Aufbau der Lernfabrik
Technologieschema
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.
Hardwarekomponenten
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
Verwendete Software
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