VLEFACTORY steht für "Virtual Learning Environment for Smart Factories". In dem europäischen Bildungsprojekt wurden in den vergangenen zwei Jahren Online-Lernmodule zu fortschrittlichen  Industrie 4.0- Produktionsmethoden entwickelt. Die Carl-Benz-Schule aus Gaggenau war hierbei einer der Projektpartner und gestaltete gemeinsam mit der finnischen Berufsschule YSAO aus Iisalmi, der finnischen Fachhochschule Savonia UAS sowie der dänischen Berufsschule Mercantec die interaktiven Lernmodule. Lernende können diese über die Website www.vlefactory.eu aufrufen, individuell und im eigenen Tempo bearbeiten. Die Carl-Benz-Schule konnte hierbei ihr seit 2016 mit der Lernfabrik angesammeltes Expertenwissen zielgerichtet in das Projekt einbringen. Besonders stolz ist die CBS auf den von ihr entwickelten digitalen Zwilling der Wendestation. „Die Lernenden können mit einem digitalen Zwilling ihre programmierten SPS-Programme am PC simulieren, so wie dies auch an der realen Wendestation möglich ist.“, erklärt der CBS-Lehrer Dr. Kilian Krettenauer.

Neben dem digitalen Zwilling und der Funktionsweise verschiedener Smart Factories und deren Applikationen können sich die Lernenden auch zu kollaborierenden Robotern (Cobots), datengestützter Fertigung, Virtual und Augmented Reality, sowie Sensoren und deren Datenauswertung in den Online-Lernmodulen lernen.

„Wir haben als Schule erstmalig an einem solchen europäischen Bildungsprojekt teilgenommen und konnten wertvolle neue Erfahrungen sammeln. In der dänischen Schule, die in der Robotertechnik Expertenwissen vorweist, waren wir bspw. von den dortigen Dobots beeindruckt. Inzwischen setzen wir ebenfalls Dobots in unserem Unterricht ein.“, berichtet Abteilungsleiter der Fachschule Christian Schmid.

Während der Projektlaufzeit fanden ebenfalls drei dreitägige Lernveranstaltungen statt, eine davon auch in Gaggenau. 40 Schülerinnen und Schüler der Projektpartner arbeiteten in gemischten Teams in Workshops zu den Themen der Online-Lernmodule. Des Weiteren war dem Projektteam ebenfalls wichtig, bei den Veranstaltungen auch Betriebsbesichtigungen und kulturelle Elemente wie Museumsbesuche zu inkludieren.

„Es war beeindruckend zu sehen, wie die Schülerinnen und Schüler sich zu Teams formierten, ihre englische Sprachkompetenzen erweiterten und gemeinsam die vorgegebenen Problemstellungen lösten. Diese Kompetenzen sind für die persönliche Weiterentwicklung entscheidend auch vor dem Hintergrund eines sich transformierenden und globalen Arbeitsmarkts“, stellt Schulleiter Dr. Falk Hartmann fest.

Durch die Zusammenarbeit ist weiterhin eine neue Kooperation entstanden. Inzwischen konnten vier Techniker der CBS über die Sommerferien ihre Technikerarbeit an der Fachhochschule Savonia in Kuopio (Finnland) absolvieren. Im Oktober 2023 fand nun das Abschlusstreffen der Projektpartner statt.

 Neben den letzten Abstimmungen zur Formulierung des Abschlussberichts wurde besprochen, die Kooperationen auch in Zukunft fortzuführen. „Wir freuen uns, dass wir mit dem Projekt die Zusammenarbeit mit unseren Partnern weiter vertiefen konnten und haben auch schon die Zeiträume für unsere kommenden Erasmus-Austausche festgehalten und weitere Ideen für gemeinsame Projekte generiert. Wir erhalten durch den europäischen Austausch viele neuem Impulse für unsere Arbeit vor Ort an der Schule.“, so Abteilungsleiter der Berufsschule Benjamin Geibel. 

Bereits im April 2023 war eine Gruppe von sieben deutschen Schülern in Vantaa an der dortigen Berufsschule VARIA. In den zwei Austauschwochen gab es im Rahmen des damaligen Projektes durchaus gute Kontakte mit finnischen Schülerinnen und Schülern. Erfreulicherweise konnten aus dieser Gruppe vier finnische Schüler und Schülerinnen nun auch den Gegenbesuch antreten und vom 16.10. bis 27.10.2023 nach Gaggenau an die CBS kommen. So gab es zunächst ein wunderschönes Wiedersehen mit den bereits angefreundeten finnischen Partnern.

Ein weiterer sehr positiver Aspekt war, dass die Betriebe DaimlerTruck, König-Metall und Getinge der Freistellung der deutschen Schüler für unser Austauschprojekt zustimmten. So konnte fast dieselbe Gruppe wie im April in ein zweites Schulprojekt starten. Dieses bestand wieder aus dem Bau eines Kleinfahrzeuges, diesmal mit Schwerpunkt CAD-Konstruktion in der ersten Austauschwoche sowie Herstellung der Teile per 3-D-Druck in der zweiten Woche. In drei Kleingruppen wurde sehr intensiv gearbeitet und beachtliche Ergebnisse erzielt. Diese konnten am Freitag, den 27.10.2023 bei einem Empfang im Landratsamt, an dem Landrat Prof. Dr. Dusch und Dezernent Mohr anwesend waren, gezeigt werden.

Auch Firmenbesichtigungen bei König-Metall Gaggenau, EnBW Forbach und Getinge Rastatt standen auf dem Programm. Begeistert von der Natur waren unsere Gäste bei einer kleinen Wanderung zum Alten Schloss Baden-Baden. Vor allem die „Berge“ haben Eindruck hinterlassen, sodass mehrmals der Wunsch nach einem weiteren Besuch zu vernehmen war.

Weitere Austausche wird es voraussichtlich im nächsten Jahr wieder geben. Wer von Schülerseite Interesse hat, darf sich gerne melden. (F. Weis)

Rüstzeiten in der Smart Factory führen immer wieder zu Produktivitätsverlusten, denn wenn die Maschine umgerüstet wird, steht die Produktion still. Dabei ist der große Vorteil der smarten Technologien, Fertigungsprozesse zu optimieren und somit eine möglichst hohe Gesamtanlageneffektivität zu erreichen. Gleichzeitig bindet eine lange Projektdauer viel Kapital, ohne, dass man am Ende weiß, ob sich die Investitionen ausbezahlen werden. Deshalb setzen viele Unternehmen zunehmend auf Rapid Prototyping, um anstatt komplexer Fräsverfahren schnelle Prototypen zu fertigen

Im besten Falle erreichen wir diese durch ein Verkürzen der Rüstzeiten bzw. deren Vermeidung. Das war für die Ausgangslage für unsere Technikerarbeit an der Fachhochschule Savonia in Kuopio, Finnland.

Mithilfe der leistungsfähigen 3-D-Druck-Labore und dem Wissen und der Unterstützung unserer Tutoren konnten wir ein vollständiges, autarkes Arbeitssystem schaffen. Wir entwickelten ein Greifsystem, das Objekte jeder Form und Größe fassen kann. Dieses Greifsystem funktioniert als Prototyp und soll uns dienen zu klären, ob wir ein solches System in Kürze in unserer Smart Factory implementieren können.

Von der Migration zum Workflow

Die erhebliche Variation unterschiedlicher Teileformen in unserer Smart Factory führte uns immer wieder dazu, dass wir für jede Teilegröße und -form das Greifsystem wechseln mussten. Dies erhöhte den Wartungsaufwand beim Betrieb unserer Smart Factory erheblich. Deshalb haben wir einen voll funktionsfähigen Greifer entwickelt, der nahezu jede Form greift, ohne die Form des Greifers selbst zu verändern. Auf diese Weise können wir ihn ohne Wartungsprobleme in unseren Workflow implementieren. Der aktuelle Stand unseres Projekts ist, dass es nur als autarkes System zur Demonstration funktioniert. Deshalb haben wir uns für Rapid Prototyping entschieden. Wir wollen feststellen, ob dieser Greifer so funktioniert, wie wir es wollen, und ob er zu einer Optimierung und nicht zu noch mehr Problemen führt.

Das konkrete Projekt

Als wir mit der Projektarbeit begannen, hatten wir nur die Idee, unser System zu verbessern. Wir fertigen Skizzen an, kombinierten sie mit unseren Erfahrungen aus den Vorarbeiten und entwickelten mehrere Konzepte, um sie auf kleinstem Raum umzusetzen. Die gesamte Arbeit enthält fünf Hauptkomponenten:

1. Führungsschiene: Wir haben mehrere Ideen für die Gestaltung der Führungsschienen entwickelt, damit wir sie auch mit der Antriebseinheit kombinieren können. Wir skizzierten mehrere      Möglichkeiten und prüften so lange, bis wir die beste Lösung für unser System gefunden hatten. Mit der besten Passform ergänzten wir die Details mithilfe des CAD-Programms. Nach mehreren Neuentwürfen und Testdrucken hatten wir das richtige Setup gefunden, um eine hervorragend funktionierende Schiene mit implementierten Lineargetrieben zu erhalten. Mit den integrierten Lineargetrieben in der Basis schafften wir eine solide Grundlage, die sich nicht bewegt. Daher könnte diese Vorrichtung beispielsweise an einen industriellen Roboterarm geschraubt werden.
2.  Träger mit implementiertem Servo: Damit sich der Träger auf der Führungsschiene bewegen kann, haben wir auch einen Servo in den Träger eingebaut. Um den Servo befestigen zu können, haben wir ein Loch in den Träger gebohrt. Im Anschluss montierten montieren wir das Getriebe darauf. Auf diese Weise bewegt sich das Servo mit Hilfe der Getriebekombination entlang der Führungsschiene. Der Träger trägt auch die flexiblen Greifer selbst. Daher müssen Sie Halterungen anbringen, die später die flexiblen Greifer oben auf dem Träger halten.
3. Flexible Greifer: Eine der größten Herausforderungen bestand darin, mit dem flexiblen Material zu arbeiten und zu verstehen, wie der Greifer funktioniert. Wir haben mehrere Designs und eine große Anzahl fehlgeschlagener Drucke ausprobiert, bis wir es zum Laufen gebracht haben. Das Ergebnis sind zwei flexible Gripper aus TPU mit einer Shore-Härte von 95A. Es besteht aus einem flexiblen Material, weil wir möchten, dass die Greifer das Objekt, das sie greifen, „umarmen“.
4. Elektrischer Umbau: Für den elektrischen Teil verwendeten wir ein einfaches Design und einfache Komponenten. Wir konzipierten es als autarkes System. Deshalb verwendeten wir ein Arduino-Board, zwei Tasten, ein Potentiometer, ein paar LED und natürlich den Servo, den wir in unseren Träger eingebaut hatten. Später soll es mit der SPS der Smart Factory kombiniert werden.
5. Programm und Funktionalität: Als Programmiersprache wählten wir die Standard-Arduino-Sprache. Darauf aufbauend konstruierten wir ein System, das mit zwei Knöpfen bedient werden kann: einem zum Öffnen und einem zum Schließen. Beim Drücken dieser Tasten bewegen sich beide Servos aufeinander zu oder auseinander. Darüber hinaus beginnt beim Drücken einer Taste die LED der gedrückten Taste zu blinken. Zwischen diesen Tasten befindet sich außerdem ein Potentiometer, mit dem Sie festlegen können, wie schnell das Servo schließt und öffnet.

Das Ergebnis zeigen wir im folgenden Youtube-Video: