Wilhelm-Maybach-Schule Heilbronn

Aufbau der Lernfabrik

Technologieschema

Als innovatives Transportsystem kommt ein zukunftsweisendes, hochflexibles Drehstrom-Langstatorsystem ACOPOStrak der Firma B&R (ABB) mit Bypass und Ausschleusungen zum Einsatz. Zum Start steht jeweils ein, im Endausbau zwei Handhabungs- (6-Achs-Roboter) und ein Lagersystem zur Verfügung. Die Läufer des Langstatorensystems sind voneinander unabhängig steuerbar. Alle Produktions- und Prozessdaten werden vollständig digital erfasst und einer Zustandsüberwachung zugeführt. Die heute einzigartige Weichentechnik in Verbindung mit der Läufer-Einzelsteuerung macht das System hochflexibel und ermöglicht eine vollständig digital gesteuerte Fertigung.

Eine Datenbank speichert Lagerorte, Mengen und Einzelteile, die von Robotern entnommen werden. Die Teileidentifikation geschieht über RFID-Transponder. Zum Start der Produktion im verketteten Maschinensystem werden Lego-Duplo-Bausteine verschiedener Farben und Formen verwendet. Dies erleichtert das Fügen der Einzelteile mit den Handhabungsgeräten für den Projektstart. Gleichzeitig ist das Maschinensystem aber für die Produktion komplexerer Bauteile, etwa eines „kleinen Maybachs“ und einem individuellen Stifthalter geeignet. Dabei wird der schuleigene 3D-Drucker und die 5-Achs-Fräsmaschine integriert. Das Langstatorensystem sowie die Handhabungssysteme werden mittels eines gemeinsamen Echtzeit Ethernet Bus-System gesteuert. Die Steuerung erfolgt über das SPS-Betriebssystem B&R Automation Runtime, das Schnittstellen zu einem Datenbankserver bietet, an das das von der Gustav-von-Schmoller-Schule verwendete Warenwirtschaftssystem Microsoft Dynamics NAV angeschlossen werden kann.

Grundlagenlabor:

Mechatronisches Basismodul (Cyber-physisches Transportsystem mit IO-Link) angetrieben mit einem drehzahlvariablen 24 V-Getriebemotor. Zwei Endlagensensoren am Anfang und am Ende des Transportsystems. Für grundlegende Experimente an einem Transportsystem oder zum Einbau in ein komplexes mechatronisches System zur Steuerung des Materialflusses.

Eine auf der Frontseite montierte Siemens SPS S7-1200 übernimmt die Steuerung des Moduls. Das Transportband transportiert Werkstückträger mit Werkstücken. Es kann mit anderen Transportbändern, Kurven oder Transferknoten zu einem verketteten Maschinensystem kombiniert werden. Über den 25-poligen D-Sub Anschluss können die über dem Förderband angebrachten Bearbeitungsstationen mit der SPS gesteuert werden.

Desweiteren ist ein RFID-Schreib/Lesekopf zur Einkennung und Programmierung der Transporteinheiten angebracht.

Hardwarekomponenten

Langstatorsystem ACOPOStrak
Hersteller: B&R (ABB)
48 integrierte, vernetzte Drehstrom-Antriebselemente, 20 unabhängige Läufer
Maschinensteuerung: SPS

6-Achs-Roboter (2x)
Hersteller: Comau Racer 3
Leistungselektronik: 2 x 3-Achs-Servoumrichter (B&R)
Robotersteuerung: SPS

Lagersystem
3-Achs-System
Hersteller: BZT
Leistungselektronik: 3-Achs-Schrittmotorsystem (B&R)
Machinensteuerung: SPS

Grundlagenlabore
Hersteller Module: Cyber-Physische Transportsystem (CPT) von Lucas-Nülle mit Aufbaumodulen
SPS: Siemens S7-1200
6-Achs Roboter: Fanuc

Verwendete Software

AutomationStudio (B&R)
SceneViewer (B&R, Darstellung digitaler Zwilling)
Visual Studio (Microsoft)
MS-SQLServer (Microsoft)
Microsoft Dynamics (ERP)
EPLAN
CAD-Software (Rücksprache Manfred Scholz)
Sick Sopas (oder ähnlich, Anschaffung steht bevor)
Eigenentwicklungen als Windows- oder Maschinenprogramme (C#, SQL, ST, CNC)

Grundlagenlabore:
SPS: Siemens S7 TIA V16
Roboter: Fanus Automation mit Simulationssoftware

Pädagogisches Konzept

Für die Entwicklung des pädagogischen Konzepts war uns die Einbeziehung von dualen Partnern, Betrieben, der Hochschule und Wirtschaftsorganisationen wichtig. Die Expertise unserer Partner stellt sicher, dass die Umsetzung gelingt und zeigt das partnerschaftliche Potential. Zahlreiche Empfehlungsschreiben unterstreichen die Vernetzung unseres Konzepts. Sie bilden die Basis für die spätere Nutzung und Vermittlung der Industrie 4.0 Inhalte. Gemeinsam wird uns das Zusammenspiel von Technik, IT und kaufmännischen Aspekten gelingen und die Lernfabrik 4.0 vollumfänglich genutzt werden.

Wesentliche Grundsätze unseres pädagogischen Konzepts sind dabei:
Maximaler Praxisbezug durch Industriekomponenten
Zukunftsorientierung und flexible Erweiterungsmöglichkeiten
Enge Verzahnung von Grundlagenlabor und verkettetem Maschinensystem
Verbindung von kaufmännischen und gewerblichen Inhalten
Durchgängige IT-Struktur
Vom einfachen zum komplexen Produkt

Gustaav-von-Schmoller-Schule
Durch die „Lernfabrik 4.0“ können die Themen im Berufskolleg Wirtschaftsinformatik zukünftig durch handlungsorientierte realitätsnahe Aufgabenstellungen simuliert werden und so zum Verständnis von unternehmerischen Prozessabläufen beitragen.
Bisher wurden die Themengebiete in den verschiedenen Fächern isoliert betrachtet. Die „Lernfabrik 4.0“ stellt nun die Basis und damit die Möglichkeit dar, die Daten fächerübergreifend zu nutzen und so Querverbindungen herzustellen, was den Schülerinnen und Schülern (SuS) eine ganzheitliche Sichtweise ermöglicht.

Konkrete Umsetzung der Musterlösung-BW

Grundlagenlabore:
Cyber-Physical-Module (Transfersystem) mit RFID-Leseeinheit (Identifikation) und Applikationen (unterschiedliche Aufbaumodule) incl. Bedeinfeld und SPS
Zusammenbau der CPMs zu einer vernetzten Cyber-Physical-Factory (verkettetes Maschinensystem) mit Anbindung an SAP

Schularten/Ausbildungsberufe, bei denen die Lernfabrik zum Einsatz kommt

Relevante Ausbildungsberufe:
Werkzeugmechaniker/in, Industriemechaniker/in, Feinwerkmechaniker/in, Elektroniker/in für Geräte und Systeme und Industrieelektriker, Mechatroniker/-in, Mechatroniker/-in (Kooperation mit HS Heilbronn), Anlagenmechaniker /in, Technische/r Systemplaner/in, (Stahl- und Metallbautechnik), Konstruktionsmechaniker/in, Karosserie- und Fahrzeugbaumechaniker/in, Maschinen- und Anlagenführer/in; Metallbau

Vollzeitschulen:
Technisches Gymnasium (Profile Mechatronik, Technik und Management, Informationstechnik, Gestaltungs- und Medientechnik)
Zweijähriges Berufskolleg (Profile Elektrotechnik und Informationstechnik)

Fachschulen:
mit den Ausrichtungen Automatisierungstechnik und Mechatronik, Maschinentechnik, und Elektrotechnik

Berufskolleg Wirtschaftsinformatik der Gustav-von-Schmoller-Schule

Kooperation mit anderen Standorten

Gustav-von-Schmoller-Schule

Beschreibung der Kooperation

Ziel ist es, die Anlage durch ein ERP- (Enterprise Resource Planning) System zu betreiben, das alle betriebswirtschaftlichen Prozesse in den Bereichen Produktion, Vertrieb, Logistik, Finanzen und Personal steuert. So können Geschäftsprozesse optimiert, Kosten genau kontrolliert und die Prozesse effizienter werden. Dieser Bereich ist die Schnittstelle zu kaufmännischen Fragestellungen, aus der sich vielfältige Kooperationsmöglichkeiten mit der Gustav-von-Schmoller-Schule als kaufmännischem Partner ergeben und die Verbindung von Schule und Wirtschaft öffnen.

Die Lernfabrik als außerschulisches Demonstrationszentrum

Das verkettete Maschinensystem und die Labore bieten Handwerksbetrieben und kleinen und mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit, Geschäftsprozesse und Geschäftsmodelle unter dem Gesichtspunkt Industrie 4.0 weiterzudenken und weiterzuentwickeln. Angeregt durch Workshops, Vorträge und Gesprächs- und Diskussionsrunden, steht das verkettete Maschinensystem als Demonstrationszentrum sowie die Labore für Schulungen zur Verfügung.

Die Lernfabrik 4.0 Heilbronn richtet sich insbesondere an die Industrie- und Handwerksbetriebe und Unternehmen im Stadt- und Landkreis Heilbronn. Etliche Unternehmen haben sich mit Absichtserklärungen dazu bereit erklärt, das Projekt inhaltlich und finanziell zu unterstützen. Des Weiteren unterstützen die Hochschule, die Handwerkskammer und die IHK das Projekt und werden in Thementage und Workshops einbezogen.

Die Entwicklung anwendungsorientierter Aus- und Weiterbildungsmodule geschieht mit Hilfe geeigneter Partner aus den Unternehmen. Zu diesem Zweck wird ein Beirat eingerichtet, der aus Unternehmensvertretern aller zuvor genannten Gruppen von Unternehmen sowie Vertretern von Hochschulen und intermediären Institutionen bestehen soll.

Weitere Veranstaltungs- und Präsentationskonzepte für nicht im Beirat vertretene Unternehmen werden in Zusammenarbeit mit der Stabsstelle Wirtschaftsförderung der Stadt Heilbronn und der Wirtschaftsförderung Heilbronn GmbH entwickelt.

Alle Aktivitäten im Rahmen der Nutzung der Lernfabrik 4.0 als Demonstrationszentrum, z. B. Weiterbildungskurse, Workshops und Seminare, werden vom Förderverein der Wilhelm-Maybach-Schule organisiert.

Die verkettete Anlage wurde bereits von 4 (mehreren) Industrieunternehmen aus der Region besichtigt.

Der Aufbau der Lernfabrik wurde durch das Wirtschaftsministerium (Förderaufruf 2018) gefördert.

Kontakt:
Wilhelm-Maybach-Schule Heilbronn
Sicherer Str. 17
74076 Heilbronn
www.wms-hn.de

Ansprechperson:
Thumm, Dieter

Homepage der Lernfabrik/Kooperation
www.gvvss.de