In Reutlingen hat ein Kompetenzverbund von Unternehmen der Region für den Nachwuchs der Fachbereiche Metall, Elektro und IT eine Lehranlage realisiert, die wesentliche Merkmale der Industrie 4.0 (I4.0) erlebbar macht. Seit Ende September 2018 verfügt die Reutlinger Ferdinand-von-Steinbeis-Schule über die „Lernfabrik 4.0“. In dieser Laboranwendung lernt ein Großteil der rund 2.300 Auszubildenden und Schüler der gewerblichen Schule mit technischem Gymnasium die digitalisierten Automatisierungsprozesse der modernen Industrie kennen. Initiiert und wesentlich finanziert wurde dieser Lernort durch den Landkreis Reutlingen als Schulträger.
Was bietet die Anwendung zu Industrie 4.0 dem Nachwuchs der Branche?
Bestandteile der Anlage sind zwei Industrieroboter von Mitsubishi Electric mit unterschiedlichen Kinematiken, die durch ihre Bauweise, Programmierung und Offenheit der Schnittstellen die Anforderungen sowohl des Schulumfelds als auch der industriellen Vernetzung erfüllen.
Die Anwendung stellt eine Produktionslinie für Modellautos dar, die aus vier Montagezellen besteht:
Zelle 1 ist mit einem 6-Achs-Knickarmroboter vom Typ RV-2F-1D1 ausgestattet, welcher zwei Achsen aus der Bauteilebereitstellung entnimmt und den zugeführten Werkstückträger bestückt.
Foto: Mitsubishi Electric Europe B.V. In Zelle 2 greift eine Lineareinheit den Grundkörper und fügt ihn mit den Achsen zusammen.
Foto: Mitsubishi Electric Europe B.V. Zelle 3 beherbergt einen 4-Achs-SCARA-Roboter RH-3FH5515. Dieser nimmt einen Motor aus der Bauteilebereitstellung und fügt ihn auf den Grundkörper.
Foto: Mitsubishi Electric Europe B.V. In Zelle 4 schließlich prüft ein Kamerasystem, ob die Konfiguration korrekt ausgeführt wurde, bevor das Produkt zur Ausgabe freigegeben wird.
Der I4.0-Aspekt und die Besonderheit dieser Lehranlage bestehen darin, dass jedes Auto anders konfiguriert und als Einzelstück produziert wird. Der „Kunde“ stellt sein Wunschauto aus Optionen (Chassisfarbe, Räderbreite, Motorgröße – repräsentiert durch unterschiedliche Elemente des Modellbaukastens) am Handy, Tablet oder PC zusammen und sendet seinen Auftrag direkt an die Anlage, die in Echtzeit mit der Montage der gewünschten Kombination von Bausteinen beginnt.
„Die Schule wollte den Gedanken ‚Industrie 4.0‘ sichtbar und nachvollziehbar abbilden“, sagt Wolfram Zielke, Roboterspezialist bei Mitsubishi Electric. „Abgebildet sind I4.0 sowie das „Internet der Dinge“ (IoT – „Internet of Things“) dann, wenn ich eine modulare Anlage habe, bei der alle Komponenten über das Internet vernetzt und beeinflussbar sind und diese maximal offen, flexibel und erweiterbar ist. Das ist hier in besonders anschaulicher Weise gelungen.“
Demonstration von industrieller Realität im kleinen Format
Auch wenn die Lernfabrik Spielzeuge produziert, entspricht die Anlage in kompakter Form den Applikationen in der produzierenden Industrie, in der die „Losgröße 1“ längst keine Zukunftsmusik mehr ist. Was die Anlage von ihrem industriellen Pendant unterscheidet, ist lediglich, dass zu Lehrzwecken möglichst viele verschiedene Automatisierungskonzepte wie Roboterkinematiken, Lineareinheiten, Pneumatik, Visionsysteme, Steuerungstechnik eingebracht wurden, während das kostenorientierte Engineering in der Industrie die Zielerreichung mit möglichst wenigen Komponenten anstrebt.
Georg Seifriz, stellvertretender Schulleiter der Ferdinand-von-Steinbeis-Schule, über die Robotermodelle von Mitsubishi Electric: „Der kleinste Roboter wiegt lediglich 18 Kilogramm. Das sind sehr kompakte Geräte, die für unser begrenztes Platzangebot optimal sind. Außerdem ist die einfache Programmierung für die Schüler zum Kennenlernen ein toller Einstieg. Dabei handelt es sich um ganz normale Industrieroboter mit voller Funktionalität.“ Er führt außerdem gute Erfahrungen mit der Betreuung durch Mitsubishi Electric an – die Bildungseinrichtung setzt bereits zwei autarke Roboter des Unternehmens im Unterricht ein.
Einfache Programmierung und Inbetriebnahme, intuitive Software
Die Lehrkräfte kennen daher bereits Mitsubishi Electrics Software RT Toolbox 3 zur Erstellung von Roboterprogrammen und zur Planung von Anwendungen. Diese ist beliebig vielen PCs installierbar und ermöglicht die Einbindung von CAD-Daten, um die Umgebung zu simulieren. Hierdurch können mehrere Schüler zeitgleich offline und risikolos Programme ausprobieren und in 3D visualisieren. Dabei handelt es sich nicht um ein didaktisch aufbereitetes Lehrprogramm, sondern um das Standardpaket für die industrielle Anwendung – mit einem wichtigen Einzelaspekt: „Die Software macht Spaß und führt schnell zum Ziel“, sagt Frank Kugler, technischer Lehrer an der Steinbeis-Schule. „Extra motivieren muss ich hierfür niemanden. Wenn wir an und mit der Anlage arbeiten, sind alle voll dabei.“
Gleichermaßen relevant für Lehre wie Industrie ist die einfache Inbetriebnahme der Roboter durch Einstecken einer Optionskarte, wie Profibus, in den Controller oder dem Anschließen von Ventilen für die Greifertechnik. Es entfällt so ein Großteil der manuellen Eingabe von Daten ebenso wie die Durchführung umständlicher Nullpunktfahrten. Auch die Teaching-Box zur Eingabe von Raumpunkten für den Roboter unterstützt eine schnelle Zielerreichung. Ihre intuitive Benutzerführung erleichtert bei umfassender Leistungsfähigkeit sowohl dem Neueinsteiger als auch dem erfahrenen Anwender die Steuerung von Roboterbewegungen und die Ausführung umfangreicher Diagnose- und Überwachungsfunktionen.
Erweiterung der Anlage wäre möglich
Als echte I4.0-Anlage ist die Lernfabrik in Reutlingen alles andere als statisch. „Sie lebt“, sagt Seifriz und schwärmt bereits von geplanten Erweiterungen. „Wir stellen uns eine Lageranbindung mit automatischer Bestückung vor und die Virtualisierung der gesamten Anlage, indem wir ein digitales Spiegelbild (Digital Twin) in der Cloud haben. Dann können wir mit der Anlage auch im Klassenzimmer arbeiten und zum Beispiel Wartungsanwendungen realisieren. So etwas eignet sich für Projekte in der Technikerausbildung.“
Die großen und kleinen Betriebe der Technologieregion um Stuttgart sind auf qualifizierte Nachwuchskräfte angewiesen, und die werden in Reutlingen jetzt noch praxisnaher ausgebildet. Mitsubishi Electric steht die Lernfabrik als Demonstrationsobjekt zur Verfügung, wenn sie in den unterrichtsfreien Zeiten stillsteht. Damit kann das Unternehmen Kunden und Interessenten einen Einblick in die automatisierungstechnischen Möglichkeiten der digitalisierten Zukunft gewähren.
Der Standort dieses Leuchtturmprojekts, das zu einem Netzwerk von insgesamt 16 Lernfabriken im Land Baden-Württemberg gehört, kommt indes nicht von ungefähr. Rund um Reutlingen, eine Großstadt mit knapp 116.000 Einwohnern in der Metropolregion Stuttgart, sind zahlreiche industrielle Großunternehmen angesiedelt. Diese sind in zunehmendem Maße von einem Mangel an Fachkräften betroffen und haben sich mit etwa 80.000 EUR ebenfalls an diesem Projekt zur Förderung des technischen Nachwuchses beteiligt.
Das steuerten die Partner aus der Region zu dem Projekt bei
Mit an der Projektrealisierung beteiligt waren folgende Unternehmen:
Mitsubishi Electric, mit seiner Vertriebsniederlassung in Stuttgart, steuerte zwei Roboter aus seinem Portfolio bei und hat das Vorhaben gemeinsam mit seinen Partnern in der Region gesponsert. Damit konnte im Rahmen des zur Verfügung stehenden Projektbudgets eine realitätsnahe Anlage gebaut werden. Allerdings ging es nicht nur um Bereitstellung von Komponenten und Software, sondern auch um Koordination, das Teilen von Know-how und fortgesetzte Unterstützung. „Mit weltweit mehr als 1.800 in der Ausbildung für Robotik und Mechatronik eingesetzten Robotern sind wir international führend in diesem Bereich“, sagt Zielke. „Allein hier im Umkreis von 50 km haben wir zehn Bildungseinrichtungen, die Roboter von Mitsubishi Electric einsetzen.“ Dies ist vor allem Festo Didactic, ein Unternehmen für technische Bildung aus dem nahegelegenen Esslingen, zu verdanken, der in seinen Lehrinstallationen bevorzugt die Geräte des Regionalpartners einsetzt.
Im Fall der Ferdinand-von-Steinbeis-Schule kam die Zeltwanger Automation GmbH, ebenfalls ein langjähriger lokaler Partner von Mitsubishi Electric, als maschinenbaulicher Generalunternehmer zum Zuge. Der Automatisierungsunternehmen aus Dußlingen entwickelte in enger Zusammenarbeit mit der Schule die aus vier verketteten Automatisierungszellen bestehende Anlage.
Die HSB Automation GmbH aus Reutlingen hat mit dem Liefern von mechanischen Lineareinheiten dazu beigetragen, vielfältige Automatisierungskomponenten in der Anlage darzustellen.
Bei der Vernetzung, Softwareintegration, Kopplung der Zellenmodule und Inbetriebnahme hat die Adiro Automatisierungstechnik GmbH aus Esslingen zur Realisierung der Lernfabrik beigetragen. Das Unternehmen ist ein wichtiger Partner von Mitsubishi Electric im süddeutschen Raum und verfügt über langjährige Erfahrung in den Bereichen Ausbildung, I4.0-Anwendungen und Safety.
Zielke betont denn auch den Wert der von Mitsubishi Electric auf allen Ebenen aktiv gepflegten Partnerschaften und Kooperationsnetze: „Wir sind sehr dankbar, dass wir diesen Kompetenzpool haben. Nur mit einem solchen Verbund aus Unternehmen mit den entsprechenden Fähigkeiten lässt sich eine Lösung wie diese Lernfabrik sinnvoll und professionell erarbeiten.“