Gewerbliche Schule Schwäbisch Hall

Um Fachkräfte auf die Anforderungen von Industrie 4.0 vorzubereiten, fördert das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft die Einrichtung von Lernfabriken 4.0 an Beruflichen Schulen. Aus Sicht des Finanz- und Wirtschaftsministeriums sollen die Lernfabriken regional kleinen und mittleren Unternehmen Anregungen zur Umsetzung für typische Prozesse von Industrie 4.0 bieten und das Thema und seine Bedeutung noch bekannter machen. Zu den Kriterien, nach denen die Jury die eingereichten Projekte beurteilte, gehörten: pädagogisches Konzept, Einbindung der Wirtschaft und Konzept für eine Nutzung als regionales Demonstrationszentrum. Zusammen mit dem Landkreis Schwäbisch Hall, dem Packaging Valley Germany e.V. und der Firma Trumpf haben wir in der Lernfabrik 4.0 einen für unsere Region typischen Zulieferer für den Verpackungs- und Abfüllmaschinenbau nachgebildet.

Wenn ein Zulieferer z. B. ein Biegeteil fertigt, dann läuft das heute fast vollständig automatisch. Mit einem CAD/CAM-System werden automatisch Abwicklungen und Dokumentation für die Simulation und die Fertigung von Blechkonstruktionen erstellt. Die Abwicklung ist hier eine erste Kontrolle der Produktionstauglichkeit der gewünschten Blechteile.

Ausgangspunkt der Lernfabrik 4.0 zur fehlerfreien Entwicklung und Produktion eines Blechteils, ist eine 3D-Konstruktion mit SolidWorks (oder einem anderem/beliebigen CAD-Programm). Die Konstruktion wird mit der MES-Software Boost von Trumpf, durch Simulation auf Machbarkeit überprüft. Stimmt der Kunde der realisierbaren Konstruktion zu, erfolgt die endgültige Fertigungsfreigabe. Für die Blechkonstruktionen werden dann automatisch alle Programme für die Fertigung erstellt. Liegt am Ende ein Maß außerhalb der Toleranz, muss dies dem Konstrukteur und dem Maschinenbediener in elektronischer Form mitgeteilt werden, damit er Korrekturen einleiten kann.

Eine Webbasierte Informationsplattform ist die Basis der Lernfabrik 4.0. Diese ermöglicht den autorisierten Anwendern ein schnelleres und wirtschaftlicheres Arbeiten durch den einfachen Zugriff auf alle Prozessdaten. So erhalten Konstrukteure, Einkäufer, Verkäufer oder auch Kunden alle notwendigen Informationen auf allen ihren Endgeräten. Als Basisplattform dient die ERP-Software TruTopsFab von Trumpf. Diese bindet alle Maschinen der Lernfabrik über den Datenaustausch-Standard OPC-Unified Architecture (OPC-UA) zusammen. Der OPC-UA-Standard ermöglicht einen sicheren und zuverlässigen, Betriebssystem-übergreifenden Datenaustausch zwischen Maschinen (oder Produkten) unterschiedlicher Hersteller.

Mit der Lernfabrik 4.0 sind wir jetzt in der Lage vom 1. Ausbildungsjahr an CAD-CAM zu unterrichten. Von der CAD-Zeichnung (Konstruktion) bis zum CNC-Fertigungsprogramm für die Teilefertigung. Der Auszubildende /Schüler braucht im Bereich der Blechfertigung keine Programmiererfahrung. Dies lernt er erst im zweiten und dritten Ausbildungsjahr.

Erstes Lehrjahr: CAD/CAM im Bereich Blech

Zweites Lehrjahr: CNC-Programmierung + CAD/CAM im Bereich Fräsen.

Drittes Lehrjahr: CNC-Programmierung+ CAD/CAM im Bereich Drehen.

CNC-Laser TruLaser 1030 fiber von Trumpf (schneidet alle Metalle, Anschlussleistung 11 KW, Laserleistung 2kW, schneidet Baustahl bis 16mm, rostfreie Stähle bis 8 mm, Alu bis 6mm, Kupfer bis 3mm)

CNC-Biegemaschine TruBend 7036 von Trumpf (die Presskraft von 360 KN wird mit einem Elektromotor erzeugt, Biegelänge bis zu 1m)

CNC-Messmaschine DuroMax Zeiss (Messmaschine für die Fertigung)

Computerraum mit 16 Schüler- und einem Lehrerarbeitsplatz

Als Basisplattform dient die ERP-Software TruTopsFab von Trumpf

3D-Konstruktion mit SolidWorks

MES TruTops Boost von Trumpf

Mit der „Education-Fab“ wird in den Beruflichen Schulenzentren in Crailsheim und Schwäbisch Hall ein virtuelles Wertschöpfungsnetzwerk entstehen, das die reale Situation in der vernetzten Wirtschaft der Industrie 4.0 wiederspiegelt. In den Lernfabriken werden die Schülerinnen und Schüler an die Bedienung von Anlagen auf der Basis realer Industriestandards herangeführt. Die künftigen Fachkräfte können so schon in der Schule die Veränderungen und sich verändernden Wertschöpfungsketten durch Industrie 4.0 kennen lernen. In der „Competence-Fab“ wird die Steinbeis-Stiftung zusammen mit dem Technologiezentrum Schwäbisch Hall und der Wirtschaftsförderungsgesellschaft des Landkreises ein Weiterbildungsangebot über Industrie 4.0 für Fachkräfte aus der Wirtschaft anbieten und die „Demo-Fab“ soll als Visions- und Testcenter für Führungskräfte aus der Wirtschaft dienen. „Da es sich bei der Competence- und Demo-Fab um eine wirtschaftliche Nutzung handelt, werden diese Bereiche in einem Steinbeis-Zentrum verortet. Die Einbindung in den Steinbeis-Verbund und sein Dienstleistungsangebot stellt einen nachhaltigen Betrieb sicher“, so die Zielformulierung im Förderantrag des Landkreises.

Produktentwicklung und Planung: Parametrische CNC-Programmierung (Blechbearbeitung)

Blechteile sollen nach Kundenwunsch angefertigt werden. Als Leitbeispiel dient ein Türanschlag. Zu Beginn des Unterrichts wird der Kundenwunsch analysiert. Dabei werden Entscheidungskriterien entwickelt, mit deren Hilfe der passendste Entwurf aus einer Vielzahl von Entwürfen ausgewählt wird.

In der Planungsphase werden Entwürfe unter der Berücksichtigung der Gestaltungregeln Blech entworfen. Zum Abschluss der Planungsphase wird der geeignetste Entwurf mit Hilfe der Entscheidungskriterien identifiziert. In der Durchführungsphase erfolgt die Konstruktion mit Hilfe der 3D-CAD-Software. Als nächster Schritt wird die CAD-Datei in das TruTopsBoost (MES) geladen. In TruTopsBoost wird nun das Laserschneid- und Biegeprogramm automatisiert erstellt. Um das NC-Programm zu analysieren wird dieses als .txt-Datei ausgegeben. Die Schülerinnen und Schüler erfassen das NC-Programm indem Sie die Parameter des Lasers im NC-Programm analysieren. Anschließend wird der Türanschlag produziert und geprüft. Damit ist der Kundenauftrag angeschlossen. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren anschließend den Arbeitsprozess.