Berufliches Schulzentrum Wertheim

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Das Berufliche Schulzentrum Wertheim verfügt seit September 2017 unter der Bezeichnung „Smart Lab 4.0" über ein verkettetes Maschinen – und Anlagensystem, also eine Industrie 4.0-Produktionslinie im Laborformat. Diese wurde ohne Fördermittel beschafft.

Damit wurde der Grundstein gelegt, um die mit Industrie 4.0 bzw. Wirtschaft 4.0 einhergehenden Veränderungen in der Schule und mit außerschulischen Partnern aufzugreifen und zu diskutieren.

Ziel war es, eine Produktionslinie abzubilden, die sich an die Technologien der heimischen Unternehmen anlehnt. In einer Abfüllanlage werden nach Kundenwunsch Glasgranulate abgefüllt, einer Qualitätskontrolle unterzogen, zu einer Glasschmelze verarbeitet und durch weitere Schritte schließlich als fertiges Produkt dem Kunden ausgehändigt.

Mit den Zuwendungen aus dem 2. Förderaufruf konnten erfolgreich und gezielt weitere wichtige Komponenten für eine vollautomatisierte Anlage in unserem SmartLab4.0 umgesetzt werden. Die Komponenten Hochregallager, Etikettieranlage, flexible Handhabung durch einen fahrbaren Roboter sowie ein Warenausgangssystem machen die Anlage nun komplett. Der gesamte Warenumlauf wird von dem Manufacturing Execution System (MES) beherrscht.

Zu den Hardwarekomponenten kamen Softwaremodule wie die Erweiterung des MES um einen Web Shop und einen Warenversand sowie ein Smart Maintenance Programm hinzu.

Des Weiteren wurde ein Grundlagenlabor installiert, welches aus acht gleichen Bohrmodulen inklusive Transportband, HMI-Panel und Software besteht. Hieran werden die erforderlichen Grundlagen gelegt, um schlussendlich die komplexen Zusammenhänge der Gesamtanlage besser begreifen zu können.

Künftig kann mit dem erreichten Niveau so noch differenzierter auf die einzelnen Bildungsgänge und die Erfordernisse unserer Bündnispartner eingegangen werden.

Um die bestehende Anlage im „Smart Lab 4.0“ auf die neuesten technologischen Gegebenheiten noch professioneller auszurichten, besteht jetzt der konkrete Bedarf an weiteren Softwarekomponenten (3. Förderaufruf). Mit der Abbildung von Anlagenmodulen als „digitaler Zwilling“ und der visuell-digitalen Darstellung der einzelnen Technologien anhand der Augmented Reality (AR) soll noch mehr Potential für zeitgemäßes Lernen geschaffen werden.

Hardwarekomponenten

Grundlagenlabor bestehend aus acht Bohrmodulen inklusive Transportband, HMI und SPS (Hersteller Festo Didactic).
Produktionslinie (Lernfabrik 4.0) bestehend aus:

Hochregallager mit zwölf Ablageplätzen für erforderliche Artikel (Unterschale).
Abfüllstation zum Abfüllen von Glasgranulaten in die Unterschale.
Kameramodul zur Qualitätskontrolle des Granulatgemenges.
Heizofen für den Schmelzvorgang der Glasgranulate.
Bohrmodul zum Vermengen der Glasschmelze.
Stapelmagazin zum Auslagern eines weiteren Artikels (Oberschale).
Pneumatikpresse zum Verpressen von Unter- und Oberschale.
Etikettiermodul zur Mitgabe der Produktionsdaten (QR-Code Label).
Warenausgang / Versand mit Tablet zur Kommunikation mit dem MES.
Fahrbarer Roboter für den Warenumlauf zwischen Anfang und Ende der Produktionslinie sowie dem Warenausgang / Versand.

Hersteller aller Module: Festo Didactic

Verwendete Software

MES / MES-Mobile Apps
WebShop
Web Drilling
Energiemonitoring
Software für Robotino
TIA-Portal (Siemens)
Smart Maintenance
Kamera-Software

Pädagogisches Konzept

STRUKTUR UND VERNETZUNG DER „LERNFABRIK 4.0 MAIN - TAUBER"

An der Lernfabrik 4.0 "Main - Tauber" sind folgende berufliche Schulen beteiligt:

Gewerbliche Schule Bad Mergentheim (GSMGH), Federführende Schule
Gewerbliche Schule Tauberbischofsheim (GSTBB)
Berufliches Schulzentrum Wertheim (BSZ-W)
Kaufmännische Schule Bad Mergentheim (KSMGH)

Über eine Cloud werden die Anlagen der jeweiligen Standorte vernetzt.

Verkettetes Maschinen- und Anlagensystem 1: (Tauberbischofsheim, Schwerpunkt Fertigungstechnik): Konstruktion, Fertigung und Montage von Behältern / Gehäusen. Option 1: Teilmontage, anschließende Lieferung an die anderen beiden verketteten Maschinen- und Anlagensysteme. Option 2: Fertigung und Montage von individuellen Gehäusen.

Verkettetes Maschinen- und Anlagensystem 2: (Bad Mergentheim, Schwerpunkt Elektrotechnik): Montage des „GSMGH – Mobile“, d.h. in die gelieferten Gehäuse werden kundenspezifische Platinen eingesetzt.

Verkettetes Maschinen- und Anlagensystem 3: (BSZ-W, Schwerpunkt Glasindustrie): Ein kundenspezifisches, individuelles Glasgemenge wird in die gelieferten Behältnisse gefüllt und zum Endprodukt verarbeitet.

Entsprechend den Schwerpunkten der einzelnen Berufsschulen und Wirtschaftsräume soll an den drei gewerblichen Berufsschulen die bestehenden Grundlagenlabore dazu dienen, dass Inhalte zu Industrie 4.0 (z.B. RFID – Identifizierung, intelligente Sensoren und Aktoren, Kommunikation, etc.) differenziert vermittelt werden können.

Das Kompetenzbündnis 4.0 nutzt die Struktur und Vielfalt der Lernfabrik 4.0 individuell für Training und Weiterbildung.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

Die Szenarien gemäß Handreichung Industrie 4.0 im Unterricht werden wie folgt umgesetzt:

Zu Szenario 1: Produktidee, -entwicklung und -planung entstehen sowohl im Haus anhand von CAD-Software und Rapid Prototyping. Durch die beschriebene Vernetzung mit den anderen Standorten soll insbesondere der Standort Tauberbischofsheim in diesen Prozess einbezogen werden.

Zu Szenario 2: Eine flexible Fertigung wird durch die 4.0-Produktionslinie im Labormaßstab (SmartLab 4.0) mit übergeordneter Steuerungs- und Lenkungssoftware umgesetzt. Ein flexibles Handhabungsgerät ist in diesen Prozess integriert. Für die Vermittlung grundsätzlicher Anforderungsbereiche dient das Grundlagenlabor.

Zu Szenario 3: Das Manufacturing Execution System (MES) ist der Produktionslinie übergeordnet und beherrscht sämtliche Vorgänge. Schnittstellen zu allen anderen Mitspielern wie dem flexiblen Handhabungsgerät, dem Energiemonitoring, etc. werden transparent, Datenbanksysteme sind zugänglich.

Zu Szenario 4: Service und Instandhaltung werden durch Smart Maintenance schnell und individuell in die Produktionslinie integriert. Instandhaltungsfälle werden dem MES gemeldet, worüber zügig und transparent ein Instandhaltungsauftrag generiert wird. Predictive Maintenance kann ebenfalls durch das Smart Maintenance System softwarebasiert realisiert werden. Einfache Instandhaltungsszenarien können jederzeit sowohl an der Produktionslinie als auch im Grundlagenlabor initiiert werden.

Zu Szenario 5: Das Energiemanagement wird anhand einer in der Produktionslinie intergrierten Energiemessbox realisiert. Diese ist webbasiert auf dem MES-Rechner oder Tablet auslesbar. Daten über Strom- und Druckluftverbrauch in der Produktion können ausgelesen, aufbereitet, diskutiert und durch Eingriffe in den Produktionsprozess optimiert werden. Der darstellbare Footprint schafft zudem Sensibilität und Umweltbewusstsein.

Zu Szenario 6: Vernetzung und Datensicherheit werden in diesem automatisierten System deutlich. Netzwerktechnologie und deren Sicherheit werden ebenso diskutiert wie Backup-Strategien und die Aufgaben einer Firewall. Durch die angestrebte Cloud-Nutzung mit den Standorten Tauberbischofsheim und Bad Mergentheim können in absehbarer Zeit auch hierzu Szenarien dargestellt werden.

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

Berufsschule (Industrie-, Feinwerk- Werkzeug- und Zerspanungsmechaniker, Verfahrensmechaniker Glastechnik)
Technisches Gymnasium (Mechatronik)

Kooperation mit anderen Standorten

Gewerbliche Schule Bad Mergentheim
Kaufmännische Schule Bad Mergentheim
Gewerbliche Schule Tauberbischofsheim

Beschreibung der Kooperation

Die drei Schulstandorte arbeiten seit dem zweiten Förderaufruf (Tranche II) in Sachen Lernfabrik 4.0 eng zusammen. Ziel ist die Erschaffung der "Lernfabrik 4.0 Main-Tauber."

An jedem der Standorte erfolgt die Grundlagenausbildung in sogenannten Grundlagenlaboren. Des Weiteren stehen jeweils verkettete Maschinen- und Anlagensysteme im Labormaßstab zur Verfügung, um aufbauend auf die Grundlagenausbildung komplexe Zusammenhänge in der Industrie 4.0 darstellen zu können. Mittelfristig werden die Daten aller drei verketteten Maschinen- und Anlagensysteme in einer gemeinsamen Cloud abgelegt.Gemeinsame Produktionsprozesse sollen möglich werden. Zudem ist ein reger fachlicher Erfahrungsaustausch gegeben.

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

Kompetenzbündnis 4.0: Mit Wertheimer Unternehmen sowie der SRH Fernhochschule (Mobile University) wurde 2017 eine Kooperation geschlossen. Dieser Zusammenschluss verfolgt einen regen Austausch über Industrie 4.0 bzw. Wirtschaft 4.0.

In regelmäßigen Abständen finden Arbeitssitzungen statt, in denen es sowohl um Informationen aus der Lernfabrik 4.0 an die Unternehmen als auch um neueste Entwicklungen in den Unternehmen selbst geht. Schulungen und der Abgleich zwischen Lehre und Realität tragen zu einem gemeinsamen Verständnis bei.

Die SRH Fernhochschule nutzt das Equipment des Beruflichen Schulzentrums Wertheim für Vorlesungen und laborpraktische Abschnitte mit ihren Studenten.

Durch das Kompetenzbündnis 4.0 haben wir eine enge und förderliche Bindung zu den Partnern unserer Region geschaffen.

Die Inbetriebnahme der Lernfabrik erfolgte am 10.02.2021
Der Aufbau der Lernfabrik wurde durch das Wirtschaftsministerium (Förderaufruf 2018) gefördert.

Kontakt:
Berufliches Schulzentrum Wertheim
Reichenberger Straße 8
97877 Wertheim
www.bsz-wertheim.de

Ansprechperson:
Gebert, Christopher