Gewerbliche Schule Backnang

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Vielfältige Entwicklungen im Rahmen der Digitalisierung und in deren Zusammenhang der Individualisierung von Produkten spielen im Zeitalter der vernetzten Produktion eine immer wichtigere Rolle. So besteht das auf unserer Anlage hergestellte Produkt, ein TouchPen-Kugelschreiber, aus eigens auf unseren CNC-Drehmaschinen produzierten Bauteilen, die im weiteren Prozess über ein fahrerloses Transportsystem vom Fertigungsbereich zum Showroom gelangen, mit einer Lasergravur individualisiert, einer Kamera kontrolliert und abschließend mit Hilfe eines Montageassistenzsystems (pick-by-light) zusammengesetzt werden.

Im Rahmen der CNC-Fertigung werden die Bauteile Deckel, Griffstück und Schaft auf unseren CNC-Drehmaschinen produziert. Die Möglichkeit zum farblichen Eloxieren des Stiftes besteht zu diesem Zeitpunkt ebenfalls, deshalb wird ggfs. eine bestimmte Losgröße hier ausgeschleust. Anschließend wird der Schaft im nebenstehenden Hochregallager eingelagert, um später dem weiteren Bearbeitungsprozess zugeführt zu werden. Die beiden anderen Bauteile Deckel und Griffstück werden im Kanban-System dem Montageassistenzsystem im Showroom zugeführt.

Steht ein Auftrag zur Produktion an, so wird der zu bearbeitende Schaft entweder direkt von der Produktionsmaschine entnommen oder aus dem Hochregallager in der entsprechenden Farbvariante ausgeschleust und dem Produktionsprozess zugeführt. Zwischen der CNC-Produktion und dem Showroom pendelt ein fahrerloses Transportsystem, welches das Bauteil mit dem bereits per RFID zugewiesenen Werkstückträger in den Showroom bringt. Das fahrerlose Transportsystem wird über farbliche Bodenmarkierungen und dort ebenfalls angebrachte QR-Codes gesteuert.

Im Showroom wird der Werkstückträger an einem Bahnhof ab- und auf die Pro-duktionsstraße übergesetzt. Es folgt die Zuweisung von weiteren Auftragsdaten (Logo und/oder Beschriftung sowie Montageprogramm) über das HMI.

Die Individualisierung durch das Aufbringen eines Logos oder einer Beschriftung des TouchPen-Kugelschreibers findet am zweiten Band mit Hilfe eines Lasers statt und wird im Anschluss einer Kamerakontrolle auf dem dritten Band unterzogen. Abschließend wird bei positiv beschiedener Kamerakontrolle der Schaft dem Montagearbeitsplatz zugeführt und dort angeleitet mit den zuvor gefertigten Bauteilen sowie weiteren Normteilen zusammengebaut. Sollte die Kamerakontrolle negativ beschieden werden, wird der Schaft zur Station 1 zurückgeführt und kann dort vom Mitarbeiter individuell beurteilt werden.

Im Anschluss kann der TouchPen-Kugelschreiber direkt dem Versand übergeben oder zum Hochregallager zurück transportiert und dort eingelagert werden.

Hardwarekomponenten

CNC-Maschine (Fa. DMG), Fahrerloses Transportsystem (Fa. BITO), Transferanlage (Fa. Schnaithmann), Laser und visueller Sensor (Fa. Keyence), Montageassistenzsystem und Hochregallager (Fa. Schnaithmann), Augmented Reality (momentan in der Entwicklung)

Verwendete Software

Siemens S7, SAP, Keyence-Software, Celos

Pädagogisches Konzept

Die rasanten Entwicklungen hinsichtlich der fortschreitenden Digitalisierung und umfänglichen Automatisierung von Produktionsprozessen spiegelt sich in unserer Schule sichtbar in unserem Showroom Industrie 4.0 sowie in den neuen Unterrichtskonzepten unter Einsatz von Tablets in der beruflichen Ausbildung wieder. In enger Zusammenarbeit zwischen Schulträger, dualen Partnern und Fachkolleginnen und -kollegen entwickeln wir ganzheitliche Lernkonzepte. Diese bieten allen Schüler*innen der Berufsfelder Elektro, Metall und IT unabhängig vom Ausbildungsgang die Möglichkeit, die vernetzten Belange des Produktionsmanagements am Beispiel eines produzier- und individualisierbaren Touchpens nachvollziehen und auch weiterentwickeln zu können.

Seit einigen Jahren arbeiten Schüler*innen, Lehrer*innen und Ausbilder*innen zusammen im Projekt „Einsatz von Tablets an Berufsschulen“. Diese bieten als zentrales Kommunikations- und technisches Arbeitsmittel die idealen Voraussetzungen, um im Verbund von Schule und Ausbildungsbetrieben die industrielle Arbeitsweise einzuüben und den Auszubildenden die digitale Arbeitsumgebung als unverzichtbares Handwerkszeug in realitätsnahen Einsatzbereichen an die Hand zu geben. Fokussiert wird bei all diesen Entwicklungen auch die Verknüpfung berufstheoretischer, berufspraktischer und allgemeinbildender Fächer mit Blick auf einen ganzheitlichen und problemorientierten Kompetenzerwerb.

Durch die enge Verzahnung beider Projektbereiche entstehen fortlaufend Unterrichtskonzepte, die unsere Schüler*innen sukzessiv und am Puls der Zeit auf die sich ständig verändernde Arbeitswelt und deren Komplexität vorbereiten.

Von Kollegen mit aktuellen Industriekomponenten geplant, durch Bildungspartner gefördert und von Schülern der Fachschule für Technik als Teil deren Technikerarbeit sowie in der Übungsfirma konzipiert und in einzelnen Bereichen realisiert, bietet der Showroom auch immer neue und den industriellen Bedürfnissen angepasste Möglichkeiten zur Erweiterung. Hinzugekommen sind seit der Eröffnung im Juni 2018 ein Montageplatz, der über ein pick-by-light-System die Montage der gefertigten Einzelteile des Kugelschreibers im Sinne von I4.0 anleitet und ein Hochregallager, das mittlerweile ein Zwischenlager für gefertigte Einzelteile bildet. Zudem ist für den Unterricht in allen in diesem Bereich tätigen Berufszweigen ein Schulungsbereich entstanden, in dem über ein Smartboard ein Auftrag erteilt und der Produktionsprozess gänzlich überwacht werden kann: eine logische Konsequenz des mittlerweile in vielen Klassen üblichen Tablet basierten Unterrichts.

In der pädagogischen Konzeption soll grundlegend das Wissen der Schüler durch den I4.0 Lernort der smarten Fabrik angereichert und ganzheitlich in fächerübergreifenden Lernsituationen vernetzt und vertieft werden. Die Vernetzung findet im Sinne von BFK-Inhalten in Kombination mit den für den Prozess in der smarten Fabrik zukunftsweisenden Fachbegriffen und deren Bedeutung in konkreter Form und praktischer Umsetzung statt. Dazu gehört das Kennenlernen des kompletten und in der freien Wirtschaft üblichen Prozesses, d.h., von der individualisierten Bestellung über den Produktionsprozess und die Qualitätskontrolle bis hin zum Versand. Zum ganzheitlichen Ansatz bzw. dem Arbeits- und Lebensweltbezug gehört aber auch die Auseinandersetzung in den allgemeinbildenden Fächern und der Diskurs ethischer Fragen, die sich aus dem Wandel der Arbeitswelt ergeben.

Um das I 4.0-Konzept in seiner Gänze verstehen zu können, ist es wichtig bei den Grundlagen zu beginnen und sich sukzessive über alle Lehrjahre und dem Bildungsplan entsprechend der Komplexität anzunähern. In vier über alle Lehrjahre verteilten ganztägigen Laborterminen wird das Konzept von I4.0 für die Schülerinnen und Schüler greif- und erfahrbar, sprich: hier wird Lernen sichtbar gemacht!

Ergänzt wird das System „Showroom“ durch den Einsatz von Festo-Labs, die eine zusätzliche Möglichkeit der Fehleranalyse in komplexen Systemen gewährleisten. Verbunden mit Augmented Reality können die Schüler einzelne Vorgänge nachvollziehen und spezifische Daten im System auswerten. Auch hier wird auf einen sukzessiven Aufbau des Wissens und Anwenden des Könnens Wert gelegt.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

Die Smart-Factory der Gewerblichen Schule Backnang wurde aus eigenen Ideen entwickelt und mit Unterstützung des Landkreises und unserer Bildungspartner geplant und umgesetzt. Sie ist in der Lage, flexibel unterschiedliche Produkte real zu fertigen und zu lagern. Es handelt sich hierbei um eine ständig wachsende Anlage, die immer wieder Potenzial für Technikerarbeiten unserer Technikerschule und Projektarbeiten unserer Berufsschule liefert. Zukünftig sollen verstärkt auch Projektarbeiten für unsere Fachinformatiker angeboten werden.

Da die Anlage nicht durch Festo-Komponenten aufgebaut ist, ist eine Umsetzung der Musterlösung-BW nicht ohne weiteres möglich. Wir werden in den kommenden Monaten die Umsetzungsmöglichkeiten prüfen sowie die gedachten pädagogischen Konzepte integrieren und adaptieren.

In Vorbereitung für die beschriebene Smart-Factory arbeiten wir im Steuerungstechnik-Unterricht bei den Fachschülern, den Auszubildenden und im Technischen Gymnasium mit den CPLabs von Festo, für die es bereits die Musterlösung-BW gibt. Unsere technischen und wissenschaftlichen Lehrer*innen arbeiten mit den Vorlagen der beiden Kollegen Raphael Hörner und Bernd Widmann, die dafür speziell in unserer Schule Kurse angeboten haben. Die Umsetzung dieser Musterlösungsbausteine ist für uns obligatorisch.

Lernwerkstatt Zukunftstechnologie Wasserstoff und Brennstoffzelle in Verbindung mit dem Showroom Industrie 4.0

In den verbleibenden neun Jahren bis 2030 will die EU kräftig beim Klimaschutz zulegen. 2030 sollen mindestens 55 Prozent weniger Treibhausgase ausgestoßen werden als 1990. Der Ausstoß muss also noch einmal um 30 Prozent reduziert werden. Immer wieder wird hier mehr Ehrgeiz gefordert, um das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 und auch die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen. Alle Mitgliedstaaten der EU haben sich dazu bekannt, dass die Emissionen „netto“ um mindestens 55 Prozent sinken. Welche Maßnahmen auf diesem Weg umgesetzt und welche Wege bestritten werden müssen, wird oft diskutiert, ist viel gefächert und sorgt für heftige Diskussionen. Sollte es gelingen, durch das Pflanzen von Bäumen oder andere Instrumente Kohlendioxid aus der Luft zu binden, wäre dies ein wichtiger Milestone auf einem hoffentlich erfolgreichen Weg in eine überlebensfähige Gesellschaft. Allerdings braucht es gesamtgesellschaftliche Diskussionen über die richtigen Wege zu diesem Ziel, denn bei allem darf auch die Wirtschaft der Länder nicht überfordert werden. Immer wieder geht bei dieser Diskussion der Blick hin zu unseren Mobilitätskonzepten und neuen Konzepten der Energiegewinnung und -speicherung, um durch einen intelligenten Energietransfer möglichst viele „grüne“ Antriebstechnologien zum Einsatz zu bringen und die CO2 Emissionen zu minimieren.

Eine Technologie ist dabei immer wieder in unterschiedlichsten Kontexten in aller Munde: es ist das Thema Wasserstoff, dessen Gewinnung aus grüner Energie und dessen Speicherung, die momentan noch zu teuer in der Produktion ist. Immer mehr Unternehmen allerdings setzen auf diese Energie, wie jüngst auch die Firma Bosch, die die stationäre Brennstoffzelle mit einem Wirkungsgrad von mehr als 85 Prozent mit der Festoxidbrennstoffzelle ab 2024 in Serie produzieren will. Es handelt sich dabei um stationäre Brennstoffzellen, die den Großteil der zugeführten Energie nutzen können und die in der Umwandlung wenig Energieverluste aufweisen. Ziel ist es, solche Anlagen zu erstellen und damit eine Energieversorgung ohne Stickoxid oder CO2 Emissionen nachhaltig sicherzustellen.

Eine Berufliche Schule im gewerblich technischen Bereich muss diese neue Technologie mit in das Denken und Handeln junger Menschen so integrieren, dass diese bei angestrebten Lösungen in Industrie und Handwerk mitgedacht und nach Lösungen ringend später nach der Ausbildung in den Firmen vor Ort auch sinnvoll integriert werden kann. Es geht darum, kreatives Problemlösen zu fördern, Kompetenzen auf- und Ängste abzubauen, Verständnis zu erwirken und das Thema Energie holistisch in der zukünftigen Generation, aber auch in der Schulöffentlichkeit und deren Umfeld sichtbar zu machen und vernetzt in allen Wirkungsgraden, Arbeitsebenen und Berufsfeldern darzustellen.

Inhaltliche Begründung „Das Thema Wasserstoff in der Gewerblichen Schule Backnang“

Unser Anspruch in der Bildung:
„Die Wettbewerbsfähigkeit eines Landes beginnt nicht in der Fabrikhalle oder im Forschungslabor, sie beginnt im Klassenzimmer“, sagte Lee Iacocca. Diesem Leitspruch hat sich das Technische Berufliche Bildungszentrum in Backnang mit all seinen Ausbildungsschwerpunkten verpflichtet. Hier wird versucht in allen Ausbildungsbereichen zukunftsorientiert Themen so zu integrieren, dass Jugendliche Zukunft erleben und in vorhandenen Laborsituationen ertesten und basale Knowhows erwerben können. Vor Jahren hat sich die Schulgemeinschaft dem Thema Industrie 4.0 angenommen und aus eigener Kraft einen Industrie 4.0 Showroom aufgebaut, der nun auch weiterhin mit Hilfe des Schulträgers in Richtung „Augmented Reality“ und autonomen Fertigungsstrategien als „Leuchtturmprojekt“ im Rems-Murr-Kreis ausgebaut wird.

Das Thema Brennstoffzelle und Wasserstoff an unserer Schule:
Gemeinsam mit der Stadt Waiblingen beteiligt sich der Landkreis am „Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie“ (NIP) des Bundes mit einem innovativen Konzept im Rahmen eines „HyPerformer-Projektes“ für grünen Wasserstoff, der im ÖPNV genutzt werden soll. Implementiert sind zwei weitere Bausteine: Untersuchungen zu einer wasserstoffbetriebenen Wieslauftalbahn sowie eine Lernwerkstatt „Zukunftstechnologie Wasserstoff“ an der Gewerblichen Schule Backnang. Zukunftsvisionen sind entwickelt und erste Projektskizzen zur Verortung dieses Themas in den schulischen Werkstätten aber auch zur Integration des Themas in die vernetzten Unterrichtskonzepte aller Abteilungen sind vorhanden. Da die Wasserstofftechnologie nicht nur Fahrzeuge antreibt, sondern auch ganzheitliche Modelle der Energieversorgung bietet, ist es von großer Bedeutung Schüler möglichst frühzeitig mit der Technologie vertraut zu machen. Die Wasserstofftechnologie soll in den verschiedenen Schularten in Unterrichtseinheiten zu alternativen Mobilitätskonzepten und erneuerbaren Energien eingebunden und durch die Wasserstoffwerkstatt veranschaulicht werden.

Die Schulgemeinschaft stärkt Bildung und Ausbildung:
Entsprechend dem Aktionsplan der Nationalen Wasserstoffstrategie und dort der Maßnahme 29 will die Schulgemeinschaft „Bildung und Ausbildung stärken- national und international: Mit der Unterstützung und Weiterentwicklung der beruflichen und wissenschaftlichen Aus- und Weiterbildung im Bereich der Wasserstofftechnologie ebenen die involvierten Kolleginnen und Kollegen den Weg für Arbeitende und Betriebe hin zu einer effizienten und sicheren Handhabung von Wasserstofftechnologien“. Die Schulgemeinschaft will diese Zukunftstechnologie so denken und veranschaulichen, aber auch in ihrem Green Corner erlebbar machen, so dass diese auch in den Lernkonzepten und Lernarrangements sinnvoll implementiert werden können.

Die Schule baut Zukunft:
Vor dem Showroom soll ein Glaspavillon als Lernfabrik Wasserstoff angeschlossen und eine Verbindung geschaffen werden zu der modernen Wasserstoffwerkstatt, die im KFZ Bereich entstehen wird. Alle Gewerke sollen in der Abhängigkeit von CO2 neutralen Energieträgern dargestellt werden. Dieser soll über diesen zu bauenden Showroom nicht nur dem Fachpersonal, sondern vor allem auch der Bevölkerung des Rems-Murr-Kreises als Anschauungsraum dienen. Nur wer technische Neuerungen denken und in seinem Arbeiten sehen und im theoretischen Diskurs verstehen kann, wird diesen auch offen begegnen. Mit diesem Ansatz will sich die Schulgemeinschaft auf der Grundlage eines ausführlichen Medienentwicklungsplanes der Schule auf die Anforderungen der Zukunft einstellen.