Gewerbliche Schulen Donaueschingen

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Unsere Lernfabrik besteht zunächst aus 3 Einzeltischen.
An jedem dieser Einzeltische werden die spritzgegossenen Räder mit der Achse gefügt. Dies geschieht jedoch auf drei unterschiedliche Arten:
Einzeltisch1: Einsatz eines Linearachsensystems: Hier wenden die SchülerInnen die SPS-Programmierung an.
Einzeltisch2: Einsatz eines kollaborativen Roboters: Hier erlernen die SchülerInnen die Handhabung und Programmierung eines kollabortativen Roboters. Die Aufgabe ist jedoch die Gleiche. Es werden Räder und Achse gefügt.
Einzeltisch3: Einsatz eines Industrieroboters: Die SchülerInnen erlernen die Handhabung und Programmierung eines Industrieroboters. Auch hier ist die gleiche Aufgabe umzusetzen:

Pädagogisches Konzept der Einzeltische:
Die Schüler lernen drei unterschiedliche Systeme an einer gleichen Aufgabe kennen. Neben den fachlichen Inhalten bekommen Sie aber auch Einblicke in die Vor- und Nachteile der jeweiligen Anwendung. Ebenso gibt es viele verschiedene Möglichkeiten der Programmierung um die Räder und Achsen zu fügen, so dass die Schüler einen großen kreativen Spielraum haben und keiner vorgegebenen Lösung folgen müssen.

Neben den Einzeltischen haben wir ein verkettetes Maschinensystem mit dem der Unterboden, die Karosserien, die Achsen(mit Rädern) gefügt werden.
Der Unterboden und die Karosserien stellen wir im 3D-Druck her.

Alle wesentlichen Komponenten der Einzeltische (Linearachsensystem, kollaborativer Roboter, Industrieroboter) finden sich im verketteten Maschinensystem wieder. Das heißt die SchülerInnen kennen die Handhabung der Komponenten von den Einzeltischen und können auch das Maschinensystem damit eigenständig programmieren und bedienen.
Innerhalb des Maschinensystems gibt es verschiedene Stationen:
So legt zunächst der kollaborative Roboter den Unterboden in einen Beschriftunglaser ein. Der Laser beschriftet den Unterboden mit einem QR-Code zur Rückverfolgbarkeit. Anschließend legt der kollaborative Roboter den Unterboden auf einen Werkstückträger. Der Werkstückträger wird über eine Förderband zur nächsten Station befördert. Dort legt ein Industrieroboter die vormontierten Achsen und die Karosserie auf den Unterboden. In einer weiteren Station werden Unterboden und Karosserie gefügt. Ein anschließendes Linearachsensystem sortier das fertige Fahrzeug entweder auf das Gut-oder Schlechtband.
Der gesamte Vorgang wird durch einen Auftragseingang gestartet, der direkt oder auch von außerhalb eingegeben werden kann.
Alle Stationen werden natürlich sensorisch überwacht, ob die Zwangsbedingungen vorhanden sind.
Auch am verketteten Maschinensystem haben die Schüler die Möglichkeit selbst zu programmieren und die Handhabung der einzelnen Stationen kreativ zu steuern.

Der Lernträger ist ein Modellauto, das aus Unterboden, Achsen, Rädern und 3 unterschiedlichen Karosserien (Sportwagen, Pick-Up, Bus) besteht.

Hardwarekomponenten

Kollaborativer Roboter: Universal Robots
Industrieroboter: Fruitcore GmbH
Linearachsensystem: IAI Industrieroboter
Beschriftungslaser: Trumpf Lasertechnik
Transferband: ´Stein Automation GmbH
Pneumatische Teile Festo
Sensoren: Sick AG

Verwendete Software

Einsatz der Firmensoftware von Universal Robots, Fruitcore, Trumpf und Stein
Siemens Simatic Software

Pädagogisches Konzept

Zunächst werden die theoretischen Inhalte in den Themenbereichen SPS-Programmierung, Robotik, Steuerungstechnik in den verschiedenen Schularten wie Technisches Gymnasium, Fachschule für Technik,.. vermittelt.
In der Lernfabrik werden dann diese Inhalte in der Praxis umgesetzt. Die Schüler programmieren zunächst an den Einzeltischen die Aufgabe der Achsenmontage. Dies machen die Schüler zum einen an den Tischen selbst, bzw. auch an den bereitgestellten Tablets. So ist sichergestellt, dass nicht zu viele Schüler an den Einzeltischen arbeiten. Schritt für Schritt werden die einzelnen Positionen programmiert.
Schließlich wechseln die Schüler an das verkettete Maschinensystem, an dem wie oben beschrieben, das Fahrzeug komplett gefügt wird. Da es dort verschiedene Stationen gibt, können die Schüler auch dort gleichzeitig arbeiten. Die Vorkenntnisse wurden zuvor an den Einzeltischen weiter vertieft, so dass jetzt die komplexeren Aufgaben am verketteten Maschinensystem umgesetzt werden.

Die Klasse der Zusatzqualifikation Technik Industriekaufleute befasst sich mit den Themen des Auftragseingangs, kann die Produktionsdaten auswerten und bekommt Einblicke in die technischen Zusammenhänge, die natürlich bei Weitem nicht so tief gehen, wie bei den technischen Bildungsgängen. Es kann aber somit die kaufmännische Seite mit eingebunden werden.

Insgesamt ist unsere Lenfabrik so gestaltet, dass eine konkrete Aufgabenstellung vorgegeben wird, aber die Umsetzung auf verschiedene Arten erfolgen kann. Somit kann jeder Schüler seine Planung umsetzen und das Endprodukt bleibt trotzdem das Gleiche.

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

Technisches Gymnasium
Fachschule für Technik - Maschinentechnik
Verfahrensmechanker für Kunststoff- und Kautschuktechnik
2jährige Berufsfachschule Elektrotechnik
Industriekaufleute mit Zusatzqualifikation Technik

Kooperation mit anderen Standorten

Berufliches Schulzentrum Bietigheim
Hauswirtschaftliche und Kufmännsiche Schule Donaueschingen

Beschreibung der Kooperation

Zu Berufliches Schulzentrum Bietigheim:
Wir stellen das gleiche Produkt her und wollten darüber auch einen Austausch gestalten.
Beide Lernfabriken stellen die Fahrzeuge mit Karosserien, Unterboden, Räder und Achsen her.
Die Räder werden bei uns mit einem Spritzgußwerkzeug hergestellt. Der Unterboden ist bei uns ein 3D-Druck-Teil, während die Lernfabrik in Bietigheim ein Aluminium Unterboden eingesetzt wird. Ebenso haben wir unterschiedliche Hersteller in unseren Lernfabriken, so dass sich hier auch ein gewinnbringender Austausch ergeben könnte.
Da unsere Lernfabrik noch nicht ganz fertig ist, hat ein realer Austausch noch nicht stattgefunden.

Mit den Kaufmännischen Schulen kooperieren wir im Bereich der Industriekaufleute, die bei uns eine Zusatzqualifiktion Technik absolvieren. Die Industriekaufleute beschäftigen sich innerhalb der Lernfabrik mit den Themen wie Auftragseingang und Auftragsabwicklung bekommen aber auch Einblicke in technische Themen, wie Steuerungstechnik und Robotik, die im Zusatzunterricht auch in der Theorie behandelt werden.

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

Wir haben bei der Umsetzung unserer Lernfabrik, wann immer es möglich war, auf regionale Firmen gesetzt. So z. B. bei den herkömmlichen Industrierobotern auf die Firma "Fruitcore", die als Start-up Unternehmen in Konstanz ansässig sind. Oder die Transferbänder, die von der Firma Stein aus Schwenningen eingesetzt sind. Diese Firmen nutzen unsere Lernfabrik als Demonstrationszentrum, um die Einsatzmöglichkeiten ihren Kunden präsentieren zu können.

Ebenso haben alle Sponsoren die Möglichkeit ihre Mitarbeiter innerhalb der Lernfabrik schulen zu lassen. Dies haben wir in der Ausschreibung innerhalb der "Letter of Intent" so festgehalten.

Mögliche Seminarthemen:

SPS - Programmierung
Roboterprogrammierung
Sensorik und Aktorik
Einsatzmöglichkeiten und Grenzen eines kollaborativen Roboters

Alle Sponsoren sind Mitglied in einem gegründeten "Innovationsbeirat Lernfabrik" und evaluieren und entwickeln unsere Lernfabrik in festgelegten Zeitabschnitten.

Weitere Hinweise

Besonderheit unserer Lernfabrik:
Wir haben viele regionale Firmen eingebunden, wobei eine Firma (SBS Feintechnik GmbH in Schonach) die Planung und den Aufbau übernommen hat. So haben wir schon jetzt eine starke regionale Bindung unserer Lernfabrik erreicht.
Wo immer es ging, haben wir 3D-Druckteile eingesetzt (Greifer, Magazine, Werkstückträger), um mit unserer Lernfabrik auch flexibel bleiben zu können. Mit unserem Grundgerüst ist es auch möglich, das Lernprodukt umzustellen, ohne die komplette Anlage austauschen zu müssen. Dies macht die Lernfabrik zukunftsfähig und nachhaltig.

Die Inbetriebnahme der Lernfabrik erfolgte im April 2021.
Der Aufbau der Lernfabrik wurde durch das Wirtschaftsministerium (Förderaufruf 2018) gefördert.

Kontakt:
Gewerbliche Schulen Donaueschingen
Beethovenstr. 2a
78166 Donaueschingen
www.gsdonau.de

Ansprechpersonen:
Jäger, Reiner

Homepage der Lernfabrik/Kooperation
www.tg-donaueschingen.de