Heinrich-Hertz-Schule Karlsruhe

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. 

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.

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

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.

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.

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.

Carl-Benz-Schule Karlsruhe

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 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.

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