Werner-von-Siemens-Schule Mannheim

Station 1:       Kollaborativer Roboter Universal Robotics UR5 zur Bestückung der Werkstückträger mit Werkstücken und zur Entnahme und Palettierung der fertigen Produkte.

Station 2:       Hochregallager für Rohmaterialien bearbeitete Werkstücke.

Station 3:       Bohrstation zur Bearbeitung der Gehäuseteile.

Station 4:       Weiche zum Ausleiten und Einschleusen von Werkstückträgern. Hier erfolgt die Weitergabe an ein autonomes Flurförderfahrzeug. Die Werkstücke werden zu Handmontageplätzen gebracht und nach manuellen Montageschritten wieder in den automatisierten Prozess eingeschleust. Das Flurförderfahrzeug und die Handmontageplätze sind nicht Bestandteil der Förderung.

Station 5:       Kamerakontrolle zur Prüfung der bearbeiteten Werkstücke.

Station 6:       Schachtmagazin für Gehäuseteile.

Station 7:       Muskelpresse mit einstellbarer Presskraft und -Dauer zur Endmontage der Gehäuse.

Station 8:       Etikettierstation zum etikettieren der Produkte.

Neben den Festo-Handyschalen werden als Produkte selbst entwickelte Sensor-Boxen mit angepassten Gehäusen in der Lernfabrik produziert. Die Sensorplatinen sind mit bis zu fünf verschiedenen Sensoren, die aus >10 verschiedenen Typen ausgewählt werden können, bestückbar. Jede Sensorplatine enthält immer einen WLAN-Fähigen Mikrocontroller und ein OLED-Display. Je nach Kundenwunsch können in einem Webshop verschiedene Ausbaustufen und Gehäusefarben ausgewählt werden. Die Fertigstellung der vorbestückten Platinen erfolgt in einer Handmontagelinie. Den Transport zwischen der Handmontagelinie und der Lernfabrik übernimmt ein industrielles Flurförderfahrzeug der Firma SEW EURODRIVE.

CP-Lab Transferbänder der Firma FESTO Didactic, Applikationsmodule wie oben beschrieben.

MES4 der Firma FESTO, Siemens TIA-Portal, Schnittstelle SAP4school an MES, OPC-UA-Server, MQTT-Broker Mosquitto, Node-Red zur Fernsteuerung der Stationen über ein Webinterface und zur Darstellung einzelner Prozessdaten aus den Stationen.

Die Lernfabrik dient dazu, Schülerinnen und Schüler zukunftsorientiert und nachhaltig auszubilden. Die Ausstattung der Labore und Fachräume zur Grundlagenausbildung erlaubt bereits die Behandlung zahlreicher praxisnaher Problemstellungen aus den Bereichen Automatisierungstechnik, Informations- und Netzwerktechnik sowie Fertigungs- und Montagetechnik.

Die Lernfabrik wird als Schulungs- und Demonstrationsobjekt genutzt. Hierbei wird, ausgehend von der Kundenanfrage bis zur Auslieferung, ein auf Losgröße 1 ausgerichteter Produktionsablauf abgebildet. Relevante Lerninhalte aus den Bereichen der Automatisierungs-, Informations- und Montagetechnik sowie die erforderlichen Geschäftsprozesse werden in einem ganzheitlichen Zusammenhang vermittelt.

Die Teilsysteme der Lernfabrik werden in den Automatisierungslaboren exemplarisch vertieft. Die vermittelten Themen sind unter anderem:

• Entwicklung und Einsatz von wiederverwendbaren Softwarebausteinen
• Modularisierung von Steuerungsprogrammen (Plug & Produce)
• Technologien (z.B. RFID, IO-Link)
• Kommunikation (z.B. OPC-UA, MQTT, Security), Schnittstelle zur IT

Beim Lernen und Arbeiten mit den Applikationsmodulen erfolgt der Kompetenzerwerb der Schüler an kleineren und überschaubaren Systemen, an denen die Zusammenhänge schneller und leichter zu erfassen sind.

Darüber hinaus entwickeln die Lehrkräfte an der WvSS didaktische Lehrsysteme für Schülerarbeitsplätze. Dazu werden I4.0-Komponenten auf Plattensysteme montiert und so didaktisch aufbereitet, dass die Geräteanschlüsse leicht zugängig sind. Im Unterricht erfolgt dann ein differenzierter und vertiefter Kompetenzerwerb von einzelnen Technologien wie z.B. IO-Link oder RFID.

Neben der Automatisierungstechnik sind für I4.0 in der Zukunft umfangreiche Kompetenzen im Bereich der IT, wie zum Beispiel Netzwerktechnik und IIoT erforderlich. Diese Kompetenzen werden im neu gestalteten Netzwerklabor der WvSS mittels eigens entwickelter Laborsysteme praxisnah vermittelt.

Die Schüler erlernen aktuelle Technologien im Rahmen von Versuchsaufbauten, die den kompletten Weg der Daten vom Sensor in die Cloud nachvollziehen.

Das Montagelabor an der WvSS wird genutzt, um z.B. die Anforderungen des Rahmenlehrplans im Ausbildungsberuf des Fertigungsmechanikers umzusetzen. Hier montieren die Schülerinnen und Schüler Bauteile und Baugruppen zu komplexen Maschinen und Anlagen, überwachen und optimieren Produktionsabläufe.

Bei den praktischen Übungen wird bei der Materialbereitstellung und den Montagearbeitsplätzen „Pick-by-Light“ Technologie eingesetzt. Statistische Daten werden aufgenommen, um den Prozess zu optimieren.

Zur Umsetzung des Konzepts der Losgröße 1 werden mittels 3D-CAD-Software individualisierte Bauteile im Ausbildungsberuf des Mechatronikers sowie in der Fachschule Automatisierungstechnik/Mechatronik konstruiert. Anschließend werden diese auf schuleigenen 3D-Druckern gefertigt und dem Montageprozess zugeführt.

Mit der Lernfabrik 4.0 werden Arbeitsaufträge aus dem MES-System abgerufen, statistische Daten automatisch erfasst und in der zentralen Datenbank zur Verfügung gestellt. So kann auch das ERP-System auf real ermittelte Auftragsdaten zugreifen. Ebenso wird der Einsatz kollaborativer Roboter in der Montagetechnik unterrichtet.

Die Veränderungen des Lernens werden durch die Veränderung der Kompeten-zen, aber auch durch die Veränderungen der Bedingungen der Lernenden sowie die technischen Möglichkeiten getrieben. So sollen Schüler Kompetenzen in der Produktionsplanung und –steuerung erwerben und den Produktionsprozess mit ERP-Software steuern und überwachen. Ebenso sollen Kompetenzen zur Opti-mierung von Produktionsprozessen und Kenntnisse im Projektmanagement er-worben werden. Denn Lernfabrik 4.0 beinhaltet neben technischen Innovationen in besonderem Maße auch einen Fokus auf die Geschäftsmodelle. Dabei gilt es diese stets auf ihren Kern und auf ihren Kundennutzen heute und in Zukunft kon-struktiv kritisch zu hinterfragen. Eine Herausforderung, die besonders für die Schülerinnen und Schüler an kaufmännischen Schulen eintritt, da das Verständnis der Abläufe in Produktionsprozessen fehlt.

Lernfabriken sollen die Anpassung unterstützen, denn sie verzahnen als praxis-nahe Lernumgebungen industrielle Produktionsprozesse mit moderner Informa-tions- und Kommunikationstechnik. Auch wenn es auf den ersten Blick in der Me-tall- und Elektroindustrie so erscheint, dass sich die größten Veränderungen in den technischen Berufen vollziehen, werden sie auch in den kaufmännischen Be-rufen ausgelöst durch Digitalisierungstrends, Anpassungen und Neuerungen.

Mit den Applikationsmodulen an den Schülerarbeitsplätzen wird die Musterlösung-BW umgesetzt. Die Fortbildungsgruppe Automatisierungstechnik hat dafür eine eigens kreierte Software entwickelt, diese wird bei uns verwendet. Die Lernfabrik selbst wird mit der standardmäßigen Software des Lieferanten betrieben.