Grafenbergschule Schorndorf

Aufbau der Lernfabrik

In der Anlage wird ein Kugelspiel gefertigt. Dabei durchläuft ein Behälter 8 Stationen und es werden Hindernisse und Kugeln nach Anzahl und Größe individualisiert zugeführt. Der Behälter wird mit einem Deckel verschlossen und evtl. verklebt. Das fertige Produkt wird mit einem Label versehen. In der erweiterten Version werden die Hindernisse ebenso individualisiert über einen Roboter mit Kamera zugeführt. 
Zentrale Station ist der Kugelsortierer, der über die Anlage hinaus, in einer Lernortkooperation Anwendung findet. Der Kugelsortierer vereinzelt die unterschiedlichen Kugeln in die Behälter der Sortieranlage der Applikation 3 (siehe unten).
Das komplette Cyber-Physical-System wird in der Funktionalität einer komplexen und flexiblen Fertigung entsprechend der Musterlösung Cyber-Physical-Factory I4.0 ausgeführt. 
Die Cyber-Physical-Modules (CPM) beinhalten eine Applikation, ein Transfersystem mit Identifikation und ein Bedienfeld. Ein MES – Manufacturing-Execution-System - überwacht den individuellen Fertigungsprozess der Werkstücke und teilt den einzelnen CPMs auf Anfrage mit, welcher Arbeitsschritt entsprechend des Arbeitsplans ausgeführt wird. Die Arbeitsschritte werden mit Zeitstempel und Anlagennummer protokolliert und damit die Rückverfolgbarkeit des kompletten Fertigungsprozesses gewährleistet. 
Ein SCADA - System (Supervisory Control and Data Acquisition ) ermöglicht den Blick auf die komplette Anlage. Alle Anlagenzustände sind sichtbar und können überwacht werden. Ebenso gibt das System einen Überblick, welches Werkstück gerade in welcher Applikation bearbeitet wird.
Der aktuelle Energieverbrauch wird ebenfalls dargestellt und über einen Datenlogger zur Auswertung bereitgestellt.
Das System ermöglicht die Generierung digitaler Zwillinge für die einzelnen CPMs.

Hardwarekomponenten

Die gesamte Anlage basiert auf den CP Lab-Modulen der Fa. Festo-Didactic:

  1. Applikation: Unterteil einlegen individualisiert (manuell / alt.Erweiterung Roboter)
  2. Applikation: Unterteilzuführung Standard über automatisiertes Magazin
  3. Applikation: Kugelzuführung (Applikation Sortieren, Vereinzeln, mit Kugelsortierer)
  4. Applikation: Deckelzuführung Standard über automatisiertes Magazin
  5. Applikation: Deckelpresse
  6. Applikation: Heizung/Verkleben
  7. Applikation: Labeln
  8. Applikation: Auslagern

Verwendete Software

Scada-System der Fa. Evon
MES der Fa. Festo
Programmiersoftware der Fa. DragandBot (Roboterunabhängig)

Pädagogisches Konzept

Die Lernfabrik wird vorwiegend in den Unterricht der Berufsschule (Duales System) integriert. In den Vollzeitschulen findet die Lernfabrik als Demonstrationsprojekt Anwendung.
Bei dem pädagogischen Konzept orientieren wir uns sehr stark an der Handreichung zur Umsetzung von I 4.0 im Unterricht des Landesinstituts für Schulentwicklung. Seit 2016 verfolgen wir, wie in folgender Abbildung dargestellt, die Einbindung der Szenarien in die didaktischen Planungen der Ausbildungsberufe im Metall- und Elektrobereich. Bei der Auftaktveranstaltung für die Umsetzung der Szenarien im Unterricht im Mai 2016 wurde das interdisziplinäre Projekt I 4.0 den Ausbildungsbetrieben vorgestellt:
Am Ende des ersten Ausbildungsjahres geben die Auszubildenden der einzelnen Berufe an einem Projekttag den jeweils anderen Berufsgruppen in einem interdisziplinären Workshop Einblicke in ihre im Unterricht vermittelten Inhalte am Beispiel der Sortieranlage für Kugeln.
Ziel ist es, die Schüler auf zukünftige interdisziplinäre Tätigkeiten im Umfeld von I4.0 vorzubereiten: Gemeinsames Arbeiten von Spezialisten an hochkomplexen Anlagen in interdisziplinären Teams. 
Im 2. Ausbildungsjahr vertiefen die Auzubildenden ihr berufsspezifisches Wissen. Dabei erarbeiten sich die Automatisierer an einzelnen Applikationen die Zusammenhänge und Abläufe wie sie an den Applikationen der Lernfabrik stattfinden.
Die Industriemechaniker beschäftigen sich mit Steuerungtechnischen Abläufen (inkl. Sensorik und Aktorik).
Im 3. Ausbildungsjahr werden die Auszubildenden an die prinzipiellen Abläufe und Zusammenhänge der Lernfabrik herangeführt. Entsprechend ihrer Ausbildungsberufe und den spezialisierten Aufgaben in ihren späteren fachspezifischen Tätigkeiten bekommen die Schüler einen spezifischen Blick auf die Anlage. Die Industriemechaniker analysieren die komplexe Anlage bzgl. Sensor, Aktorik und Mechanik.
Alle Ausszubildende verstehen die Funktion eines MES.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

Bei unserem pädagogischen Konzept orientieren wir uns sehr stark an der Handreichung zur Umsetzung von I 4.0 im Unterricht des Landesinstituts für Schulentwicklung. Seit 2016 verfolgen wir, die Einbindung der Szenarien in die didaktischen Planungen der Ausbildungsberufe im Metall- und Elektrobereich. 
Die Kolleginnen und Kollegen besuchen die Fortbildungen zum Thema I.4.0.
Ziel ist, die komplette Anlage mit softwaretechnisch mit SPS-Programmierung, OPC/UA und MES entsprechend der Musterlösung -BW auszuführen.

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

Berufsschule: Fachkraft für Metalltechnik, Industriemechaniker, Mechatroniker, Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik, für Betriebstechnik und für Automatisierungstechnik
Meisterschule Feinwerkmechaniker, Energie- und Gebäudetechnik
Einjährige Berufsfachschule Elektrotechnik
Technisches Berufskolleg
Technisches Gymnasium mit den Profilfächern Informationstechnik, Technik und Management, Mechatronik

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

  1. Fortbildungen mit den Kooperationspartnern der Wirtschaft etablieren:
    Wir planen über den Förderverein der Grafenbergschule Kursangebote: 
    1.  Digitale Basisqualifizierung (vgl. ‚Ausbildung gestalten – Industrielle Elektroberufe / Mechatroniker‘ BIBB 2018) • Digitale Vernetzung • Objektorientierte Programmierung • IT-Sicherheit und Datenschutz • Optimierung von Produktionsanlagen 
    2.  MES 
    3.  Inbetriebnahme / Wartung d.  Energiemonitoring
    4.  Roboterschulungen an der Roboterunabhängigen Programmiersoftware von DragandBot
    5. Schulungen Gestaltung und Herstellung von 3D-Druck Teilen
  2. Im Rahmen von Ausbildertreffen, Pflegschaftsabenden sowie am Tag der Offenen Tür wird die Anlage präsentiert.
  3. Zur Berufsorientierung schaffen wir Möglichkeiten zur Besichtigung der Anlage durch allgemeinbildende Schulen des Rems-Murr-Kreises.
  4. Öffentlichkeits- und Pressearbeit (Presseberichte Einweihung / Kursangebote auf der Homepage der Grafenbergschule und des Fördervereins veröffentlichen / Flyer erstellen).

Enge Zusammenarbeit ist geplant mit:

  • Den Ausbildungsbetrieben der Region mit denen wir bereits jetzt intensiv zusammenarbeiten: Fa. Schnaithmann, Kärcher, Stihl, Syntegon (ehemals Bosch), IHK Bildungshaus Grunbach, Firmen der Lernortkoopertion Industriemechaniker 1.Lj.
  • Fa. Evon, die das Scada-System aufsetzen.

Weitere Hinweise

Im Schuljahr 2016/17 arbeitete die Grafenbergschule (zusammen mit der Universität Stuttgart / Dresden, den Firmen Stihl und Bosch, dem IHK-Bildungshaus und der Gewerblichen Schule Waiblingen) an einem Projekt zur Entwicklung einer digitalen Lernplattform. Zusammen mit der Nachwuchsstiftung des VDMA wird derzeit die browserbasierte Lernplattform MLS, die ursprünglich für die Nutzung in der betrieblichen Ausbildung entwickelt wurde, an die schulischen Belange angepasst. Hierüber ist auch der Zugriff auf digitale Fachbücher möglich. In der Lernplattform werden von den Lehrkräften Lernaufgaben eingestellt. Schülerinnen und Schüler können diese Lernaufgaben an den schulischen Tablets und PC’s sowie auch von zu Hause oder vom Betrieb aus bearbeiten. Dieser digitale Unterricht eignet sich besonders für die individuelle Förderung.
Die Lernortkooperation zwischen Schule und Betrieb wird so deutlich verbessert.
In der Lernplattform werden nach und nach Lernaufgaben zur Lernfabrik 4.0 eingestellt. Mit Hilfe von Tablets können die Auszubildenden einzelne Teilbereiche der komplexen Anlage selbstständig und binnendifferenziert erarbeiten.

Die Inbetriebnahme der Lernfabrik erfolgte am 01.07.2021
Der Aufbau der Lernfabrik wurde durch das Wirtschaftsministerium (Förderaufruf 2018) gefördert.

Kontakt:
Grafenbergschule Schorndorf
Grabenstraße 20
73614 Schorndorf
www.gsso.de

Ansprechperson:

Dworschak, Michael