Die Lernfabrik „Industrie 4.0“

Ein Cyber-Physisches-System für ein individualisiertes und kompetenzorientiertes Lernen

ANFORDERUNGEN

Basis von neu­en Pro­duk­ti­ons­pro­zes­sen wer­den soge­nann­te Cyber­Phy­si­sche Sys­te­me (CPS) sein. Das sind kom­ple­xe Pro­duk­ti­ons-Sys­te­me, die sich durch einen hohen Ver­net­zungs­grad sowie intel­li­gen­te, dezen­tra­le Steue­run­gen auszeichnen.

Der Ver­bund aus soft­ware- und hard­ware­tech­ni­schen Kom­po­nen­ten, die eine Viel­zahl von Pro­duk­ti­ons­da­ten ver­ar­bei­ten und spei­chern, bie­tet nicht nur tech­ni­sche Mög­lich­kei­ten, son­dern auch neue Geschäfts­mo­del­le. Kun­den­spe­zi­fi­sche Fer­ti­gung (Los­grö­ße 1), vor­aus­schau­en­de Instand­hal­tung oder eine opti­mier­te Pro­duk­ti­ons­lo­gik sind nur eini­ge Beispiele.

Waren Sen­so­ren und Steue­run­gen bis­her auch schon über Feld­bus­sys­te­me gekop­pelt (hori­zon­ta­le Ver­net­zung), so bie­ten Cyber-Phy­si­sche Sys­te­me nun einen durch­gän­gi­gen Daten­aus­tausch bis in die betriebs­wirt­schaft­li­che Ebe­ne von Unter­neh­men (ver­ti­ka­le Ver­net­zung).(…) Ein Sys­tem, an dem die Ler­nen­den Auf­ga­ben in ver­schie­de­nen Anfor­de­rungs­be­rei­chen selbst­stän­dig bear­bei­ten kön­nen, ist dem rei­nen Demons­tra­ti­ons­zweck in jedem Fall vorzuziehen.

Zitat aus „Hin­wei­se zur Lehr­mit­tel­aus­stat­tung im Zuge des För­der­pro­gramms Indus­trie 4.0“ vom IBS (Staats­in­sti­tut für Schul­qua­li­tät und Bil­dungs­for­schung Mün­chen), https://​www​.isb​.bay​ern​.de/​d​o​w​n​l​o​a​d​/​1​9​4​3​1​/​a​n​l​a​g​e​_​h​i​n​w​e​i​s​e​_​l​e​h​r​m​i​t​t​e​l​a​u​s​s​t​a​t​t​u​n​g​_​i​_​4​.​0​_​2​0​1​7​0​4​2​7​.​pdf

Neue Wege der industriellen Produktion fordern ein Umdenken hinsichtlich der Ausstattung in der Aus- und Weiterbildung

Topik Didak­tik bie­tet ein modu­la­res Aus­bil­dungs­sys­tem an, das aus ein­zel­nen CPS­Mo­du­len besteht, auf dem in der Regel zwei auf­ein­an­der abge­stimm­te Anwen­dungs­ap­pli­ka­tio­nen instal­liert sind. (z.B. zwei Appli­ka­tio­nen der „Behäl­ter­mon­ta­ge ” wie Deckel mon­tie­ren und Ver­schluss­bol­zen ein­pres­sen) So kön­nen schon bei der Anschaf­fung eines CPS-Moduls sowohl die ers­ten Schrit­te der Pro­gram­mie­rung einer SPS, die auto­ma­ti­sche Zusam­men­ar­beit zwei­er Mon­ta­ge­ste­cken, als auch die Kom­mu­ni­ka­ti­on in der MES-Ebe­ne zur Steue­rung und Über­wa­chung der Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se trai­niert werden.

Die folgenden Lerninhalte werden an unseren Anlagen trainiert:

  • SPS Pro­gramm für ein Anla­gen­mo­dul erstel­len, doku­men­tie­ren und testen
  • Feld­bus­sys­te­me einbinden
  • RFID-Kom­mu­ni­ka­ti­on pro­gram­mie­ren und realisieren
  • Ein­zel­ne CPS-Modu­le in Betrieb nehmen
  • Das SPS-Pro­gramm einer Auf­trags­be­ar­bei­tung (ERP) ent­wi­ckeln und realisieren
  • Eine Leit­stand­soft­ware (MES) für die Steue­rung meh­re­rer CPS-Modu­le ent­wi­ckeln und testen
  • Gesamt­an­la­ge und SPS-Modu­le visualisieren
  • Bedie­nen und Beob­ach­ten eines CPS-Moduls via Note­book oder Smartphone
  • SPS Pro­gramm für ein Anla­gen­mo­dul erstel­len, doku­men­tie­ren und testen
  • Feld­bus­sys­te­me einbinden
  • RFID-Kom­mu­ni­ka­ti­on pro­gram­mie­ren und realisieren
  • Ein­zel­ne CPS-Modu­le in Betrieb nehmen
  • Das SPS-Pro­gramm einer Auf­trags­be­ar­bei­tung (ERP) ent­wi­ckeln und realisieren
  • Eine Leit­stand­soft­ware (MES) für die Steue­rung meh­re­rer CPS-Modu­le ent­wi­ckeln und testen
  • Gesamt­an­la­ge und SPS-Modu­le visualisieren
  • Bedie­nen und Beob­ach­ten eines CPS-Moduls via Note­book oder Smartphone

Der Grund­typ eines CPS-Moduls besteht aus einem fahr­ba­ren Rah­men aus Al-Pro­fi­len, auf denen zwei unab­hän­gig von­ein­an­der betrie­be­ne Appli­ka­tio­nen (z.B. Mon­ta­ge 1 und Mon­ta­ge 2) ein­ge­setzt wer­den. Für jede Appli­ka­ti­on ist eine SPS-Steue­rung, ein 4‑facher IO-Link Mas­ter, zwei RFID Schreib-Lese­köp­fe, ein Bedien­pult und ein WLAN-Acces­s­point sowie je zwei SUB‑D Schnitt­stel­len 25-polig und zwei SUB‑D Schnitt­stel­len 9‑polig nach Topik Stan­dard vor­han­den. So kann jedes Modul ein­zeln für bis zu 4 Aus­zu­bil­den­de, die in zwei Grup­pen auf­ge­teilt sind, ein­ge­setzt werden.

Ange­fan­gen mit den ers­ten Schrit­ten der SPS-Pro­gram­mie­rung (z.B. För­der­band im Tipp­be­trieb) bis zur Pro­gram­mie­rung und Visua­li­sie­rung eines kom­plet­ten CPS-Moduls, sowie zur Erstel­lung von dyna­mi­schen Web­sei­ten zur Bedie­nung des CPS-Moduls mit­tels Note­book oder Smart­pho­ne, muss die Hard­ware nicht umge­baut oder ergänzt wer­den, weil von Anfang an alle benö­tig­ten tech­ni­schen Kom­po­nen­ten grund­sätz­lich instal­liert und ver­füg­bar sind.

Haben bei­de Aus­bil­dungs-Grup­pen die Grund­la­gen der SPS-Pro­gram­mie­rung erar­bei­tet, kann eine Steue­rungs­auf­ga­be bear­bei­tet wer­den, in der bei­de Appli­ka­tio­nen ein­ge­setzt wer­den. Durch das Anbrin­gen einer zusätz­li­chen 180°-Kurve kann so ein voll­stän­di­ges Palet­ten-Umlauf­sys­tem rea­li­siert werden.

Eine Lern­fa­brik 4.0 besteht bei uns aus der Kom­bi­na­ti­on meh­re­rer CPS-Modu­le, die durch eine Pro­duk­ti­ons­steue­rung (ERP) und eine Auf­trags­be­ar­bei­tung (MES) zu einer Smart Fac­to­ry wer­den. In der nach­fol­gen­den Abbil­dung wer­den 3 unter­schied­li­che Fer­ti­gun­gen (Behäl­ter­mon­ta­ge, PKW-Mon­ta­ge und das Fül­len und Ver­schlie­ßen von Fla­schen) rea­li­siert, an der gleich­zei­tig bis zu 14 Schü­ler oder Stu­den­ten ler­nen und trai­nie­ren können.

CPS 1 – Logistikzentrum – 4 Lagertürme, 1 Lift mit Pneumatikachse

TD 9883

Das Lager besteht aus 4 Lager­tür­men mit je 4 Lager­plät­zen und einem Palet­ten­lift mit einem Kurz­band. Der Lift wird auf einer pneu­ma­ti­schen Ach­se um ca. 200 mm in X‑Richtung bewegt. Zwei För­der­bän­der ermög­li­chen das Ein- und Aus­la­gern von Palet­ten. Ein­ge­la­gert wer­den lee­re oder bela­de­ne Palet­ten aller Palet­ten­ty­pen. Die Palet­ten wer­den an zwei Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und bei Bedarf aus­ge­le­sen bzw. beschrieben.

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=480mm
  • 2 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Palet­ten­lift mit Kurz­band 2 x 24V Getrie­be­mo­tor, Bedien­pult mit Not-Aus
  • 1 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 4 x Lager­turm 4 Ebenen
  • 4 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 1 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 2 – Behälterbau 1 – Zwei Automaten für Behälter und Deckel

TD 9884

Das Mon­ta­ge­sys­tem besteht aus zwei Mon­ta­ge­sta­tio­nen, einem Mon­ta­ge­au­to­ma­ten für je 6 schwar­ze oder weis­se Behäl­ter-Unter­tei­le und einem fast bau­glei­chen Auto­ma­ten für je 6 schwar­ze oder weis­se Behäl­ter- Deckel. Zwei För­der­bän­der und zwei Trans­fer­kno­ten und eine aus­sen ange­flansch­te 180° Kur­ve bil­den das erfor­der­li­che Trans­fer­sys­tem. Das Sys­tem wird mit Palet­ten für Behäl­ter und Six­pack betrie­ben. Die Sie wer­den an 4 Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und am Anfang des För­der­ban­des aus­ge­le­sen (Fer­ti­gungs­auf­trag). Nach erfolg­tem Fer­ti­gungs­vor­gang wird eine Fer­ti­gungs­quit­tung in einen wei­te­ren Daten­trä­ger des För­der­ban­des geschrieben.

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=900mm
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 4 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Transferknoten
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 2 x Bedien­pult mit Not-Aus
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Ver­ein­zeln von Behältern
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Mon­tie­ren von Behälterdeckeln
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 2 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 3 – Behälterbau 2 – Automat für Bolzenmontage, Prüfstation, Handling

TD 9885

Zwei För­der­bän­der und zwei Trans­fer­kno­ten sowie eine aus­sen ange­flansch­te 180° Kur­ve bil­den das erfor­der­li­che Trans­fer­sys­tem. Auf dem ers­ten För­der­band ist als 3. Mon­ta­ge­sta­ti­on ein Mon­ta­ge-Dop­pel­au­to­mat für je 6 Mon­ta­ge­bol­zen aus rotem Kunst­stof oder Alu­mi­ni­um ange­bracht. Auf dem zwei­ten För­der­band befin­den sich eine Prüf­sta­ti­on und ein Hand­ha­bungs­au­to­mat. Das Sys­tem wird mit Palet­ten für Behäl­ter und Six­pack betrie­ben. Sie wer­den an 4 Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und am Anfang des För­der­ban­des aus­ge­le­sen (Fer­ti­gungs­auf­trag). Nach erfolg­tem Fer­ti­gungs­vor­gang wird eine Fer­ti­gungs­quit­tung in einen wei­te­ren Daten­trä­ger des För­der­ban­des geschrie­ben. Die mon­tier­ten Behäl­ter weden geprüft und mit dem Hand­ling sor­tiert ausgelagert.

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=900mm
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 4 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Transferknoten
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 2 x Bedien­pult mit Not-Aus
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Ein­pres­sen von Montagebolzen
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Prü­fen mon­tier­ter Behälter
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 2 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 4 – Flaschenabfüllung – Flaschenfüllautomat und Deckelmontageautomat

TD 9886

Das Mon­ta­ge­sys­tem besteht aus zwei Sta­tio­nen, einem Auto­ma­ten für das Fül­len von 6 Fla­schen mit zwei Füll­stän­den wahl­wei­se 5ml oder 10 ml. Der Füll­stand wird mit­tels Ultra­schall­sen­so­ren erfasst und aus­ge­wer­tet. Bei kor­rek­tem Füll­stand fährt die Palet­te zu dem Auto­ma­ten zum Mon­tie­ren von Deckeln auf die Fla­schen. Zwei För­der­bän­der und zwei Trans­fer­kno­ten sowie eine von aus­sen ange­flansch­te 180° Kur­ve bil­den das erfor­der­li­che Trans­fer­sys­tem. Das Sys­tem wird mit Palet­ten für Behäl­ter und Six­pack betrie­ben. Sie wer­den an vier Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und bei Bedarf aus­ge­le­sen (Fer­ti­gungs­auf­trag) bzw. beschrie­ben (Fer­ti­gungs­quit­tung).

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=900mm
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 4 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Transferknoten
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 2 x Bedien­pult mit Not-Aus
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Befül­len von Fla­schen und Prü­fen des Füllstandes
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Ver­schlie­ßen von Flaschen
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 2 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 5 – PKW-Montage 1 – Karosseriemontage, Prüfstation

TD 9887

Das Mon­ta­ge­sys­tem besteht aus einem Mon­ta­ge­au­to­ma­ten für Karos­se­rien der VW-Käfer Modell­au­tos und einer Prüf­sta­ti­on für das Prü­fen des Motor­typs und der Karos­se­riefar­be. Die Karos­se­rie wird in die Mon­ta­ge­sta­ti­on trans­por­tiert, ange­ho­ben und die lee­re Palet­te fährt zurück zum Logis­tik­zen­trum. Es folgt eine Palet­te, die mit einem mit einem Motor bestück­ten Fahr­ge­stell bela­den ist. Die Karos­se­rie wird auf das Fahr­ge­stell abge­senkt und mit dem Fahr­ge­stell ver­bun­den. Die Karos­se­rie wird ange­ho­ben und es wird geprüft ob das Fahr­ge­stell mit ange­ho­ben wird. Die mon­tier­te Palet­te wird in die nach­fol­gen­de Prüf­sta­ti­on gefah­ren. Es wird nun die Karos­se­riefar­be und der Motor­typ erfasst und püber­prüft. Die Palet­ten wer­den an 4 Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und bei Bedarf aus­ge­le­sen (Fer­ti­gungs­auf­trag) bzw. beschrie­ben (Fer­ti­gungs­quit­tung).

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=900mm
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 4 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Transferknoten
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 2 x Bedien­pult mit Not-Aus
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Mon­tie­ren der PKW-Karosserie
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Erken­nen von Motor­typ und Karosseriefarbe
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 2 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 6 – PKW-Montage 2 – Motormontage und Motorlager

TD 9888

Zwei För­der­bän­der und zwei Trans­fer­kno­ten sowie eine aus­sen ange­flansch­te 180° Kur­ve bil­den das erfor­der­li­che Trans­fer­sys­tem. Ein Moto­ren­la­ger mit 3 Lage­r­ebe­nen und einem drei­ach­si­gen Be- und Ent­la­de­au­to­ma­ten wird als Lager und als Mon­ta­ge­sta­ti­on für die Bestü­ckung der Fahr­ge­stel­le mit ver­schie­de­nen Motor­ty­pen ein­ge­setzt. Die Palet­ten wer­den an 4 Stel­len von RFID Schreib-Lese­köp­fen erfasst und bei Bedarf aus­ge­le­sen (Fer­ti­gungs­auf­trag) bzw. beschrie­ben (Fer­ti­gungs­quit­tung).

  • Labor­wa­gen mit 4 Fest­stell­rol­len, B=600mm, L=1200mm, H=850mm
  • 2 För­der­bän­der 24V Getrie­be­mo­tor, L=900mm
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 2 x RFID Schreib-Lese­kopf IO-Link
  • 2 x Transferknoten
  • 2 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 9‑polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Bedien­pult mit Not-Aus
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Mon­tie­ren und Lagern der PKW-Motoren
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig für SPS-Betrieb
  • 1 x Auto­mat zum Erken­nen von Motor­typ und Karosseriefarbe
  • 1 x Sys­tem­ste­cker SUB‑D 25-polig
  • 1 x Hal­te­rung für Steue­rung und Kommunikation

CPS 7 – PKW-Montage 3 – Motorenherstellung im 3D-Druck

TD 9889
  • 3D-Dru­cker, Typ geschlos­sen mit Hei­zung, didak­tisch aufbereitet

Winkel für Kurvenanbau

TD 9892
  • Hal­te­rung für den näch­träg­li­chen Anbau einer Kur­ve an 2 Förderbänder

Satz Digitaler Zwilling (für 6 CPS-Module)

TD 2040
  • Vir­tu­el­le Nach­bil­dung der tat­säch­lich vor­han­de­nen Technik
  • Anschluss an rea­le oder vir­tu­el­le SPS per Pro­fi­net (TIA-Por­tal 16)
  • Vir­tu­el­le Inbetriebnahme

Modu­le:

  • Logis­tik­zen­trum
  • Behäl­ter­bau 1
  • Behäl­ter­bau 2
  • Fla­schen­ab­fül­lung
  • PKW-Mon­ta­ge 1
  • PKW-Mon­ta­ge 2

Webshop mit Datenbank

TD 2042
  • Erfas­sung der Kundendaten
  • Prä­sen­ta­ti­on der Produkte
  • Aus­wahl von Pro­dukt und Bestellmenge
  • Auf­trags­an­nah­me
  • Erstel­len von Lie­fer­schein und Rechnung
  • Mit­tei­lung von Lieferterminen