Robert-Bosch-Schule Ulm

Bei der Lernfabrik 4.0 handelt es sich um ein modulares System, welches das Prinzip einer Handy-Montage realisiert.

Die Lernfabrik besteht aus 9 Palettentransfersystemen mit den nachfolgend beschriebenen Applikationsmodulen. Des weiteren ist eine Robotermontagezelle, ein fahrerloses Tranportsystem, ein 3D-Drucker sowie ein Handarbeitsplatz in das System integriert. Gesteuert wird die Lernfabrik über einen MES-Rechner der Firma FESTO. Eine Schnittstelle zu SAP4School, das an der Friedrich-List-Schule installiert ist, wird eingerichtet.

Der folgende Produktionsablauf wird an der Lernfabrik 4.0 realisiert:
Nach Start des Fertigungsauftrags am MES-Rechner erreicht ein leerer Werkstückträger das Stapelmagazin1, das zur Bevorratung und Einschleusung der Unterschale dient, und eine Unterschale wird auf den Werkstückträger gelegt. Dann wird der Werkstückträger  zur nächsten Station gefördert, der Produktweiche. Der MES-Rechner entscheidet, ob der aktuelle Werkstückträger weiter zur Bohrstation gefördert wird oder ob dieser zum Handarbeitsplatz tranportiert werden muss.

Ist ein Transport zum Handarbeitsplatz erforderlich, wird ein Transportauftrag an das fahrerlose Transportsystem (Robotino) gesendet. Der Robotino holt den Werkstückträger bei der Produktweiche ab und fördert diesen zum Handarbeitsplatz. Der Werkstückträger wird auf den Handarbeitsplatz übergeben. Ein Werker kann nun vom 3D-Drucker individuell gefertigte Inlays in die Unterschale des Handys einlegen. Ist dies erfolgt, gibt der Werker den Werkstückträger frei. Der Robotino holt diesen vom Handarbeitsplatz und transportiert ihn wieder zur Produktweiche.

Die Produktweiche fördert den Werkstückträger zur Bohrstation. Die Bohrstation dient zum variablen Bohren der Unterschale. Der MES-Rechner entscheidet ob und wieviele Löcher in die Unterschale gebohrt werden müssen. Die Bohrstation transportiert den Werkstückträger zur nächsten Produktweiche.

Bei dieser Produktweiche wird entschieden, ob eine Platine in die Unterschale eingelegt werden muss. Ist dies der Fall, wird der Werkstückträger zur Robotermontagezelle gefördert.

Die Robotermontagezelle besteht aus einem KUKA KR6 Industrieroboter, einem Kamerasystem, einem Magazin für Platinen, 3 Speicher für Feinsicherungen sowie einem Greiferwechselsystem für drei Robotergreifer.
Über mehrere Förderstecken gelangt der Werkstückträger an einen Stopper. Hier entnimmt der Roboter die Unterschale vom Werkstückträger. Der Roboter legt die Unterschale in den Erfassungsbereich eines Kamerasystems, das die korrekte Orientierung der Unterschale überprüft. Danach wird die Unterschale in einer Montageaufnahme abgelegt. Als nächstes wird eine Platine in die Unterschale eingelegt und mit Feinsicherungen bestückt. Dabei sind mehrere Greiferwechsel am Roboter nötig. Wurde die Unterschale erfolgreich mit der Platine bestückt, wird diese wieder in den Werkstückträger gelegt. Danach wird der Werkstückträger aus der Robotermontagezelle gefördert.

Die nächste Bearbeitungsstation ist das Stapelmagazin 2. Diese Station dient zum Bevorraten und Einschleusen der Oberschale, die hierzu auf die Unterschale gelegt wird. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, wird der Werkstückträger zur Pressstation transportiert.

Bei der Pressstation handelt es sich um eine "Muskelpresse" zum Verpressen von Ober- und Unterschale mit variablem Anpressdruck. Den auftragsspezifischen Anpressdruck erhält die Presstation vom MES-Rechner. Wurden die beiden Schalen verpresst, wird der Werkstückträger zur Wendestation gefördert.

In der Wendestation wird entschieden, ob das Werkstück aus dem Wersktückträger entnommen und um 180° gewendet werden muss. Nach der Wendestation wird der Werkstückträger mit dem fertig montierten und korrekt orientierten Werkstück zur Handlingstation transportiert.

Die Handlingstation dient zur manuellen Werkstückausgabe. Hier wird das Werkstück mittels eines Greifers vom Werkstückträger abgenommen und je nach Auftrag des MES-Rechners auf ein linkes oder rechtes Leerlaufrollenband gelegt. Der Werker kann nun das fertig montierte Werkstück entnehmen – der Fertigungsauftrag ist somit beendet.

9 Pallettentransfersysteme, Wersktückträgertransport, FESTO
2 Stapelmagazine, Bevorratung und Einschleusen der Ober- bzw.Unterschale,FESTO
1 Bohrstation           , Variables Bohren der Unterschale, FESTO
1 Wendestation, Wenden des Werkstücks, FESTO
1 Robotermontagezelle mit KUKA KR6, Platinen auftragsspezifisch bestücken und in Unterschale einlegen, Bevorratung Platinen, FESTO
1 Pressstation, Verpressen von Ober- und Unterschale mit variablem Anpressdruck, FESTO
1 Handlingstation, manuelle Werkstückausgabe, FESTO
1 Fahrerloses Transportsystem "Robotino", Werkstücktransport, FESTO
1 3D-Drucker "Replicator", Ausdruck von individuellen Inlays, Makerbot
1 MES- Rechner "MES4", Fertigungssteuerung, FESTO

Software, Beschreibung, Hersteller
TIA-Portal V15, Programmierung der SPS-Steuerungen, Siemens
MES4, Fertigungssteuerung, FESTO
KUKA System Software 8.5, Roboterprogrammierung, KUKA
SAP4School, ERP-System, SAP

In der Abteilung Elektrotechnik verfügt die RBS im Bereich der Automatisierungs-technik über einen neu eingerichteten Labor-Raum, der schwerpunktmäßig zur Programmierung von SPS-Steuerungen sowie deren Vernetzung und für Projektarbeiten im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt werden. Neu hinzu kam im Schuljahr 2018/19 ein Grundlagenlabor mit CPS - Einzelkomponenten von FESTO.

Die Abteilung Fertigungstechnik verfügt über zwei Automatisierungslabore mit Schwerpunkt SPS-Technik und Pneumatik sowie ein Roboter-Labor mit zwei KUKA-Robotern.

Beschreibung des Grundlagen-Labors:
Thematisch soll sowohl in dem im Schuljahr 2018/19 eingerichteten Grundlagenlabor als auch in der verketteten Lernfabrik 4.0 die vereinfachte Montage eines Mobiltelefons umgesetzt werden. Im Grundlagenlabor liegt der Fokus auf der Wissensvermittlung der Grundfunktionalitäten, der Aktoren und Sensoren sowie der Steuerungslogik jeder einzelnen Station. Dazu werden im hinteren Teil des Labors die beschafften Stationen wie abgebildet mit jeweils zwei Schüler-Sitzplätzen aufgestellt. Im vorderen Teil des Raumes kann eine geteilte Klasse frontal unterrichtet werden. Somit ist dieser Raum auf die Beschulung einer geteilten Laborklasse ausgerichtet. Dieses Grundlagenlabor ist seit November 2018 einsatzfähig. In dem Grundlagenlabor wird anhand der folgenden Arbeitsstationen unterrichtet:
6 Palettentransfersysteme zum Werkstückträgertransport, FESTO
2 Stapelmagazine zur Bevorratung und Einschleusen der Ober- bzw.Unterschale,FESTO
1 Bohrstation            zum variablen Bohren der Unterschale, FESTO
1 Wendestation zum Wenden des Werkstücks, FESTO
3 Roboterschulungszellen mit KUKA KR3 Industrierobotern, KUKA
1 Pressstation zum Verpressen von Ober- und Unterschale mit variablem Anpressdruck, FESTO
1 Handlingstation zur manuellen Werkstückausgabe, FESTO
1 MES- Rechner "MES4" zur Fertigungssteuerung, FESTO

Beschreibung der Lernfabrik4.0
Im November 2019 wurde die Lernfabrik4.0 geliefert, installiert  und anschließend in Betrieb genommen. Die Lernfabrik4.0 wurde in direkter Nachbarschaft zum Grundlagenlabor aufgebaut. Die im Grundlagenlabor vermittelten Kenntnisse der Einzelstationen können hier in den Gesamt-Ablauf mit Fokus auf die Gesamt-Anlagensteuerung vermittelt und gezeigt werden.
Eine zentrale Rolle spielt hierbei der MES-Leitstand (Fertigungsleitrechner) zur Auftragssteuerung. Ein weiterer Vorteil durch den redundanten Aufbau von Grundlagenlabor und Lernfabrik4.0 ist die deutlich höhere Schülerzahl, die an den Systemen unterrichtet werden kann. Auch die Umsetzung der Musterlösung BW kann durch die Einzelstationen leichter realisiert werden.

Die wesentlichen Komponenten der Lernfabrik 4.0 sind an der Robert-Bosch-Schule jeweils auch als Einzelstationen vorhanden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, alle 3 Level der Musterlösung-BW zu unterrichten.

Für das Level1 der Musterlösung werden die Einzelstationen verwendet und entsprechend das Förderband, die Werkstückträgererkennung und das Applikationsmodul programmiert. Zusätzlich zu den vorhandenen 6 verschiedenen Einzelstationen sollen 6 Bohrstationen beschafft werden. Das Level1 der Musterlösung wird bei den Elektronikern sowie in abgewandelter Form auch in der Fachschule für Technik unterrichtet.

Auch das Level2 der Musterlösung BW wird mit Hilfe der Einzelstationen unterrichtet. Hier werden an der RBS Uom die integrierten RFID-Schreib-Lese-Geräte verwendet.Das Level2 wird vornehmlich bei den Elektronikern für Automatisierungstechnik sowie in der Fachschule für Technik unterichtet.

Das Level 3 der Musterlösung BW kann sowohl an den Einzelstationen als auch an der Lernfabrik 4.0 unterrichtet werden. Aktuell kommt dieses Level in der Fachschule für Technik, Fachrichtung Automatisierungstechnik und Fachrichtung Elektrotechnik zum Einsatz. Hierbei wird konkret auf die Werkstückträgererkennung mittels RFID, deren Programmierung sowie der Schnittstelle zum MES-Rechner eingegangen.

Die Lernfabrik 4.0 an der Robert-Bosch-Schule Ulm wird als Demonstrations-Produktionssystem genutzt, um in Veranstaltungen die Möglichkeiten von Industrie 4.0-Technologien zu demonstrieren. Über den täglichen Einsatz im Unterrichtsbetrieb hinaus soll die Lernfabrik 4.0 auch den Kooperationspartnern der Robert-Schule-Schule Ulm zur Verfügung stehen.
Hierbei sollen verschiedene Angebote entwickelt und realisiert werden, die den Bedürfnissen des jeweiligen Kooperationspartners und der jeweiligen Zielgruppe gerecht werden.

Die kooperierenden Betriebe haben ein starkes Interesse daran, dass die Lernfabrik für den Berufsschulunterricht, in der überbetrieblichen Ausbildung sowie für Zusatzqualifikationen eingesetzt wird. Einige Betriebe haben bereits ihr Interesse an einer engen Zusammenarbeit im Rahmen von Ausbildungsprojekten bekundet. Auch soll die Lernfabrik im Rahmen von betrieblichen "IT-Camps" für interessierte Schülerinnen und Schüler in den Ferien eingesetzt werden.

Folgende Betriebe kooperieren derzeit mit der Robert-Bosch-Schule im Rahmen der Lernfabrik 4.0:
artiso solutions GmbH, Blaustein (Informationstechnik)
ASYS GmbH, Dornstadt (Automatisierungstechnik)
Daimler TSS GmbH, Ulm (Informationstechnik)
Hensoldt Sensors GmbH, Ulm (Radartechnik)
Mayser GmbH & Co KG, Ulm (Sensorik im Automotive-Bereich)
Rehm GmbH, Blaubeuren (Maschinenbau)
ScanPlus GmbH, Ulm (Informationstechnik)
Utzin Utz AG, Ulm (Chemie)
Berufsbildungswerk der Wieland Werke Ulm (Buntmetall-Halbzeuge)

Außerdem besteht eine Kooperation mit der IHK Ulm mit dem Ziel der Weiterqualifizierung von Auszubildenden und Fachkräften im Bereich Industrie 4.0. Die Begleitung der Lernfabrik durch die IHK erfolgt über einen Beirat, in dem neben der IHK Ulm betriebliche Koooperationspartner und Lehrkräfte der RBS Ulm vertreten sind.