Heinrich-Hertz-Schule Karlsruhe

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe ist eine modell­hafte Produktions­anlage, die in Aufbau und Ausstattung Produktions­­anlagen der Industrie 4.0 gleicht. Sie kombiniert automatisierte Produktions­anlagen mit modernster Informations- und Kommunikations­technik. 

Hardwarekomponenten

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe umfasst eine Laborausstattung für Pneumatik, Elektropneumatik und SPS-Technik von der Firma Festo Didactic aus Denkendorf südwestlich von Stuttgart. Vorhanden ist eine Schnittstelle zur SPS-Steuerung. Zudem gibt es ein Modulares Produktionssystem (MPS), ebenfalls von der Firma Festo Didactic, bestehend aus den Modulen Prüfen, Puffern und Montieren mit Roboter RV-2AJ (Mitsubishi). Eingebaut sind außerdem Fachlabore der SPS-Technik mit Steuerungen der Firma Siemens sowie die CNC-Maschinen MILL 155 und TURN 155A mit der Steuerung Sinumerik Operate.

Verwendete Software

In der Lernfabrik 4.0 Karlsruhe wird folgende Software verwendet:

• Schaltplanentwurfs- und –simulationssoftware FluidSim (Festo, Version 5)
• SPS-Programmiersoftware TIA-Portal (Siemens)
• Roboter-Programmiersoftware CIROS (V5); ProgrammierspracheMELFA BASIC IV (für Mitsubishi-Roboter)
• Sinumerik Operate

Pädagogisches Konzept

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe erfüllt einerseits die vielfältigen individuellen Bedürfnisse der Schülerinnen und Schüler unterschiedlicher Fachrichtungen der Metall- und Elektrobranche der dualen Berufsausbildung, der Fachschule für Technik und der Meisterausbildung der beteiligten Schulen. Zudem ermöglicht sie einen angepassten Unterricht nach den jeweils gültigen Lehrplänen. Andererseits wird die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe als Demonstrationszentrum für die mittelständische Wirtschaft der Region genutzt.

Unabhängig vom Betrieb des Gesamtsystems unterstützen die einzelnen Komponenten der Lernfabrik 4.0 Karlsruhe im Unterricht auf niedrigeren hierarchischen Ebenen der Automatisierungstechnik, z.B. der Baugruppenebene oder Bauteilebene. Die Elemente sind in der Lehrstoffvermittlung einsetzbar und ermöglichen einen schülerzentrierten, gerätebezogenen Unterricht. Teilaufgaben, wie die Programmierung der SPSen und der Roboter, sind vollständig virtuell abbildbar. Die Geräte und die verwendete Simulationssoftware sind in großen Teilen mit bereits vorhandenen Installationen kompatibel.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

In Anlehnung an die Musterlösung-BW wurden weitere Bandmodelle beschafft, um die Lernfabrik 4.0 verstärkt im Grundlagenunterricht SPS einzusetzen. Im IT-Bereich werden Projektarbeiten zum Thema IoT und Datenerfassung an der CP factory durchgeführt.

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

An der Heinrich-Hertz-Schule wird die Lernfabrik 4.0 in den dualen Ausbildungsgängen Elektroniker-Betriebstechnik und Mechatroniker eingesetzt, deren Lernfeldunterricht einen großen Anteil Steuerungstechnik, Regelungstechnik und Automatisierungstechnik vorsieht. Zusätzlich ist bei den Mechatronikern die übergeordnete Vernetzung und Wartung von Anlagen im Lehrplan enthalten und kann in der Lernfabrik 4.0 abgebildet werden. Ebenfalls finden viele Themenbereiche der Fachinformatiker und IT-Systemelektroniker Anwendung, insgesamt sind dies derzeit über 20 Klassen. Dazu kommen in der HHS elf Klassen in der Fachschule für Technik sowie Schülerinnen und Schüler in der Bundesfachschule für die Elektrohandwerke (Meisterschule), die ebenfalls Angebote in der Lernfabrik 4.0 wahrnehmen können.

Kooperation mit anderen Standorten

Carl-Benz-Schule Karlsruhe

Beschreibung der Kooperation

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe besteht aus zwei Einheiten: Einem Grundlagenlabor an der Carl-Benz-Schule (CBS) für Fahrzeug- und Metalltechnik und einem auch als Demonstrationszentrum nutzbaren Labor an der Heinrich-Hertz-Schule (HHS) für Elektrotechnik und Informationstechnik. Gemäß den Schul-Schwerpunkten wird an der CBS das Modell eines modularen Fertigungsstandorts inklusive einer integrierten CNC-Bearbeitung realisiert. An der CBS können Komponenten eines Beispielprodukts hergestellt werden. Die Komponenten können von dort an den Montagestandort in der HHS geliefert werden. Hier werden sie mit gelieferten Einzelteilen zu einem Gesamtprodukt montiert. Dabei können beide Standorte sowohl autark als auch gemeinsam über ein sogenanntes MES – Manufacturing Execution System (Produktionsmanagementsystem) im Sinn von Industrie 4.0 arbeiten. Beide Labore sind so konzipiert, dass die Industrie 4.0 mit ihrer Automatisierungs-, Informations- und Kommunikationstechnik in verschiedenen Komplexitätsstufen erfahren und erlernt werden kann. Durch den modellhaften Charakter der Lernfabrik 4.0 ist es zudem möglich, die gesamte Prozesskette Entwicklung, Fertigung, Montage, Materialfluss und Auftragsabwicklung eines modernen an mehreren Standorten operierenden Industrieunternehmens praxisnah für die Aus- und Weiterbildung abzubilden.

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

Die Carl-Benz-Schule und die Heinrich-Hertz-Schule arbeiten weiterhin gemeinsam mit lokalen Partner wie der Wirtschaftsförderung Karlsruhe daran, die Lernfabrik 4.0 als Kompetenzzentrum für Industrie 4.0 im Raum Karlsruhe zu etablieren. So finden immer wieder Weiterbildungsveranstaltungen statt, die nicht nur gut besucht sind, sondern auch zur Vernetzung der anwesenden Personen aus Handwerksbetrieben sowie Industrieunternehmen führen. Die Zielsetzung, die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe als praxisnahen Innovationsstandort zu platzieren, ist damit erreicht.

Weitere Hinweise

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe hat sich in den beiden Berufsschulen Carl-Benz-Schule und Heinrich-Herz-Schule als moderner Bildungsstandort etabliert. Die Nutzung erfolgt auf vielen verschiedenen Ebenen innerhalb der Schulstrukturen und in sich daraus ergebenden Angeboten. Die Mitarbeitenden an den Berufsschulen sind sehr gut weitergebildet und können Lerninhalte professionell weitergeben. Die Schülerinnen und Schüler profitieren von den in der Lernfabrik 4.0 gemachten Erfahrungen und sind bestens gerüstet für ihr persönliches berufliches Vorankommen.

Die Lernfabrik 4.0 Karlsruhe hat sich als regionaler Weiterbildungsstandort einen Namen gemacht. Angebotene Veranstaltungen werden zahlreich besucht und vorher benannte Zielgruppen sicher angesprochen. Neben der Wissensvermittlung im Themenumfeld Industrie 4.0 besteht bei den Veranstaltungen auch die Möglichkeit, sich zu vernetzen und gemeinsame Projektideen zu entwickeln. Weitere Formate sind in Planung, wobei die Wirtschaftsförderung der Stadt Karlsruhe als starker Partner zur Seite steht.

Die Einbindung der Lernfabrik 4.0 in ein Netzwerk wichtiger Akteure im Umfeld von Industrie 4.0 in Karlsruhe und der näheren Umgebung ist gut und soll weiter zielgerichtet vorangetrieben werden.

Neben dem regionalen Interesse an der Lernfabrik 4.0 Karlsruhe gibt es zudem eine starke Nachfrage aus dem In- und Ausland, den innovativen Lernstandort zu besichtigen, dort neue Kenntnissen zu erlangen sowie von den gemachten Erfahrungen zu profitieren. Der hohe Bekanntheitsgrad der Lernfabrik 4.0 Karlsruhe in der Bundesrepublik und darüber hinaus wird auch weiterhin dazu führen, dass internationale Delegationen und Gruppen zu Besuchen begrüßt werden.

Vorteilhaft ist die Unterstützung der Lernfabrik 4.0 Karlsruhe durch die beiden Fördervereine der Berufsschulen. Sowohl der der Verein der Freunde der Carl-Benz-Schule als auch der Verein der Freunde der Heinrich-Hertz-Schule begleiten das Projekt nicht nur ideell, sondern auch mit personellen und teilweise finanziellen Beiträgen. Das wird auch in Zukunft so sein.

Die Inbetriebnahme der Lernfabrik erfolgte am 9.05.2017
Der Aufbau der Lernfabrik wurde durch das Wirtschaftsministerium (Förderaufruf 2015) gefördert.

Kontakt:
Heinrich-Hertz-Schule Karlsruhe
Südendstraße 51
76135 Karlsruhe
www.hhs.karlsruhe.de

Ansprechperson:
Schunck, Timm

Homepage der Lernfabrik/Kooperation
www.lernfarbrik.karlsruhe.de