Zentralgewerbeschule Buchen

Im Zuge der Förderung der Lernfabrik 4.0 an der Zentralgewerbeschule Buchen wurde ein Grundlagenlabor und ein verkettetes Maschinensystem mit berufsspezifischen Schwerpunkten (Anwendungslabor) aufgebaut.

Das Grundlagenlabor an der ZGB ist für die Belegung mit maximal 16 SuS vorgesehen und wird deshalb achtfach mit dem „Einzelarbeitsplatz I 4.0“ von Festo Didactic SE ausgestattet. Dieser beinhaltet eine aktuelle SPS Steuerung des Typs Siemens SIMATIC S7-1500 und die Applikationsmodule "Stapelmagazin", "Pressen", "Bohren" und „Wenden“, an denen die Grundlagen der Steuerungstechnik bis hin zu grundlegenden Industrie 4.0 Themen bearbeitet werden. Die Applikationsmodule sind durchgängig vom Grundlagenlabor bis zum verketteten Maschinensystem nutzbar.

Das verkettete Maschinensystem besteht aus einem Hochregallager zur Ein- und Auslagerung der Werkstücke. Die fertigungstechnischen Lerninhalte werden durch das Applikationsmodul Bohren sowie die CNC-Technik mit CAD/CAM-Kopplung durch das flexible Fertigungssystem abgedeckt. Für die Lerninhalte des Energiemanagements wurde das Applikationsmodul „Tunnelofen“ angeschafft und mit einem Energiemonitoring für den Ofen und die Gesamtanlage ausgestattet. Die Software „EiSLab“ ermöglicht die Einbettung der Lernfabrik 4.0 in eine Smart Grid Simulation und zeigt den Zusammenhang zwischen Verbrauchern, Speichern und Energieerzeugern. Qualitätstechnik wird mit dem Applikationsmodul „Kamerainspektion“ sowie der Einbindung einer vorhandenen Messmaschine über den auto-nomen Transportroboter „Robotino“ abgedeckt. Der „Robotino“ dient zum Erlernen der objektorientierten Programmierung. Es werden zwei Grundmodule („Gerade“) benötigt, die vier Applikationsmodule aufnehmen können.

Grundlagenlabor der Firma Festo Didactic SE:
Acht CPLab-Module mit den Applikationen "Stapelmagazin", "Pressen", "Bohren" und "Wenden". Erweiterung der CPLab-Module mit elektropneumatischen Komponenten wie Pneumatische Zylinder, Wegeventile elektromagnetisch betätigt, optische, kapazitive, induktive und magnetische Sensoren, Druckventile und anderen Komponenten, welche die SuS am Steckbrett zu einer Funktionseinheit selbstständig zusammenbauen und mit einer SPS ansteuern können.

Anwendungslabor der Firma Festo Didactic SE:
Ein Hochregallager zur Ein- und Auslagerung von Werkstücken, für die Werkstückfertigung eine CNC-Bearbeitungsstation mit automatischer Roboterbeladung und eine Station Bohren, eine Robotermontagestation, eine Kamerainspektion, um die Lage von Werkstücken und derer Qualitätsfehler zu untersuchen, eine Station Wenden, um Werkstücke drehen zu können, einen Tunnelofen, um im Bereich Energiemanagement ein Energiemonitoring für den Ofen und die Gesamtanlage durchführen zu können.

Als MES-Software wird das didaktische System MES4 von Festo Didactic eingesetzt.
Die SPS-Steuerungen und die HMI-Touchpanels werden mit TIA-Portal von Siemens programmiert.
Eislab von Festo Didactic wird für das Energiemonitoring verwendet.
Einsatz von Ciros von Festo Didactic, um die Roboter zu programmieren und die Lernfabrik 4.0 im Teil- bzw. auch Gesamtprozess zu simulieren.
i4SCADA von WEBFactory zur responsiven Web-Visualisierung der Anlage am PC, Tablet oder Smartphone.
FluidSim von Festo Didactic zum Simulieren von einfachen pneumatischen Schaltungen, welche mit einer SPS angesteuert werden.

Die Lernfabrik 4.0 wird primär in der dualen Ausbildung, in beruflichen Vollzeitschulen sowie der beruflichen Weiterbildung genutzt. Sie steht außerdem über den Förderverein der ZGB für Industrie 4.0 Kurse externen Interessenten zur Verfügung. So werden die Leitgedanken von Industrie 4.0 über die Auszubildenden, die Absolventen der weiterführenden Schulen sowie die Teilnehmer aus Schulungskursen für die Firmen in die Betriebe getragen. Nicht nur die Schüler, sondern auch Lehrer profitieren von der Lernfabrik, wenn regionale Lehrerfortbildungen für alle Schularten stattfinden. Als eine in Kooperation mit der Gewerbeschule Mosbach entworfenen Unterrichtseinheit zum Manufacturing Execution System (MES) können die SuS und Teilnehmer von Schulungskursen den Grundgedanken von MES selbständig an der Lernfabrik erlernen und eigene Workplans zur automatisierten I4.0-Fertigung planen, erstellen und ausführen. Zudem können die Lernenden durch das Durchführen von Arbeitsaufträgen an der Lernfabrik die Kommunikation zwischen einer SPS und dem übergeordneten MES handlungsorientiert erlernen. Am Ende haben die Teilnehmer dieser Unterrichtseinheit einen fundierten Überblick über die Funktionen und Zusammenhänge der Datenkommunikation verketteter Maschinen (SPS-Steuerung) und der MES-Software als übergeordnete und globale Auftragssteuereinheit.

Die Lernfabrik 4.0 wird interessierten Unternehmen zur Evaluierung von Industrie 4.0 Prozessen z.B. im Rahmen von Technikerarbeiten angeboten. Ebenso kann sie bei der Themenvergabe in Studien- und Bachelorarbeiten der DHBW Mosbach einbezogen werden.

In Verbindung mit der ÜAB Buchen kann die Lernfabrik in der Weiterqualifizierung zur „IHK-Fachkraft SPS-Technik“ genutzt werden.

Die ZGB kooperiert mit der IHK, die als Veranstalter des „Technikforums Industrie 4.0“ als Schnittstelle zu den Unternehmen des NOK agiert. Die DHBW stellt Personen mit fachlicher Expertise für das Projekt zur Verfügung.

Die Schulen kooperieren mit den Firmen MPDV Mikrolab und WebFactory, um den Schülerinnen und Schülern die jeweilige Produktidee der beiden Firmen und den damit verbundenen Industrie 4.0 Leitgedanken näher zu bringen.

Die Musterlösung-BW dient im Zuge der Anpassung der Rahmenlehrpläne im Fachbereich der Elektroniker als Vorlage für die systematische Herangehensweise im Bereich der SPS Programmierung. In Anlehnung an die "Technischen Richtlinien für Unterricht und Prüfung" wurde in der Musterlösung BW neben einer "Coding Guideline" vor allem die Bausteinstruktur genau definiert. Ziel ist es, den SuS Sinn und Zweck einer bibliotheksfähigen Bausteinprogrammierung näher zu bringen und sie so auf die Aufgaben in der Industrie zukunftsorientiert vorzubereiten. Neben der eigentlichen Bausteinprogrammierung von z.B. wiederverwendbaren Schrittketten- oder Zylinderansteuerungsbausteinen, sogenannte Aktorbausteine, geht es auch um Industrie 4.0 relevante Themen wie Identifikation von Bauteilen und Kommunikation mit einem übergeordneten MES. Dies wird in verschiedenen Levels mit den SuS step by step gemäß der Vorgaben in den Technischen Richtlinien programmiert. Die CPLabs im Grundlagenlabor und die CPFactory im Anwendungslabor bieten hierbei eine ideale Hardwarestruktur, um diese Programmierung praxinah auszuführen und zu testen. Die Ergebnisse und gewonnenen Erfahrungen können mit den SuS gemeinsam diskutiert werden.