Lernsystem - Hochschule Flensburg

Fachhochschule Flensburg
Flensburg University of Applied Sciences
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Prof. Dr.-Ing. HOLGER WATTER
- www.fh-flensburg.de/watter -
3-D-Simulationen und Animationen zur
schiffstechnischen Betriebsführung
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Inhaltsverzeichnis
3-D-Simulationen und Animationen zur schiffstechnischen Betriebsführung .................................................. 1
1. Einführung ................................................................................................................................................. 3
2. Systembeschreibung.................................................................................................................................. 3
3. Aufgabenstellung ....................................................................................................................................... 5
4. Durchführung ............................................................................................................................................ 5
5. Ergebnissicherung/Dokumentation........................................................................................................... 6
Quellenhinweise ................................................................................................................................................ 6
ANHANG ............................................................................................................................................................ 7
A1 Auszug aus dem Web-Auftritt UNITEST ................................................................................................... 7
Engine Room Simulator ............................................................................................................................. 7
Marine Training Software ........................................................................................................................ 12
A2 Systemübersicht ..................................................................................................................................... 15
2.1 Maschinenraum mit langsamlaufendem 2-Takt-Maschine - LER3D v1.1.......................................... 15
2.2 Maschinenraum mit mittelschnellaufender 4-Takt-Maschine - MED3D v1.4 ................................... 20
2.3 Auxiliary Steam Boiler........................................................................................................................ 21
2.4 Biological Sewage Treatment Plant ................................................................................................... 22
2.5 C.P.Propeller Installation ................................................................................................................... 23
2.6 Diesel Engine Generators .................................................................................................................. 24
2.7 Diesel Engines .................................................................................................................................... 26
2.8 Fixed Delivery Pump Steering Gear Inst. ........................................................................................... 27
2.9 Variable Delivery Pump Steering Gear .............................................................................................. 28
2.10 Fuel Oil Treatment Plant.................................................................................................................. 28
2.11 Hydrophore Installation................................................................................................................... 29
2.12 Marine Diesel Engine Monitoring Systems...................................................................................... 29
2.13 Oily Water Separator ....................................................................................................................... 30
2.14 Comb. Oil Fired and Exhaust Gas Boiler .......................................................................................... 30
2.15 Freshwater Generator ..................................................................................................................... 31
2.16 Marine Pumps ................................................................................................................................. 32
2.17 R.C.S. for MAN B&W LMC engines .................................................................................................. 33
2.18 R.C.S. for SULZER RTA Engines ......................................................................................................... 33
2.19 Refrigeration Plant........................................................................................................................... 34
2.20 Reverse Osmosis Desalination System ............................................................................................ 35
2.21 S-type Separation System ................................................................................................................ 36
2.22 Electric Power Plant ......................................................................................................................... 36
2.23 Fuel Conditioning Module 3D .......................................................................................................... 37
2.24 Marine Compressors ....................................................................................................................... 37
2.25 Emergency Power Plant 3D ............................................................................................................. 38
2.26 Marine Heat Exchangers.................................................................................................................. 38
2.27 Rotary Vane Steering Gear .............................................................................................................. 39
2.28 Air Conditioning Plant 3D ................................................................................................................ 39
2.29 EcoStream ........................................................................................................................................ 40
2.30 Freshwater Generator 3D ................................................................................................................ 41
2.31 Hydrophore Installation 3D ............................................................................................................. 42
2.32 Marine Hydraulic Machinery ........................................................................................................... 43
2.33 Refrigeration Plant 3D ..................................................................................................................... 43
A3 Formatvorgaben für den Erfahrungsbericht .......................................................................................... 44
1. Überschrift/behandeltes Thema ......................................................................................................... 44
2. Datum und Namen der Teilnehmer..................................................................................................... 44
3. Erfahrungsbericht ................................................................................................................................ 44
4. Zusammenfassung/Bewertung............................................................................................................ 44
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1. Einführung
Computerunterstützter Ausbildung (CUA) bzw. Computer Based Training (CBT) steht für Systeme
(Lernsoftware), die als Lernprogramme genutzt werden, die der Lernende vor Ort auf seinem Computer
gespeichert hat. Sie sind die meistgenutzte Form des elektronischen Lernens [1 … 5].
Komplexe Sachverhalte können multimedial in Form von Text, Bild, Ton, Video und Animation anschaulich
dargestellt werden. Dabei können auch aufwändigere, große Programme eingesetzt werden, da man auf
Direktströme verzichten kann. Je nach Grad der Interaktivität unterscheidet man:
 Simulationssysteme: Sachverhalte können spielerisch durch den Lernenden gelöst werden, z. B.
Planspiele.
 Tutorielle Systeme: Der oder die Lernende tätigt Eingaben, das System reagiert darauf und greift
unterstützend ein.
 Präsentationssysteme: Ein Lernprogramm läuft multimedial in Modulen ab. Der Lernende wird
durch ein vorgefertigtes Programm geführt, z. B. digitale Bücher.
Der große Nachteil von CBT-Programmen, die als CD-ROM verteilt wurden, war die Isolation der Lernenden.
Den Durchbruch kann das E-Learning erst jetzt schaffen, weil Lernen immer öfter über das Intranet oder
Internet in Form von WBT-Kursen stattfindet. Web Based Training (WBT) werden über das Internet verbreitet und bieten den Mehrwert durch Aktualität und Vernetzung (vgl. Learning Management System).
2. Systembeschreibung
Bei dem System UNITEST1 handelt es sich um eine PC-basierte 3-D-Simulation des Maschinenraumes sowie
um zahlreiche Lernprogramme (CBT) zur Schiffsbetriebstechnik. Nachfolgend wird eine kurze Einführung
gegeben. Umfangreiche Systembeschreibungen befinden sich auf der Lernplattform.
Die 3-D-Simulation des Maschinenraumes steht zur Verfügung als Komplettsimulation mit einem
 langsamlaufenden 2-Takt-Antriebsmotor (LER3D v1.1) sowie mit einem
 mittelschnelllaufenden 4-Takt-Antriebsmotor (MED3D v1.4).
Zwischen der 3-D-Ansicht und den Systemkreisläufen wird mit „rechtem Mausklick“ hin und hergeschaltet.
Programmbeschreibung
Verzeichnis-Pfad
LER3D
MED3D
1. LER3D v1.1
2. MED3D v1.4
1
http://www.unitest.pl/products_MER-MEC.html
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Davon losgelöst werden Lernprogramme (CBTs) zu den nachfolgenden Themenkomplexen bereitsgestellt:
3.
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33.
Programmbeschreibung
Auxiliary Steam Boiler Installation
Biological Sewage Treatment Plant
C.P.Propeller Installation
Diesel Engine Generators
Diesel Engines
Fixed Delivery Pump Steering Gear Inst.
Fuel Oil Treatment Plant
Hydrophore Installation
Marine Diesel Engine Monitoring Systems
Oily Water Separator
Variable Delivery Pump Steering Gear
Comb. Oil Fired and Exhaust Gas Boiler
Freshwater Generator
Marine Pumps
R.C.S. for MAN B&W LMC engines
R.C.S. for SULZER RTA Engines
Refrigeration Plant
Reverse Osmosis Desalination System
S-type Separation System
Electric Power Plant
Fuel Conditioning Module 3D
Marine Compressors
Emergency Power Plant 3D
Marine Heat Exchangers
Rotary Vane Steering Gear
Air Conditioning Plant 3D
EcoStream
Freshwater Generator 3D
Hydrophore Installation 3D
Marine Hydraulic Machinery
Refrigeration Plant 3D
Verzeichnis-Pfad
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 1 & 2
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 3
CBT part 4
CBT part 4
CBT part 4
CBT part 5
CBT part 5
CBT part 5
CBT part 6
CBT part 6
CBT part 6
CBT part 7
CBT part 7
CBT part 7
Ausführliche Beschreibungen befinden sich als „Manual“ auf der Lernplattform.
Bitte geben Sie jeweils zu Beginn einen Gruppennamen ein, damit der Lernfortschritt aufgezeichnet werden
kann. Die Löschung erfolgt automatisch beim nächsten Start, so dass der Lernfortschritt vertraulich behandelt wird.
Die Abbildungen im Anhang A2 sollen Bedienungshinweise und einen Überblick zu dem System geben.
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3. Aufgabenstellung
Im Rahmen der Lehrveranstaltungen
 Instandhaltung (SBT4)
 Schiffstechnik (SNL4) und Systemüberwachung (SNL5),
 Anlagentechnik (SBT7) sowie
 Schiffsbetrieb/Schiffsmaschinensimulation (SMB6/SBT7)
sind Einzelelemente der Lernsoftware zu analysieren und zu bewerten. Die Erfahrungen und die Lernergebnisse sind den Kommilitonen in geeigneter Weise über StudIP zugänglich zu machen. Bitte beachten Sie hier
auch formale Vorgaben und Qualitätsstandards für ingenieurwissenschaftliche Berichte und Dokumentationen [ 7].
4. Durchführung
Dazu ist wie folgt zu verfahren:
1. Diese Arbeitsanweisung wird über den Downloadbereich des Dozenten2 und über StudIP3 zugänglich gemacht.
2. Die Studierenden bilden Gruppen von ca. 3 Personen. Gruppeneinteilung und thematische Abstimmung erfolgt über das „Forum“ der dazugehörigen Lehrveranstaltung in StudIP. Jede Gruppe
bearbeitet ein Thema aus den Bereichen 3-D-Simulation oder den CBTs. Thematische Überschneidungen sollten dabei vermieden werden, sind jedoch kein Ausschlusskriterium und somit hinnehmbar. Es wird ein Zeitumfang von ca. 2 x 90 Min. empfohlen.
3. Terminvereinbarung und Terminfestlegung erfolgt über Frau Dipl.-Ing. Möller4. Bitte führen Sie diese Terminabstimmung frühzeitig herbei um Terminengpässe am Semesterende zu vermeiden.
4. PC und Bildschirm einschalten; starte „Benutzer1“.
Benutzerpfad: C:\Dokumente und Einstellungen\All Users\Startmenü\Programme\Unitest
2
ergänzende Lehrunterlagen unter http://www.fh-flensburg.de/watter/lehre.htm
Stud.IP steht für "Studienbegleitender Internetsupport von Präsenzlehre“, siehe https://elearning.fh-flensburg.de
4
Die Kontaktdaten finden Sie über das Personenverzeichnis der Hochschul-Web-Seite:
http://www.fh-flensburg.de/fhfl/315.html?&tx_fhflpersonen_pi1[person]=moeller
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5. Im Rahmen der Bearbeitung ist ein Bericht in WORD zu erstellen. Dazu ist direkt auf der Bearbeitungsplattform ein Word-Dokument anzufertigen und unter „Eigene Dateien“ zu speichern. Der Bericht sollte enthalten (vgl. Anlage A3):
 Überschrift/behandeltes Thema
 Namen der Teilnehmer
 Screenshots und Bewertungskommentare zur Lernsoftware/CBT
 Erfahrungsberichte zur Bedienbarkeit und zur Qualität der Lernplattform
 Empfehlungen für zukünftige Lerngruppen
 Verbesserungsvorschläge für diese Handlungsanweisung und zukünftige Planungen.
6. Der Bericht ist in StudIP oder auf einem USB-Stick abzuspeichern, die Version unter „Eigene Dateien“ sollte dann gelöscht werden.
5. Ergebnissicherung/Dokumentation
7. Um den Qualitätsstandards der Ingenieurwissenschaften gerecht zu werden, sollte der Bericht noch
einem „Feinschliff“ i.S. von [7] unterzogen werden. Dazu wird empfohlen, den Rohentwurf per
Web-Mail oder USB zu exportieren und nachzubearbeiten. Die so aufbereitete Version ist in
StudIP unter „Dateien“ einzustellen und der gesamten Gruppe zugänglich zu machen.
Quellenhinweise
[1] Dreher, Ralph; Watter, Holger: Hypertext und Entscheidungssimulation in der Dampftechnikausbildung, SCHIFFSBETRIEBSTECHNIK
FLENSBURG 1/1997, Seite 6 - 10.
[2] Dreher, Ralph; Watter, Holger: Computerunterstützte Ausbildung
(CUA): Effektive Option, DEUTSCHE SEESCHIFFAHRT 6/97, Seite 18
- 19.
[3] Watter, Holger: "Besondere Lernumgebungen zur Instandhaltungsausbildung in der Schiffsbetriebstechnik" in: Pahl, Jörg-Peter
(Hrsg.): Lern- und Arbeitsumgebungen zur Instandhaltungsausbildung, Kallmeyer'sche Verlagsbuchhandlung, Seelze-Velber, 1997.
[4] Obst, Christian: Implementation einer Lernsoftware zur computerunterstützten Ausbildung am Beispiel des Themenkomplexes
„Brennstoffsysteme u. Brennstoffaufbereitung“, Diplomarbeit, FH
Hamburg, 1997.
[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Rechnerunterstützter_Unterricht,
Stand: 04.02.2011.
[6] Watter, Holger: DOWNLOAD-Bereich zu den Lehrveranstaltungen von Prof. Dr.-Ing. HOLGER
WATTER, http://www.fh-flensburg.de/watter/lehre.htm, Stand: 04.02.2011.
[7] Staben, Volker: Die Thesis – das unbekannte Wesen, Handreichung, FH Flensburg, 2009 (verfügbar
über StudIP  Fachbereich Technik  Dateien).
[8] Unitest: Engine Room Simulator/Marine Training Software: http://www.unitest.pl/products_MERMEC.html, Stand: 04.02.2011.
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ANHANG
A1 Auszug aus dem Web-Auftritt UNITEST5
Engine Room Simulator
General description and application
The UNITEST MS Engine Room Simulator
has been based on typical solutions,
being presently used in medium-sized
engine rooms (two four-stroke type
main engines with reduction gear and
CPP - controllable pitch propeller).
This simulator is designated for training
students of maritime academies as well
as for different types of marine vocational training centres. The simulator
has universal features and may be used
both for training merchant and navy
fleet crew.
The main purpose of the simulator is the practical preparation of the trainee for engine room operation, and more particularly:
- familiarization with the basic engine room installation (compressed air system, fresh and sea
water cooling system, lubricating and fuel oil system, gear and CPP hydraulic system);
- acknowledgment with main engines and auxiliary equipment starting procedure;
- propulsion system manoeuvring (main engines - reduction gear - CPP).
The simulator has been equipped with a desktop type realistic console that enables main engines,
gear and CPP operation and control. A general view of the console has been presented.
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http://www.unitest.pl/products_MER-MEC.html, Stand: 04.02.2011
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Two versions of engine room simulator with medium-speed main engines are available:
- full version (console and software)
- software version (without console)
The software allows for the simulation of opening/closing of basic valves and auxiliary equipment
operation in engine room installations. The software also generates the main engine room's
sound.
The simulator contains a special instructor station software which allows for:
- system set-up (liquid levels in the tanks and pressure setting)
- freeze simulator
- manoeuvring command
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Instructor station is connected by phone with the trainee station.
Software of instructor's station (in multi-station version only) enables also the observation of the
following trainee's station indications
- systems alarm
- shaft revolution
- alarm log
Simulation model
The simulator is based on an engine room composed of two medium-speed diesel ME and three
diesel engine generators.
The propulsion system includes two ME, driving through reduction gear the controllable pitch propeller (CPP). Propeller's revolutions and pitch are controlled simultaneously.
The simulator is divided into the following modules:
Main Engine propulsion
Fuel system
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Cooling system
Lubricating system
Compressed Air system
Power plant
Bilge and ballast system
Steering gear
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Fire fighting system
Sanitary water system
Refrigerating system
Check List
The main purpose of this option is to :
- standardise operation procedures and training;
- ensure that faults due to improper operation procedures are avoided.
The check list can be especially used for teaching proper engine room operation in stand-alone
mode without instructor.
The check list is based on the concept consisting in a division of the whole engine room operation
into various smaller, typical tasks. A specific checklist covers all these tasks. Each checklist is
based on the following principles:
- each checklist begins with a certain engine room setup, typical for that checklist;
- a checklist properly completed should lead to another specific engine room setup, which is the
target of this particular procedure;
- clear instruction what to do and how to do it, is provided for every single checklist step;
- the checklists are linked in such a way that the target setup of one checklist is an entry setup for
the next checklist in almost every case. This means that the completion of all checklists procedures results in the knowledge of the whole engine room operation at basic level.
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Marine Training Software
The marine training software package's aim is to teach the basic
principles of how to operate marine power plant equipment. The
programmes offered are intended for training cadets and marine
engineers. The educational package is based on the solutions being actually used on ships. The machinery and system in the simulation exercises are realistic to allow acquisition of real skills.
The Marine Training Software consists of the following training 2D
and 3D simulators:

Air Conditioning Plant 3D

Auxiliary Steam Boiler Installation

Biological Sewage Treatment Plant

C.P.Propeller Installation

Comb. Oil Fired and Exhaust Gas Boiler

Diesel Engine Generators

Diesel Engines

EcoStream

Emergency Power Plant 3D

Electric Power Plant

Fixed Delivery Pump Steering Gear Inst.

Freshwater Generator

Freshwater Generator 3D

Fuel Conditioning Module 3D

Fuel Oil Treatment Plant

Hydrophore Installation

Hydrophore Installation 3D

Marine Compressors

Marine Diesel Engine Monitoring Systems

Marine Heat Exchangers
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
Marine Hydraulic Machinery

Marine Pumps

Oily Water Separator

R.C.S. for MAN B&W LMC engines

R.C.S. for SULZER RTA Engines

Refrigeration Plant

Refrigeration Plant 3D

Reverse Osmosis Desalination System

Rotary Vane Steering Gear

S-type Separation System

Variable Delivery Pump Steering Gear
The above mentioned training simulators are interactive i.e. they enable the realistic presentation
of the marine power plant equipment functioning. The simulators are equipped with control panels
and system installation diagrams. The control panels contain push-buttons, switches, pressure
gauges as well as control and alarm lamps. The control panels and the main switchboard were
intentionally designed to be as close as possible to the real equipment design.
Some programs offer the possibility to realise regulations of the system parameters. In case of
faulty operations the simulators will react identically as it happens during normal operations, in-
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cluding alarms, shut-downs, tanks overfilling etc.
All operations on the PC screen such as hand-operated valve opening/closing, pump starting/stopping, etc. are effectuated by mouse-clicking. The automatic valves are controlled by the
control panel.
The programs enable the visualisation of the set values of the respective gauges as the diagrams
not only show the flow presence but indicate the liquid level in the tanks as well.
Graphic symbols which are used in simulation programs are described in the legend.
Simulator programs are sound generated.
All CBT modules made in 3D technology offer the possibility to move around with a help of the
state of the art Zoom Technology. The user can select a 3D yellow frame which appears when the
mouse cursor points the selected machinery object. The mouse click moves the user close to the
selected object with the possibility to watch the gauges and to control a position of the valves,
pushbuttons and switches.
Programs are secured by individual Hardlocks or by a single network hardlock for whole class
room.
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A2 Systemübersicht
2.1 Maschinenraum mit langsamlaufendem 2-Takt-Maschine - LER3D v1.1
Abb. 1: LER3D v1.1
Abb. 2: Durch Mausklick Objekt auswählen …
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Abb. 3: … und bedienen.
Abb. 4: Mit rechtem Mausklick kann zwischen 3-D-Ansicht und Selektionsmenü hin- und auch zurück gewählt werden.
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Abb. 5: … zur Haupmaschine.
Abb. 6: … zur Zylinderstation
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Abb. 7: … Bedienung der Ventile oder Schalter
Abb. 8: Druckluftstation
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Abb. 9: Im rechten unten Bereich „C“-aktiviert (Control) führt zum Leitsystem
Abb. 10: …. hier ist auch die Alarmübersicht verfügbar.
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Abb. 11: „D“ führt zurück zur 3-D-Ansicht bzw. der Systemübersicht.
2.2 Maschinenraum mit mittelschnellaufender 4-Takt-Maschine - MED3D v1.4
Abb. 12: Die Funktionalitäten des Maschinenraumes mit mittelschnelllaufender Maschine sind ähnlich.
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Abb. 13: Maschinenkonfiguration
2.3 Auxiliary Steam Boiler
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2.4 Biological Sewage Treatment Plant
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2.5 C.P.Propeller Installation
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2.6 Diesel Engine Generators
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2.7 Diesel Engines
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2.8 Fixed Delivery Pump Steering Gear Inst.
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2.9 Variable Delivery Pump Steering Gear
2.10 Fuel Oil Treatment Plant
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2.11 Hydrophore Installation
2.12 Marine Diesel Engine Monitoring Systems
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2.13 Oily Water Separator
2.14 Comb. Oil Fired and Exhaust Gas Boiler
Loginname erforderlich für den Lernfortschritt, wird beim nächsten Start gelöscht.
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2.15 Freshwater Generator
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2.16 Marine Pumps
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2.17 R.C.S. for MAN B&W LMC engines
2.18 R.C.S. for SULZER RTA Engines
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2.19 Refrigeration Plant
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2.20 Reverse Osmosis Desalination System
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2.21 S-type Separation System
2.22 Electric Power Plant
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2.23 Fuel Conditioning Module 3D
2.24 Marine Compressors
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2.25 Emergency Power Plant 3D
2.26 Marine Heat Exchangers
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2.27 Rotary Vane Steering Gear
2.28 Air Conditioning Plant 3D
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2.29 EcoStream
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2.30 Freshwater Generator 3D
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2.31 Hydrophore Installation 3D
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2.32 Marine Hydraulic Machinery
2.33 Refrigeration Plant 3D
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A3 Formatvorgaben für den Erfahrungsbericht
1. Überschrift/behandeltes Thema
2. Datum und Namen der Teilnehmer
3. Erfahrungsbericht





Screenshots und Bewertungskommentare zur Lernsoftware/CBT
Erfahrungsberichte zur Bedienbarkeit und zur Qualität der Lernplattform
Empfehlungen für zukünftige Lerngruppen
Verbesserungsvorschläge für diese Handlungsanweisung und zukünftige Planungen.
…
4. Zusammenfassung/Bewertung
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