Web-Factory in Villingen-Schwenningen

Laut der VDE-Tec-Studie 2017 gibt es bereits heute Engpässe beim Nachwuchs von Elektroingenieuren und IT-Experten. Für die Zukunft rechnen nur neun Prozent der Unternehmen damit, ihren Bedarf an digitalen Fachleuten decken zu können. Um dieser Entwicklung vorzubeugen gilt es, das Bewusstsein und eine gewisse Begeisterung für die Digitalisierung, I4.0 und IoT zu wecken.

Ein Roboter am Portal des Bearbeitungszentrums entnimmt den Rohling vom Werkzeugtr?ger und setzt ihn in das Spannfutter ein bzw. wendet ihn für beidseitige Bearbeitung. (Bild: Feintechnikschule Schwenningen)

Um bei jungen Menschen Begeisterung auszulösen und sie vor allem so gut wie möglich auf die neue Arbeitswelt vorzubereiten, wurde in der Feintechnikschule in VS-Schwenningen (FTS) die sogenannte Web-Factory gestartet. Die Feintechnikschule kommt aus der Tradition der Schwarzwälder Uhrenindustrie.Insgesamt 650 Schüler werden dort ausgebildet.

Projektgruppe entwirft Vision

“Mit den Schwerpunkten Feinmechanik, Elektronik und Informationstechnik ist die FTS prädestiniert für eine Erweiterung der Kompetenzen in Richtung Industrie 4.0 und Internet der Dinge”, sagt Schulleiter Thomas Ettwein. Um die Absolventen für die digitale Zukunft zu qualifizieren und sie auch praktisch vorzubereiten, entwickelte eine Projektgruppe eine vollständig automatisierte Lernfabrik, inklusive eines darauf abgestimmten Lehrkonzeptes – die Web-Factory. Die finanzielle Basis kommt dabei vom Schwarzwald-Baar-Kreis. Firmen aus der Region bieten ebenfalls finanzielle Unterstützung sowie das technische Know-how. Sie können ihre Mitarbeiter zudem aus erster Hand digital fortbilden. Das Konzept sieht darüber hinaus Weiterbildungsangebote für kleine und mittelständische Unternehmen vor. Für die Koordination der Lernfabrik sind die beiden technischen Lehrer Jürgen Kubas und Frank Storz verantwortlich. Mit den Unternehmen Asstec Assembly Technology (Rottweil), Gewatec (Wehingen), Imsimity (St. Georgen), Müga Werkzeugmaschinen (VS-Schwenningen) und Stein-Automation (VS-Schwenningen)wurde eine besonders enge Kooperation eingegangen. Sie 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.

Unter realen Bedingungen

Die Lernfabrik setzt auf Industriekomponenten, die automatisch und individuell konkrete Produkte fertigen. Als Produkte stehen vier Schlüsselanhänger aus Aluminium (Flaschenöffner, Anhänger, Signalpfeife und LED-Taschenlampe) zur Auswahl. Der Kunde geht zur Bestellung mit seinem Smartphone, Tablet oder PC per QR-Code oder URL auf die Website, gibt seine persönlichen Daten an, wählt einen Schlüsselanhänger aus und gibt die Gravur ein. Über die Anbindung des Webclient an das ERP-System werden die Daten an die Anlage übermittelt und im Produktionsleitsystem (MES/ERP) automatisch die Stammdaten angelegt. Das zugehörige CNC-Programm wird geladen, das Gravierprogramm generiert und die Daten an die Maschine übertragen. Im Anschluss erhält die Anlage das Startsignal und der Fertigungsprozess wird angestoßen. Der Kunde kann die Fertigung des eigenen Schlüsselanhängers per Webcam verfolgen. Momentan wird der Rohling durch einen Werker entnommen, der ihn in den Werkstückträger (WT) einlegt. Unterstützt wird er durch ein Assistenzsystem, bei dem Informationen direkt auf die Tischplatte oder auf eine Augmented-Reality-Datenbrille eingeblendet werden. Durch ein integriertes Bildverarbeitungsprogramm wird die Tätigkeit des Werkers überwacht. 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 WT zurück. Der Schlüsselanhänger kommt zum Werker zurück, wird montiert, verpackt und mit einem automatisch ausgedruckten Adressaufkleber versehen und versandt. Lieferschein und Rechnung werden automatisch erstellt und per Email zugesandt. Die Lernfabrik an der FTS hat jetzt die erste Ausbaustufe erreicht. Erweiterungen um zusätzliche I4.0-Merkmale sind in konkreter Planung oder werden bereits umgesetzt. Koordinator Frank Storz: “Ein wichtiges I4.0-Merkmal wird jetzt mit der dezentralen Selbststeuerung des Werkstückes durch die Fertigung umgesetzt. Ein Auftrag wird dann als eine Art eigenständiges Objekt programmiert und alle Steuerungen gehen von diesem Auftrag aus.” Andere Erweiterungen sollen etwa eine kameraunterstützte Qualitätskontrolle, der Einsatz eines kollaborierenden Roboters und Smart-Grid-Anwendungen sein. Bereits realisiert wurden u.a. die Verwendung von cyberphysischen Systemen, ein individualisiertes Produkt oder ein Produktgedächtnis während der Fertigung mittels eines RFID-Chips.

Cyber-Classroom

Die virtuelle Darstellung der Anlage erfolgt im sogenannten Cyber-Classroom. Das didaktische Konzept variiert den Unterricht zu I4.0-Themen auf verschiedenen Leistungsniveaus, sodass alle Schüler entsprechend ihrem Niveau die praktische Seite in der Lernfabrik erfahren. Als Vorbereitung auf die Lernfabrik können sie mittels interaktiven und 3D-fähigen Lernprogrammen, die digitale Zwillinge der Anlage sind, ausgewählte Bereiche und Themen kennenlernen und erkunden. Diese Lernmodule werden mit 3D-Brillen und Beamern oder auf Bildschirmen von den Schülern interaktiv er- und bearbeitet und münden schließlich in fächerübergreifenden Projektarbeiten.

Schlüsselfertiges Gesamtsystem

Der Aufbau einer Lernfabrik hat auch überregional Interesse hervorgerufen. Daher haben sich die fünf Firmen als Konsortium zusammengeschlossen, um eine industrielle Lernfabrik 4.0 (ILF 4.0) als Gesamtsystem anzubieten. Diese soll nach der Konzepterstellung mit der Bildungseinrichtung übergeben werden.

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