Geschwister-Scholl-Schule Leutkirch

MPS-System (incl. 203 I 4.0) der Fa. Festo Didactic mit zusätzlichen Einzelmomponenten / Modulen für die Grundlagenvermittung und flexible Erweiterbarkeit.
Als Automatisierungssystem steht CODESYS auf dem Zielsystem Rhaspberry PI mit EtherCat-Anbindung zur Verfügung. Zur Vervollständiung ist ein Industrierroboter (MPS) an das System angebunden.

1 x MPS 203 I 4.0 (Festo Didactic)
1 x MPS- Roboter (Festo Didactic / Hitachi)
4 x MPS Band (Festo Didactic)
4 x MPS Pick&Place (Festo Didactic)
2 x MPS Band/Vereinzeln (Festo Didactic)
10 x Tec2Screen
24 x Automatisierungssystem (CODESYS V3)
3D-Drucker (Ultimaker)

CODESYS V3, Siemens TIA

Die Lernfabrik 4.0 wird in den Bereichen Berufsschule, Berufsfachschule und Technisches Gymnasium eingesetzt. Hier ein kurzer Überblick in welchen Schularten und Bildungsgänge ein direkter Bezug zu Industrie 4.0 besteht und die Lernfabrik eingesetzt werden soll.
Insgesamt können ca. 350 Schüler (ca. 20%) aus den unterschiedlichen Schularten mit der Anlage lernen.
Die Lernfabrik bildet einen realen Produktionsprozess nach und ermöglicht so einen umfassenden Einsatz für die berufliche Erstausbildung aber auch für die Weiterbildung und innovative Lernsituationen für das Technische Gymnasium. Auf ihrer Basis wird einerseits die grundlegende Erarbeitung der Steuerungszusammenhänge, Prozessen, Kommunikation und Wirkmechanismen von Industrie 4.0 Anlagen möglich. Andererseits gestattet das Zusammenspiel zwischen Komplexität der Lernfabrik und didaktischer Reduktion bzw. Konzentration auf die inhaltlichen Schwerpunkte das Abbilden typischer Situationen aus dem beruflichen Alltag sowie deren spielerische Lösung. Ebenso lässt sich geradezu ideal die Grundlagenausbildung anhand des modularen Aufbaus durchführen. Dieser Ansatz wird als Probehandeln bezeichnet. Er steht direkt im Zusammenhang mit den Lernfeldern der Rahmenlehrpläne für den Unterricht in der Berufsschule und schafft die Voraussetzung zur umfassenden Förderung benötigter Handlungskompetenzen. Dabei verstehen sich Handlungskompetenz als „…Fähigkeit der Mitarbeiter, sich in offenen und unüberschaubaren, komplexen und dynamischen Situationen selbstorganisiert zurecht zu finden...“. Ebenso deckt diese Herangehensweise die vollständige Handlung ab. Die entsprechenden Lernsituationen an der Lernfabrik sind nach dem Prinzip der vollständigen Handlung konzipiert. Wichtig ist hierbei, dass die Lernsituationen simuliert (mittels eines Simulationsprogramms) und real an der Anlage durchgeführt werden können. Somit sind die Schüler in der Lage, ihre Handlungskompetenz zu erweitern. Da die Bearbeitung der Lernsituationen in der Regel durch kleinere Gruppen erfolgt, werden die Sozialkompetenzen (z.B. Kommunikations- und Integrationsfähigkeit) durch Weitergabe von Wissen an andere Lernende und Führen von kleinen Gruppen gestärkt.
Schließlich werden auch die Selbstkompetenzen fokussiert. Der Lehrende hat die Möglichkeit, bei der Aufgabenbearbeitung solche Selbstkompetenzen wie bespielsweise Beharrlichkeit und Selbstdisziplin, Zuverlässigkeit und Entscheidungsfähigkeit der Lernenden zu beobachten und bei Bedarf geeignete pädagogische Interventionen zu planen und zu gestalten.

Pädagogische Umsetzung:
Allen Zielgruppen gemein ist die Vermittlung von grundlegendem Wissen und Können. Bedingt durch den modularen Aufbau der Fertigungsanlage sind die Grundmodule in vielen Handlungsfeldern des berufstheoretischen Unterrichts einsetzbar. In besonderem Maße lassen sich über den modularen Aufbau, die digitalen Werkzeuge und Hilfsmittel auch bzgl. dem Thema Digitalisierung umsetzen. Hierfür ist u.a. auch der Einsatz von Tablets (inkl. Tec2Screen) angedacht. Die Vermittlung von Wissen mit Hilfe von digitalen Endgeräte ist im Rahmen der Digitalisierung unerlässlich. Im Mittelpunkt der Lernfabrik steht das modular MPS System 203 I 4.0.
An diesem System (MPS  203 I 4.0) werden die Schwerpunkte des Zusammenspiels der I4.0 Komponenten unterrichtet.
Die Grundlagenausbildung findet an weiteren MPS-Stationen sowie deren Module statt. Alle Module (z.B. Band, Pick & Place, etc.) stehen den Lernenden einzeln zur Verfügung und können

1. autark manuell außerhalb der Anlage
2. direkt von der Simulationsumgebung
3. direkt von einer einzelnen SPS
4. innerhalb eines Fertigungsprozesses (Anlage) verwendet werden.

Somit besteht die Möglichkeit und auch das Ziel, die MPS 203 I4.0 Anlage durch weitere MPS-Stationen zu erweitern und somit die Lernfabrik peu à peu auszubauen. Die Lernenden (vor allem aus dem Bereich TG – Mechatronik) können konkurrierende Fertigungsstraßen planen und direkt an der Anlage testen und optimieren. Hierfür sind auch Eigenkonstruktionen angedacht, die auch in Kooperation mit Ausbildungsbetrieben oder anderen ortsansässigen Betrieben entwickelt werden.
Die Steuerung der MPS Stationen erfolgt mit CODESYS auf dem Zielsystem Raspberry Pi mit einem Touchpanel. Auf der Feldebene werden vorzugsweise Busknoten auf EtherCAT Basis eingesetzt (prinzipiell lassen sich jedoch vielen Steuerungshersteller mit CODESYS betreiben). Die Lernenden haben die Möglichkeit, Steuerungen für Lernzwecke mit nach Hause zu nehmen. Das Programmiersystem steht allgemein zur freien Verfügung zum Download auf der Herstellerseite bereit und wird zusätzlich von der Schule zur Verfügung gestellt.