Gewerbliche Schule Göppingen

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Das Herzstück bildet die Lernfabrik 4.0 mit ihren Labors „Mechatronik Grundlagen“ sowie „Angewandte Mechatronik“:

Mit den MPS-Stationen des Grundlagen-Labors lassen sich grundlegende Aufgaben der Automation einer industriellen Fertigung wie Sortieren, Verteilen oder Prüfen bis hin zu Grundlagen der Robotik einzeln oder beliebig verkettet abbilden. Die eingesetzte Hard- und Software trägt dabei noch den didaktischen Anforderungen einer modellhaften Annäherung an die Praxis Rechnung.

Das Labor „Angewandte Mechatronik“ stellt mittels der MPS-Transfer-Factory Module einen kompletten industriellen Fertigungsprozess unter Berücksichtigung des Ansatzes Industrie 4.0 dar: Von einem automatisierten Hochregallager starten Rohteile in den Produktionsprozess der Lernfabrik. Über Transportbänder werden die Teile dann z.B. bis zur Bearbeitung in einer CNC-Fräsmaschine gefördert. Weitere Stationen wie Bohren, Prüfen, ein Tunnelofen oder eine Roboter-Montagezelle folgen, bis das fertig montierte Produkt dann wieder in das Hochregallager eingelagert wird. Die hierbei verwendete Hard- und Software entspricht, abgesehen von einigen maßstäblichen Anpassungen, dem gegenwärtig in der Industrie verwendeten Ausstattungsstandards. Lernträger ist derzeit eine Handy-Schale, die mechanisch bearbeitet, mit Bauteilen bestückt und und zusammengefügt wird. Ergänzt wird die Anlage durch einzelne CP-Lab-Stationen (Festo), Lichtvorhänge und RFID-Stationen sowie Kuka-Roboter.

Hardwarekomponenten

Modulare Produktionssysteme (MPS), MPS-Transfer-Factory-Zellen; CP-Labs alles FESTO, Roboter Mitsubishi/Festo
Roboter KUKA (ready2_educate)

Verwendete Software

SAP, FESTO-MES, Ciros

Pädagogisches Konzept

Grundsätzlich orientiert sich die Gestaltung des Unterrichts an der vollständigen beruflichen Handlung möglichst nah an der beruflichen Wirklichkeit.

Im Labor Fluidtechnik (Grundlagenraum) werden grundlegende Kompetenzen im Bereich der Fluidtechnik vermittelt.

Um einen systematischen Kompetenzaufbau in nachvollziehbaren Schritten hin zur Lernfabrik 4.0 zu gewährleisten, wurde das Labor „Mechatronik-Grundlagen“ zwischengeschaltet. Hier werden an einzelnen MPS-Stationen und Robotern die Kompetenzen, die zur Beherrschung von Mechatronischen System erforderlich sind entwickelt und darüber hinaus einzelne Systeme bereits miteinander verknüpft. Dieses Raumkonzept ist äußerst flexibel, so dass unterschiedlichste Lernsituationen, einerseits mit Einzelkomponenten andererseits mit verketteten Anlagenteilen, dargestellt werden können.
Die Kompetenzvermittlung in der Lernfabrik 4.0 lässt sich von der Gesamtanlage hin zu einzelnen Komponenten („top-down“) aber auch in umgekehrter Richtung darstellen. Darüber hinaus ist auch eine Erschließung der Vernetzung durch die Betrachtung des Datenflusses innerhalb der Anlage möglich. Ausgangspunkt für die derzeitige Strategie ist das MES-System der Anlage. Die erforderlichen Kompetenzen zur Steuerung eines komplexen Produktionssystems wie der Lernfabrik 4.0 werden in der Fachschule für Technik ausgehend vom „Produktionsmanagement“ vermittelt. Der Datenfluss entlang eines Produktionsauftrags wird ausgehend vom MES-System bis hin zu den RFID-Chips betrachtet (CPS, one piece flow, lifecycle integration…). Dabei werden auch, ergänzt durch den Theorieunterricht, die Kompetenzen im Umgang mit den erforderlichen Einzelkomponenten trainiert. Vorgegebene SPS Programme der Applikationen (z.B. Pressen) werden im Unterricht analysiert und angepasst.

Durch die gedankliche Verknüpfung und Weiterentwicklung der vorhandenen Kompetenzen und Technologien aus den Bereichen der Fluidtechnik, der CNC-Technik, der Robotik sowie der SPS Technik konnte der Entwicklungsschritt zu einer integrierten Anlage, die den Anforderungen „Industrie 4.0“ gerecht wird, erfolgreich vollzogen werden.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

Das dreistufige pädagogisch-didaktische Konzept der Musterlösung wird wie folgt realisiert:

Stufe 1: Grundlagenausbildung
Die erste Stufe erfolgt in den Laboren Fluidtechnik / Mechatronik-Grundlagen in den Bereichen der "klassischen" Steuerungstechnik (Hydraulik, Pneumatik), der Automatisierungstechnik (PLC, Arduino, …) und der Robotik.

Stufe 2: Grundlagenlabor I4.0
Im Labor Mechatronik-Grundlagen erfolgt die zweite Stufe durch Anwendung des Wissens aus Stufe 1 an Geräten, Modellen in den Bereich Automatisierungstechnik (CPM's) und Robotik (Kombination des eigentlichen Roboters mit Produktionsprozessen).

Stufe 3: Komplexe Maschinensysteme (Vernetzung der CPM's zu einem CPS)
Dies Stufe erfolgt durch einen gleitenden Übergang von den CPM's der Stufe 2 auf die Lernfabrik, welche exemplarisch das CPS darstellt. Vertieft werden hierbei Inhalte wie MES, SOA, Agile Produktentwicklung.

Leitgedanke der Umsetzung ist der "top-down"-Ansatz, welcher den SchülerInnen auch z.B. in der Stufe 1 die ganzheitliche Einordnung des gelehrten Inhalte in den Gesamtkontext I4.0 ermöglicht.

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

Technisches Gymnasium (Mechatronik, Informationstechnik)

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

Die Lernfabrik und die zugordnete Robotik werden in Lehrerfortbildungen eingesetzt. Darüber hinaus finden Teile von der IHK-Fortbildung "Inbetriebnehmer" bei uns im Hause statt.
Darüber hinaus fanden etliche Führungen und Informationsveranstaltungen für Politik und Wirtschaft in den Räumen der Lernfabrk statt.

Weitere Hinweise

Um weitere Lernfelder bzw. Fächer der einschlägigen Ausbildungsberufe und Weiterbildungsgänge in Lernsituationen zu Industrie 4.0 im Labor handlungsorientiert umsetzen zu können und darüber hinaus Ausbildungsberufe wie Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik in den Bereich „Industrie 4.0“ zu integrieren, wurde die Lernfabrik 4.0 um einen weiteren Laborraum unter dem Projekttitel „Green Factory“ erweitert. Mit dieser Anlage lassen sich neben Themen aus der Steuerungs-, Regelungs- und Automatisierungstechnik insbesondere Aufgaben aus den Bereichen Energie, Energieeffizienz und Energierückgewinnung darstellen. Dabei ist die Anlage so konzeptioniert, dass die spezifischen Anforderungen im Hinblick auf „Industrie 4.0 / Wirtschaft 4.0“ erfüllt werden.

Derzeit sind wir in der Vorbereitung der weiteren inhaltlichen und räumlichen Zusammenführung der Lernfabrik mit der "Green Factory".
Darüber hinaus wird das Robotik-Labor kontinuierlich erweitert und die Kollegen geschult.

Kontakt:
Gewerbliche Schule Göppingen
Christian-Grüninger-Straße 12
73035 Göppingen
www.gs-gp.eu

Ansprechperson:
Heer, Joachim