Erschienen am: 22.05.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 5 2017

Von der Mechatronik-Ausbildung zur Industrie-4.0-Fachkraft

Vernetzung dringend erforderlich

Damit Robotik, Automatisierung und die Ansätze von Industrie 4.0 im Zusammenspiel veranschaulicht werden können, realisiert Christiani zusammen mit der Elektronikschule Tettnang die 'iLernfabrik 4.0'. Sie soll die Digitalisierung anhand modularer Konfigurationen für die Ausbildung verständlich aufbereiten und ist u.a. mit RFID-, SPS- und moderner Kommunikationstechnik ausgerüstet. Auch IT-Sicherheit und die MES-/ERP-Anbindung wurden integriert.


Im Dezember 2015 erhielt die Elektronikschule Tettnang vom Ministerium für Finanzen und Wirtschaft die Zusage für die Einrichtung einer Lernfabrik. Ziel des Förderprojektes ist es, die Fach- und Nachwuchskräfte auf das Thema Industrie 4.0 vorzubereiten und dabei auch die Anforderungen zur Unterrichtsgestaltung aus der Schule umzusetzen. Zudem soll die Lernfabrik auch regionalen Unternehmen als Demonstrationszentrum dienen, um Vernetzung von Maschinen inklusive den angrenzenden Technologien präsentieren zu können. Flächentechnisch ist sie in einem rund 120m² großen Labor mit Laptop- und Elektroarbeitsplätzen untergebracht.

Automatisierung plus Digitalisierung

Mit den Komponenten verschiedener Hersteller vermittelt die Anlage moderne Lernfelder rund um die Digitalisierung, ohne die klassischen Funktionen der Automatisierungstechnik zu vernachlässigen. Aufgrund des modularen Charakters, ist eine hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit der Anlage garantiert. Das Gesamtkonzept setzt sich aus verschiedenen Funktionsbaugruppen und Lerntafelsystemen zusammen, was die Konfiguration von Stationen und Anlagen unterschiedlicher Komplexität gestattet. Dazu zählen ein Transportsystem mit Antriebstechnik, RFID- und SPS-Technik sowie IT-Sicherheit wie auch ein MES-/ERP-System. Für jedes Lernmodul werden entsprechend dem Schülerniveau (Berufsschule, Fachschule, Berufskolleg) angepasste Unterrichtseinheiten neu entwickelt oder bestehende Konzeptionen angepasst.

Klassisch-innovative Vernetzung

Der Technologie-Mix zeigt den Lernenden nachvollziehbar auf, wie die einzelnen Anwendungen in komplexen Systemen zusammenspielen. Während Basismodule wie die SPS-Programmierung Voraussetzung für Industrie 4.0 sind, sind weitere Lernfelder, wie kollaborierende Roboter wichtig, um Pick&Place-Aufgaben mit Machbarkeitsstudien und Risikoanalysen zu definieren. Hauptmerkmal kollaborierender Systeme ist die Vermeidung von Verletzungsgefahren im Zusammenspiel von Mensch und Maschine, was gerade in der Ausbildung mit ungeschulten Personen besonders wichtig ist.

Didaktisches Ausbildungskonzept

Dieses Konzept verfolgt Christiani auch mit dem Mechatronik-Lehrsystem mMS UbiFactory. Von einfachen Abläufen bis hin zu komplexen Prozessen nach Prinzipien von Industrie 4.0, unterstützt der modulare Aufbau die Wissens- und Praxisvermittlung, die sich sowohl für die betriebliche Erstausbildung und technische Weiterbildung als auch für Projekte im Rahmen eines Hochschulstudiums eignet. Das Lehrsystem besteht aus vier fahrbaren Profilwagen mit T-Nutenplatten, verschiedenen Funktionsbaugruppen, einem kollaborierenden Roboter und zwei Steuerungen. Diese Anordnung erlaubt die Realisierung unterschiedlicher automatisierter Abläufe. Die Prozesse bzw. die Wege der Werkstücke werden dabei über integrierte RFID-Tags gesteuert. Ein Anlagenteil lässt sich wahlweise abkoppeln, um den Gesamtprozess zu reduzieren.

Modulare Lernfabrik

Alle Prozesse werden realitätsnah und gut nachvollziehbar abgebildet, was einen nachhaltigen Lernerfolg begünstigt. Werden die Baugruppen mit individuellen Steuerungen versehen, stehen autonom funktionierende Einheiten zur Verfügung, die innerhalb eines Systems bedarfsorientiert einsetzbar sind. Genau wie in industriellen Produktionssystemen ist somit jederzeit eine Änderung/Erweiterung möglich. Via RFID sind Prozesse umsetzbar, bei denen das Werkstück sich selbst durch die Anlage und damit den Herstellungsprozess navigiert - gute Voraussetzungen für eine Einzelstückfertigung unter Anwendung von Massenfertigungsverfahren in der Ausbildung.