06.10.2017

Aus- und Weiterbildung in der digitalen Transformation

Schlüsselfertige Lernfabrik für Industrie 4.0

Industrie 4.0 begreifbar machen: Das ist das Ziel des Konzeptes der Industriellen Lernfabrik 4.0. Die erste Referenzanlage wurde an der Feintechnikschule in Schwenningen (FTS) gemeinsam mit regionalen Industriepartnern konzipiert und realisiert. In Zukunft soll die Lernfabrik als schlüsselfertiges Gesamtsystem angeboten werden.


Blick auf die Anlage der Lernfabrik mit Handarbeitsplatz, Transportsystem des Werkzeugträgers und Bearbeitungszentrum mit Roboter
Bild: Feintechnikschule Schwenningen

Um Absolventen für die digitale Zukunft zu qualifizieren und am praktischen Beispiel auf Industrie 4.0 vorzubereiten, hat eine zwölfköpfige Projektgruppe an der FTS mit einer Web Factory eine vollständig automatisierte Lernfabrik inklusive eines darauf abgestimmten Lehrkonzeptes entwickelt. In diesem Rahmen wurde mit fünf Unternehmen aus der Region eine enge Kooperation eingegangen. Die Firmen Asstec, Gewatec, Imsimity, Müga Werkzeugmaschinen und Stein-Automation waren von Beginn an in der Projektgruppe aktiv, haben Maschinen und Anlagen sowie die Software zur Verfügung gestellt und arbeiten ständig an der Weiterentwicklung der Lernfabrik mit.

Reale Produktionsbedingungen

Die Lernfabrik setzt nicht auf Demonstrations- oder Labormodelle, sondern nutzt echte Industriekomponenten, die vollautomatisch und individuell konkrete Produkte fertigen. Als Produkte stehen vier Schlüsselanhänger aus Aluminium (Flaschenöffner, Anhänger, Signalpfeife und LED-Taschenlampe) zur Auswahl. Ein Kunde geht zur Bestellung mit seinem Smartphone, Tablet oder PC per QR-Code oder URL auf die Website, wählt einen der Anhänger aus und gibt eine individuelle Gravur ein. Über die Anbindung des Webclient an das ERP-System werden die Daten an die Anlage übermittelt. Zudem werden automatisch im Produktionsleitsystem Stammdaten wie Kundeninformation, Auftrag oder Produktionsauftrag angelegt, das zugehörige CNC-Programm geladen, das Gravierprogramm generiert und die Daten direkt an die Maschine übertragen. Danach erhält die Anlage vom System das Startsignal und der gesamte Fertigungsprozess wird angestoßen. Der Kunde kann die Fertigung des eigenen Schlüsselanhängers dabei per Webcam verfolgen.

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Intelligentes Assistenzsystem

Im Prozess wird der Rohling durch einen Werker entnommen, der ihn in den Werkstückträger einlegt. Unterstützt wird der Werker durch ein intelligentes Assistenzsystem, bei dem Informationen direkt auf die Tischplatte oder auf eine Augmented-Reality-Brille eingeblendet werden. Ein integriertes Bildverarbeitungsprogramm überwacht die Tätigkeit des Werkers. Das Transportsystem bringt den Rohling dann an das Portal des Bearbeitungszentrums. Der Roboter entnimmt das Werkstück, setzt es in die Spindel ein, wendet es für die beidseitige Bearbeitung und legt das fertige Teil auf den Träger zurück. Der Schlüsselanhänger kommt zum Werker zurück, wird montiert, verpackt und mit dem passend ausgedruckten Adressaufkleber versehen und versandt. Lieferschein und Rechnung werden automatisch erstellt und per E-Mail zugesandt. Parallel unterstützen Softwaremodule der Gewatec-ERP-Lösung die Fertigung. So werden z.B. im Produktionsmittel-Management-System (PMS) Produktionsmittel und deren Komponenten und Ersatzteile verwaltet und überwacht. Wartungspläne mit unterschiedlichen Fälligkeiten können den einzelnen Produktionsmitteln zugewiesen und abgearbeitet werden. Über 'Grips', ein produkt- und prozessorientiertes Qualitätsmanagement-System zur Überwachung der Fertigungsprozesse, werden Prüfaufträge bei Auftragsanmeldung automatisch generiert. Dadurch kann die Produktqualität später ausgewertet und belegt werden. Und das MDE/BDE-System ProVis visualisiert u.a. die Auftragsdaten, Stückzahlen und Auslastung der Anlage.

Erste Ausbaustufe erreicht

Die Lernfabrik an der FTS hat jetzt die erste Ausbaustufe erreicht. Dabei wurden folgende Industrie-4.0-Aspekte realisiert:

• Verwendung von cyber-physischen Systemen (CPS)

• individualisiertes Produkt

• Produktgedächtnis während der Fertigung mittels RFID-Chip

• Variantenfertigung ab Losgröße 1

• TCP/IP-Steuerung und Netzzugriff auf alle Komponenten

• Handarbeitsplatz mit intelligentem Assistenzsystem

• Virtuelle Darstellung der Anlage

Zusätzliche Eigenschaften sind in konkreter Planung oder bereits in der Umsetzung. Eine davon ist die dezentrale Selbststeuerung des Werkstückes durch die Fertigung. Ein Auftrag wird dann als eine Art eigenständiges Objekt programmiert und alle Steuerungen gehen von diesem Auftrag aus. Andere geplante Erweiterungen sind z.B. eine kameraunterstützte Qualitätskontrolle oder der Einsatz eines kollaborierenden Roboters.

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Virtuelle Darstellung der Anlage

Die virtuelle Darstellung der Anlage erfolgt im sogenannten Cyber Classroom. Das didaktische Konzept variiert den Unterricht zu Industrie-4.0-Themen auf verschiedenen Leistungsniveaus, sodass alle Schüler entsprechend die praktische Seite in der Lernfabrik erfahren. Als Vorbereitung auf die Lernfabrik können sie mittels 3D-fähigem digitalen Zwilling der Anlage ausgewählte Bereiche bzw. Themen bereits kennenlernen und erkunden. Diese Lernmodule werden mit 3D-Brillen und Beamern oder auf Bildschirmen im Klassenraum vom Schüler interaktiv dargestellt.

Schlüsselfertiges Gesamtsystem

Weil der Aufbau der Lernfabrik auch an Ausbildungseinrichtungen in der Nachbarschaft großes Interesse hervorgerufen hat, wollen die beteiligten Firmen die Industrielle Lernfabrik 4.0 im Rahmen eines Konsortiums als funktionsfähiges Gesamtsystem anbieten. Sie soll nach gemeinsamer Konzepterstellung mit der jeweiligen Bildungseinrichtung angeliefert, installiert und in betriebsfertigem Zustand übergeben werden. Grundlage dazu ist die erprobte Zusammenarbeit an der Pilotanlage der FTS. Je nach Bedarf sind die dort erarbeiteten Produkte und Konzepte im Leistungsumfang enthalten. So wurde mit der neuen Lernfabrik eine Plattform geschaffen, um Ansätze und Visionen von Industrie 4.0 bereits heute in der Ausbildungspraxis präsentieren zu können. Zugleich haben die unterstützenden Unternehmen demonstriert, wozu regionale mittelständische Firmen in Sachen Industrie 4.0 bereits heute in der Lage sind.

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