfolio als Einstiegsdrohne für zukünftige Drohnenlenker der Schweizer Armee.
In naher Zukunft werden die Nachfolgemodelle der bereits eingeführten Systeme für die Schweizer Armee beschafft, um den steigenden Bedarf zu decken und den Anschluss an die Technologie zu halten. Die technischen Unterschiede werden vom Fachbereich armasuisse Systemtechnik geprüft.
Die Entwicklung und Nutzungsmöglichkeiten dieser Technologie schreitet voran. Entsprechend steigt die Nachfrage nach verschiedenen Drohnentypen. Neben den bereits beschafften Mini-Drohnen werden weitere Projekte und Schnittstellenintegrationen erforderlich sein, um den sich ständig verändernden Anforderungen gerecht zu werden. Ein Beispiel ist die Integration von Drohnen auf dem neuen Pionierpanzer, um die Überwachungs- und Erkundungsfähigkeiten zu erweitern und die Situationsaufklärung in Echtzeit zu verbessern. Die Kombination von Bodentruppen mit Luftaufklärung durch Drohnen erhöht die Effektivität militärischer Operationen und die Sicherheit der Truppen.
Im Beschaffungsprojekt ADS 15 führt der Fachbereich Systemtechnik verschiedene Aufgaben im Rahmen des Systems Engineering durch. Dazu gehört das Management von Anforderungen, Änderungen und technischen Risiken. Der Fachbereich Systemtechnik erstellt Planungsgrundlagen für die Umsetzung der Systeme und leitet Reviews, um die Entwicklung zu überprüfen und sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt werden. Zudem ist er für die Verifikation und Validation verantwortlich, um sicherzustellen, dass das System die definierten Spezifikationen erfüllt und den Anforderungen der Nutzer entspricht.
Das ADS 15 ist ein unbemanntes und unbewaffnetes Aufklärungssystem. Es wird das bis Ende 2019 in der Armee eingesetzte Aufklärungsdrohnensystem 95 ersetzen, das dem Technologiestand der 1980er Jahre entspricht. Die vorgesehene Nutzungsdauer des ADS 15 beträgt 20 Jahre. Die Drohne dient der Lage- und Zielaufklärung, ist aber auch vorgesehen bei Bedarf mit anderen Sensoren ausgerüstet zu werden. Beispielsweise für abbildendes Radar zur Erzeugung eines Bildes der Bodenlage oder für die elektronische Aufklärung. Mit dem Drohnensystem ist ein Einsatz bei Tag und Nacht und über längere Zeiträume möglich. Zur Integration in den Luftraum weist es die Fähigkeit des selbständigen Konflikterkennung und -auflösung (Cooperative and Non-Cooperative Detect an Avoid) auf.
Folgende Leistungen können mit dem ADS 15 erbracht werden:
- Überwachung von grossen Räumen;
- Suche, Aufklärung und Verfolgung von Zielen;
- Beiträge zum Lagebild und zum Schutz kritischer Infrastrukturen sowie der eigenen Truppen.
Die Nutzer sind zivile und militärische Führungsorgane. Zivile Stellen sind beispielsweise kantonale Führungsstäbe, Polizei- und Rettungsorgane oder das Grenzwachtkorps. Bei der Abwehr eines militärischen Angriffs leistet das ADS 15 einen Beitrag zur Führung und Kontrolle von Aktionen am Boden, insbesondere für die Feuerunterstützung.
Um den sicheren Betrieb des Luftverkehrs aufrechtzuerhalten, benötigen Luftfahrtbehörden Risikoanalysen, bevor sie neue Systeme und Verfahren zulassen. Zunehmend und insbesondere in der unbemannten Luftfahrt werden dabei quantitative Analysen und Simulationen im operationellen Bereich angewendet.
Die Systemtechnik unterstützt die Schweizer Militärluftfahrtbehörde (MAA), das Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL) und internationale Gremien der NATO und Eurocontrol mit Datenanalysen, mathematischen Modellen und Simulationen und unserem Fachwissen bei der Bewertung geplanter Verfahren und technischer Lösungen sowie der Erarbeitung von Regulationen. Ein spezieller Fokus liegt zurzeit bei der Integration des Aufklärungsdrohensystems 15 (ADS 15) in den Schweizer Luftraum.