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Smart Factory Lab

Pyramide: Gesamtkonzept Smart Factory Lab

Die Smart Factory vereint die beiden großen Para­digmenwechsel moderner Produktions­unter­nehmen der letzten Jahre – die Konzepte des Lean-Manage­ments mit den Ansätzen von Industrie 4.0.

Der Wandel von einer produktivitätsorientierten, stark arbeitsteiligen Massenfertigung, hin zu einer kunden­­orientierten, Wertstrom getriebenen Produktion führt unter Anwendung von Lean-Managementmethoden zu tiefgreifenden, organisatorischen Änderungen von Geschäftsprozessen und Personalführung.

Industrie 4.0 nutzt dabei die zunehmenden Möglich­keiten einer direkten vertikalen und horizontalen Inte­gration von Hard- und Software-Systemen und löst somit die klassische, hierarchische Automati­sierungspyramide ab. Die zunehmende Standar­dis­ierung moderner BUS-Systeme ermöglichen eine komplexe Vernetzung aller Systeme. Embedded-Sys­tems Lösungen, basierend auf der zunehmenden Digitalisierung von Aktoren und Sensoren in Verbin­dung mit einfachen μ-Controllern sowie deren vertikale und horizontale Integration zu cyber-physikalischen Systemen in der Produktion, ermöglichen das Erfassen von Echtzeitdaten, die neue Wege der Produktionsplanung und Steuerung, der Produktver­folgung entlang von Supply-Chain-Ketten sowie der technischen Diagnose eröffnen.

Die Konzepte und Methoden der Smart Factory kombinieren den Value-Driven-Ansatz des Lean-Managements mit den Technologien von Industrie 4.0, um die wirtschaftliche Effektivität und Effizienz der Produktion und der Supply-Chain auf allen Unter­nehmens­ebenen in Echtzeit zu optimieren.

Das Smart Factory Lab der DHBW ist ein Lerninselkonzept. Eine Lerninsel besteht aus 3-4 Vorlesungsblöcken und ist meist thematisch einem Modul zugeordnet. Daher durchlaufen nicht alle Student*innen alle Lerninseln. Lerninseln vermitteln anwendungsorientierte abgegrenzte Themenstellungen der Smart Factory im Spannungsfeld von Lean-Management und Industrie 4.0.

Die Lerninseln im Detail

Diese Lerninsel vermittelt Themen der vertikalen Integration. Von der Produktionsplanung bis hin zur Maschine in der Produktion wird ein Kundenauftrag papierlos verfolgt. Die Studierenden lernen sich in einem ERP System zu bewegen, können Bedarfe erfassen und Fertigungsaufträge auslösen. Die Thematik von Schnittstellen und standardisierten Prozessen werden ebenso diskutiert, wie die Vorteile von Echtzeitrückmeldungen der Produktion. Eine komplette Modellfabrik von Fischertechnik mit Hochregallager, drei verketteten Produktionssystemen und einer Qualitätsprüfung dient zur Veranschaulichung der vollautomatischen Abwicklung von Aufträgen. In einem MES System können die Prozesse überwacht und bei Fehlern eingegriffen werden.

Ausstattung:

Hardware:

  • 12 Laptops im Notebookwagen
  • 1 Fischertechnik Modellfabrik, 9V

Software:

  • S4/HANA von SAP
  • SAP MES II von SAP

Standort

Jägerstr. 40, Eingang Ost, U.131

Ansprechperson

Diese Lerninsel bringt Studierenden mittels kollaborativem Leichtbauroboter die Möglichkeiten einer leicht umsetzbaren Automatisierung von einfachen Aufgaben näher. Eine große Rolle spielt dabei die eigenständige Programmierung im Teach-Modus, um sowohl die vielen Freiheiten eines Roboters kennen zu lernen, als auch die Einschränkungen der Bewegung in Kombination mit Greifern und anderen Werkzeugen.

Genutzt wird dazu der kollaborative Roboter UR3 der Firma Universal Robots, den Studierende nach einem Online-Tutorial und kurzer Einweisung vor Ort selbstständig, bei Bedarf mit Unterstützung, programmieren. Eine Aufgabe ist dabei das Erstellen eines Pick-and-Place-Ablaufs mittels Vakuum-Greifer, um ein in der Modellfabrik produziertes Teil von einer Palette auf einen LKW, im entsprechenden Maßstab, zu verladen.

Ausstattung:

  • Universal Robots UR3
  • Zwei-Finger-Greifer
  • Vakuum-Greifer mit konfigurierbarer Greifergeometrie
  • 3D-gedrucktes Kamera-Mount für Kamerafahrten mit dem Roboterarm

Standort

Jägerstr. 40, Eingang Ost, U.131

Ansprechperson

Im Labor „Additive Manufacturing“ werden den Studierenden die unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren vorgestellt. Das Labor ist mit verschiedenen 3D-Druckern ausgestattet, so dass die einzelnen Verfahren anschaulich demonstriert werden können. Es werden jeweils die Möglichkeiten, aber auch die Einschränkungen jedes Verfahrens aufgezeigt und die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Konstruktion von Bauteilen für die additive Fertigung erklärt.

Im Anschluss wird die fertigungsgerechte Konstruktion für additive Verfahren anhand verschiedener Übungen vertieft und die Ergebnisse direkt mit den 3D Druckern im Labor getestet.

Ein weiteres Einsatzgebiet der additiven Fertigung ist die Herstellung von „topologieoptimierten“ Bauteilen mit sehr komplexer Geometrie, bei deren Fertigung traditionelle Verfahren an ihre Grenzen stoßen.

Anhand vorgegebener Problemstellungen (z.B. Leichtbau, Topologieoptimierung oder Bauteile mit Funktionsintegration) entwickeln die Studierenden mit Hilfe verschiedener Simulationstools ihre eigenen Lösungen, die sie anschließend direkt im Labor additiv fertigen können.

Ausstattung:

Im Labor verfügbare Druckverfahren:

  • FDM/FFF (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication)
  • STL (Stereolithograpy)
  • SLS (Selective Laser Sintering)

Standort

Jägerstr. 40, Eingang Ost, U.131

Ansprechpersonen

Die Lerninsel Value Stream – Design und Digitalisierung von Produktionsprozessen vermittelt den Studierenden die aktuellen Entwicklungen und Theorien zum Thema „Ganzheitliche Produktionssysteme“, die zu Beginn der 1990iger zu einem Paradigmenwechsel in der deutschen Industrie geführt haben. Die Studierenden lernen in Form von moderierten Blockseminaren die wichtigsten Verfahren und Methoden des Lean Managements kennen:

  1. Wertstromanalyse und –design
  2. Single Minute Exchange of Die (SMED) oder Rüsten im Kundentakt
  3. Von Low-Cost-Intelligent Automation zum Chaku-Chaku Band
  4. Shopfloor-Management -  Standardisierte Arbeitsabläufe und moderne Regelkommunikation
  5. Total Productive Maintenance
  6. Digitalisierungsstrategien entlang des Wertstroms

Neben Kenntnissen zu den Verfahren und Methoden des Lean Managements wird den Studierenden vermittelt, wie das Gelernte im Unternehmen in Form eines Pilotprojektes oder unternehmensweit eingeführt werden kann.

Verfügbare Ausstattung:

  • De Bono Moderationswände
  • Wertstrom-Magnettafeln plus Moderationskoffer mit Magnetsymbolen
  • Kamera zur Videoanalyse
  • Moderationskoffer
  • Verschiedene Software-Tools zum Themenfeld

Standort

Jägerstr. 40, Eingang Ost, U.131

Ansprechperson

In der Lerninsel Embedded Engineering wird den Studierenden am Beispiel moderner Linear- und Rotationsachsen gezeigt, wie man per „Plug and Play“ komplexe Handling-Aufgaben, Pick&Place Automaten oder CNC-Maschinen konfigurieren und aufbauen kann. Neben der hardware-technischen Konfiguration der einzelnen Komponenten lernen die Student*innen auch die software-technische Implementierung und Programmierung der Anlagen inklusive SPS- und CNC-Programmierung kennen.

In zwei weiteren Themenblöcken wird den Studierenden am Beispiel der eingesetzten Linear- und Rotationsachsen die Bedeutung des „Predictive Maintenance“ vermittelt. Die Studierenden lernen, wie maschineninterne und/oder zusätzliche Sensordaten für die frühzeitige Fehler- und Störungserkennung genutzt werden können. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Strom- und Kraftmessung von elektrischen Antrieben. Neben der Maschinendiagnose, werden auch die Möglichkeiten der Produktüberwachung für das Qualitätsmanagement aufgezeigt. Dabei kommen verschiedene BUS-Systeme sowie SPS- und CNC-Steuerungen zum Einsatz.

Ausstattung:

  • Mehrere Linearachsen der Fa. Jenny Science
  • Rotationsachse der Fa. Jenny Science
  • 2 Profi-BUS Anbindung
  • 1 Ethercat-BUS
  • Verschiedene Sensoren der Kraftmessung
  • Verschiedene Sensoren der Wegmessung
  • High-Speed-Kamera
     

Standort

Jägerstr. 40, Eingang Ost, U.131

Ansprechperson

Ansprechpersonen