Ferdinand-von-Steinbeis-Schule Tuttlingen

Aufbau:
a) Transportsystem
Kernstück der Anlage ist ein Transportsystem, das in einer Schleife angeordnet ist. An dieser Schleife befinden sich acht Arbeitsstationen, die über Weichen angefahren werden können. Die Arbeitsstationen sind als Andockmodule ausgeführt, der Werkstückträger wird zu Bearbeitungsvorgängen oder zum Be- und Entladen automatisch fixiert. Diese Andockmodule werden entweder mit bereits vorhandenen Maschinen wie dem Laserbeschrifungsgerät ausgestattet oder sie werden in einer Lernortkooperation mit dualen Partnerbetrieben eintwickelt, gebaut und in die Lernfabrik I 4.0 integriert. Der Transport wird mit autonom auf dem Transportsystem fahrenden Transportwagen durchgeführt. Das Transportsystem mit den Andockstationen wird durch eine Nebenschleife ergänzt, in der aktuell nicht benötigte Transportwagen geparkt werden können.
In der Mitte der Hauptschleife ist auf einer Linerachse ein kollaborativer Roboter aufgebaut, der verfahrbar ist und an jeweils zwei gegenüberliegenden Arbeitsstationen bzw. den dazugehörigen Andockmodulen Handhabungsaufgaben übernehmen kann. Der Roboter arbeitet aus Sicherheitsgründen nur dann, wenn er an den Arbeitsstationen verriegelt ist. Der Roboter ist zunächst mit einem kollaborativen Greifer bestückt. Später ist ein Ausbau mit weiteren Greifern möglich, zusätzlich ist ein automatisches Wechselsystem und ein Greiferbahnhof geplant.
b) Anbindung weiterer Maschinen und Werkstätten
Ein selbstfahrendes Förderfahrzeug verbindet die Anlage mit weiteren Systemen, die in anderen Räumen stehen. Dieses Transportmittel kann selbstständig den Personenaufzug bedienen und hat damit die Möglichkeit Räume in anderen Stockwerken anzufahren. Damit wird ein 3-Achs-Fertigungszentrum angebunden. Die Erweiterung der Anlage um weitere Maschinen erfolgt durch Schülerprojekte oder Lernortkooperationen. Die Programmierung des selbstfahrenden Roboters ist in Schülerprojekten realisiert.
c) Netzwerk-Infrastruktur
Für die Vernetzung der Maschinen und Arbeitsstationen gibt es ein fabrikeigenes schulweites Netzwerk, das in Schülerprojekten geplant und aufgebaut ist. Da die Schüler an der Anlage und an dem Netzwerk direkt arbeiten, ist dieses Netz aus Sicherheitsgründen vollständig vom Schulnetz getrennt.
d) Software
Der Zustand der Anlage (wichtige Betriebsparameter, Position der Produkte und Werkstückträger, …) wird mit einer Visualisierungssoftware online angezeigt. Ne-ben den SPS-Programmen zur Steuerung der Hardware wird die Anlage mit einer modularen Software, basierend auf der Entwicklungsplattform „node-red“ gesteu-ert. Einige Module wurden in Schülerprojekten entwickelt.
Betrieb:
Für die Lernfabrik I 4.0 sind zwei Betriebsarten vorgesehen. Die erste Betriebsart ist der Demonstrationsmodus, in dem der Materialfluss zwischen den Bearbei-tungsstationen automatisch abläuft. Besucher können so einen Eindruck von der Anlage und deren Möglichkeiten bekommen. 
Im zweiten Modus, dem Programmiermodus, können Schüler von ihren SPS-Programmierplätzen in der Lernfabrik, in Laborräumen oder sogar von weiter ent-fernt gelegenen Ausbildungsbetrieben auf die Steuerungen des Transportsystems und der Andockmodule zugreifen. Damit ist ein selbstgesteuertes Lernen möglich, bei dem nichts kaputt gemacht werden kann. Die Sicherheitssysteme des Transportsystems ermöglichen ein problemloses Experimentieren mit der Anlage. Sollte die Programmierung nicht erfolgreich sein oder zu lange dauern, kann jederzeit der Ursprungszustand wiederhergestellt werden oder es kann in den Demonstrationsmodus gewechselt werden. Damit entsteht ein großer didaktischer Mehrwert gegenüber fest programmierten Systemen.

Transportsystem „montrac“ und Visualisierung: Montratec, 78078 Niedereschach, www.montratec.de
Linearachse für kollaborativen Roboter: RK MonoLine Z120, Rose+Krieger, 
32423 Minden, www.rk-rose-krieger.com
Kollaborativer Roboter: CR7iAL, Fanuc Deutschland GmbH, 
73765 Neuhausen a.d.F., www.fanuc.com
Selbstfahrendes Transportsystem: Robotec von „smart Robotx“, CH-5703 Seon, www.smart-robotx.ch
Steuerungen: Simatic 1516 PN/DP von Siemens AG, …, www.siemens.com

Visualisierung: MFC (Materialfluss-Controller) von Montratec
Entwicklungsplattform SPS: TIA von Siemens
Entwicklungsplattform Fabrik-Verwaltung: node-red
Anbindung an SAP im Rahmen von SAP4school ist in Planung

Neben der Integration in den Regel-/Lernfeldunterricht bei den verschiedenen Schularten liegt ein Schwerpunkt in der Projektarbeit. In jedem Schuljahr werden mit Schülerprojekten und Lernortkooperationen weitere Module der Lernfabrik ent-wickelt, verbessert oder integriert. Dazu werden, in Absprache mit den Partnerfir-men, die Themen ausgeschrieben und interdisziplinäre Projektgruppen gebildet.

Im Unterricht werden die Lerninhalte und Handlungskompetenzen in einheitlichen Lernaufgaben umgesetzt und in die Schularten/Klassen ausgerollt. Alle Gruppen arbeiten mit den gleichen oder zumindest ähnlichen Lernaufgaben und Handlungsfeldern, allerdings in verschiedener Tiefe bzw. Taxonomie. Damit ist es möglich, dass leistungsstarke Schülerinnen und Schüler individuell gefördert und die Lernaufgabe mit höherer Taxonomiestufe lösen, bzw. schwächere Schülerinnen und Schüler mit Aufgaben niedrigerer Taxonomie die Grundlagen erarbeiten  und so beide optimal gefördert werden.

Die Lernfabrik ist soweit möglich an die Musterlösung BW angepasst.