„Die Arbeitswelt von morgen trifft auf das Lernen von morgen“
Das Industrie 4.0_LAB an der Carl Benz Schule Koblenz zeigt ab 2020 wie ein gelungener Einstieg in das spannende Thema „Industrie 4.0“ im schulischen und betrieblichen Umfeld gelingt.
Wie wäre es, wenn ein Schüler[1] der Höheren Berufsfachschule einen eigenen Entwurf für eine optimalere Roboter-Armbewegung in der Automatisierungsstraße entwickeln möchte und dabei auf eine digitale Online-Wissensdatenbank zurückgreifen kann? Diese Informationsquelle wurde von anderen Lernenden, beispielsweise Fachschülern für Technik oder Berufsschülern (Beispielsweise Elektroniker für Betriebstechnik) oder auch Mitschülern der eigenen Klasse schon mit technischen Inhalten und Tipps zur Vorgehensweise befüllt.
Passende Erklär-Videos helfen dem Lernenden ebenso: Sie wurden von Lehrern, Ausbildern und Schülern gemeinsam erstellt und in einem Lernmanagement-System der neuesten Generation[2] online zur Verfügung gestellt. Ein orts- und zeitunabhängiger Zugriff auf alle Daten (Sensorwerte, Aufträge, Erklärvideos, Unterlagen, Wissensdatenbank) ist daher stets in optimaler Bandbreite möglich.
Für den oben beschriebenen Auftrag könnte ein ergänzendes Industrie 4.0 Dashboard[3] für alle Sensordaten nützlich sein. Dieses und eine entsprechende App dazu können Fachinformatiker mit der Fachrichtung „Anwendungsentwicklung“ oder „Digitale Vernetzung“ (Neue Fachrichtung in den IT-Berufen ab Sommer 2020) sowie Schüler im Leistungskurs „Technische Informatik“ am beruflichen Gymnasium entwickeln. Ebenso weitere Software-Produkte, die den Manufacturing Execution System (MES) -Ablauf in der smarten Fabrik unterstützen oder aufgreifen. Andere Schwerpunkte wie IT-Security oder Vernetzung digitaler Produktionssysteme können ebenso von anderen IT-Fachrichtungen bearbeitet werden.
Mit Hilfe von Augmented- und Mixed-Reality[4] kann der Lernende die Roboter-Armbewegung testen, um dann bei erfolgreicher Umsetzung in den Produktivbetrieb überzugehen.
So stellen wir als Carl Benz Schule Koblenz uns einen Kompetenzerwerb in Zeiten des Digitalpakts vor: vernetzt, Lernort-kooperativ, digital-gestützt, Berufs- und Schulformübergreifend, kreativ und innovativ: Willkommen im Industrie 4.0_Lab!
Teil der CBS_LABS
Das Industrie 4.0_LAB ist Teil der CBS_LABS. Diese sind eine Auswahl von Makerspaces[5] / Laboren, die verschiedene Aspekte digital gestützten, handlungsorientierten Lehrens und Lernens fördern.
Die im Medienkonzept der CBS Koblenz beschriebenen Kompetenzen des 21.ten Jahrhunderts (Kreativität, Kollaboration, Kommunikation, kritisches Denken) können in diesen Laboren besonders gefördert und in Projekten und Fortbildungen trainiert werden. Weiterhin werden aktuelle Technologien und Methoden („Internet of Things[6], IoT“, „Robotik“, „Künstliche Intelligenz, KI“, Design Thinking, Flipped Learning, Industrie 4.0) erlernt und trainiert.
Die Labore ermöglichen die Kooperation mit externen schulischen Partnern, Partnern der Dualen Ausbildung und Ausbildern. Sie dienen weiterhin der Fortbildung von Lehrern aller Schulstufen und den Partnern der Dualen Ausbildung.
Die Labore sind eingebunden in die schulinterne Fortbildung, Aktivitäten des PL[7], der MINT Region Koblenz und anderer Partner, wie z.B. Ausbildungsbetriebe, Netzwerk SchuleWirtschaft etc.
Die Ausstattung im Industrie 4.0_LAB: digitale Lernfabrik 4.0 / connectedFACTORY
Das Industrie 4.0_LAB der CBS Koblenz wird von der Firma ETS Didactic GmbH[8] konzipiert und vertrieben. Diese Entscheidung fiel in Absprache mit dem Schulträger, da ETS in ihrer Konzeption der digitalen Lernfabrik entscheidende Vorteile in der digitalen Lernumgebung und in der didaktischen Konzeption gegenüber anderen Anbietern (z.B. Festo) hat[9].
Die digitale Lernfabrik 4.0 bzw. connectedFACTORY CPS-i40 wurde für Ausbildungs- und Trainingszwecke im Bereich automatisierte und digitale Produktion entwickelt. Die Qualifizierung von angehenden Facharbeitern, wie auch die Fortbildung von erfahrenem Personal für die Anforderungen des Arbeitsmarktes von morgen standen und stehen dabei im Fokus.
Das neue Ausbildungskonzept connectedFACTORY CPS-i40 ist modular und besteht aus einzelnen Stationen, Cyber-Physical-Systems, die miteinander kombiniert, vernetzt und von Produktionssegmenten zu Anlagen erweitert werden können. Die Lernsituationen sind beliebig skalierbar. Jede Einzelstation ist in sich autark funktionsfähig und intelligent.
Im Vordergrund steht die „Connectivity“ – also die Integrierbarkeit bzw. die Kommunikation mit anderen Stationen, SUB-Systemen und Produktionseinrichtungen. Jegliche Produktionsschritte werden erfasst und protokolliert. Die anfallenden Daten stehen zur Auswertung, Weiterverarbeitung und Produktionsoptimierung auch für übergeordnete Softwaresysteme z. B. MES, SAP oder selbstprogrammierte Webshops zur Verfügung.
Die Ausbildung und das Training kann auf die jeweiligen Lerninhalte der verschiedenen Fachbereiche ausgerichtet werden. Von Grundlagenthemen, wie beispielweise der SPS[10]-Programmierung, der Vernetzung von Systemen, der Sensorik, der Antriebstechnik bis hin zu Kommunikationstechnik via ProfiNet[11] oder Ethernet[12], RFID[13], OPC-UA[14], MQTT[15], Cloud-Anwendungen, Docker[16] oder Handhabungs-systemen/Robotik ist alles umsetzbar.
Mixed-Reality und 3D/VR Anwendungen sind ebenso im Trainingskonzept implementiert.
Ausgerichtet auf die Zielgruppe und die zu qualifizierenden Themen wird die Lernsituation in Abstimmung mit den jeweiligen Lehrplänen angepasst und bereitgestellt.
[1] Aus Gründen der Lesbarkeit wurde im Text die männliche Form gewählt, nichtsdestoweniger beziehen sich die Angaben auf Angehörige aller Geschlechter.
[2] Moodle, angereichert mit eigen erstellten, KI-basierten Modulen
[3] Digitales Anzeigesystem
[4] Beispielsweise mit dem iPad oder der Microsoft HoloLens2
[5] Makerspace: Eine laborartige Lehr- / Lernumgebung
[6] Das „Internet der Dinge“: Ein System aus vielen Mikrocontrollern, die beispielsweise Sensordaten ins Internet speichern können.
[7] Pädagogisches Landesinstitut
[9] https://www.youtube.com/watch?v=-WW4Sn5SV7o
[10] Speicherprogrammierbare Steuerung
[11] Ein offener Netzwerk-Standard in der Industrie
[12] Eine Familie von Netzwerktechniken, die vorwiegend in lokalen Computer-Netzwerken eingesetzt wird
[13] Radio-frequency identification: Technologie für Sender-Empfänger-Systeme zum automatischen und berührungslosen Identifizieren und Lokalisieren von Objekten und Lebewesen mit Radiowellen
[14] Open Platform Communications Unified Architecture: eine Sammlung von Standards für die Kommunikation und den Datenaustausch im Umfeld der Industrieautomation
[15] Message Queuing Telemetry Transport: ein offenes Nachrichtenprotokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation
[16] Eine freie Software zur Isolierung von Anwendungen mit Containervirtualisierung