Digitale
Transformation

Module

Die Module möchten den Anspruch des Konzepts einlösen, Handlungskompetenzen im Arbeitsumfeld eines cyber-physischen Systems (CPS) zu fördern. Der inhaltliche Schwerpunkt ist auf die Berufsfelder Metall-, Elektrotechnik und Informationstechnik ausgerichtet. Einzelne Module sind auch für weitere Berufsfelder geeignet.

Das modulare Angebot ist in die Wissensgebiete (Fachbereiche) eines CPS im industriellen Umfeld sowie dem Elektro-Handwerk SHK, Fahrzeugtechnik, Bautechnik gegliedert.

Industrielle Umfeld:

  • Datenkommunikation
  • Aktorik/Sensorik
  • Digitaler Produktentwicklungszyklus
  • Robotik
  • Steuerung/Regelung

Umfeld Elektro-Handwerk SHK, Fahrzeugtechnik, Bautechnik:

  • Dezentrale Energieversorgung
  • SmartLiving/SmartHome
  • Elektromobilität
  • Digitale Vernetzung – Bautechnik

Die Module eines Fachbereichs sind so gegliedert, dass sie eine vertikale Progression aufweisen, wie zum Beispiel:

  • Zunehmender Innovationsgrad digitaler Technologien
  • Von berufsfeldübergreifend zu berufsspezifisch
  • Zunehmendes Anforderungsniveau

Fachbereichsübergreifende Module fokussieren das gesamte IoT-System/CPS als zentralen Lehr- und Lerngegenstand und fassen die einzelnen Wissensgebiete wieder zusammen, um ein Prozessverständnis zu fördern.

Die inhaltliche Gestaltung der Module wird in den Arbeitskreisen der ALP geplant und definiert. Laborhefte verdeutlichen die Inhalte und geförderten Kompetenzen der jeweiligen Module und sind in den einzelnen Modulbeschreibungen verlinkt.

Das Gesamtangebot möchte Lehrkräfte dabei unterstützen, berufliche Tätigkeiten, die an künftige Fachkräfte in cyberphysischen Systemen gestellt werden, zu identifizieren und zu fördern. Diese Anforderungen und Aufgaben orientieren sich an der „Studie – Industrie 4.0 – Auswirkungen auf Aus- und Weiterbildung in der M+E Industrie bayme vbm – April 2016:

Zielperspektiven der Fortbildungsmodule („generische Handlungsfelder“)

  • Anlagenplanung: Anlagensimulation (z. B. T3)
  • Anlagenaufbau: Anlagenvernetzung (z. B. M1.x)
  • Anlageneinrichtung und Inbetriebnahme: Sicherstellung der Verfügbarkeit von Sensor-, Aktor- und Prozessdaten in Produktionssystemen (z. B. M2.x, M5.x)
  • Anlagenüberwachung: Echtzeitdaten überwachen, analysieren und auswerten (z. B. M1x und M5.x)
  • Prozessmanagement: Prozesssicherheit garantieren (z. B. T4)
  • Instandhaltung: Vorausschauenden Wartung (z. B. M1.x, T4)
  • Datenmanagement: Maschinendaten gemäß den Schutzzielen (CIA) bereitstellen, Betriebsdaten bewerten und Prozesse optimieren (z. B. M1x, T4)
  • Instandsetzung: Berücksichtigung von Reparaturabhängigkeiten aufgrund von Vernetzung und IT-Anbindung von Maschinen und Anlagen (M1.x, M2.x, M4.x, M5.x)
  • Störungssuche und Störungsbehebung: Diagnose, Störungssuchean der vernetzten Anlage (M1.x, M2.x, M4.x, M5.x)

Modulinhalte gegliedert nach Fachgruppen

Industrie

Digitale Transformation: Grundlagen der Kommunikationsnetze, Modul 1.1

Ziele

Das Fortbildungsmodul fördert Kompetenzen und Fertigkeiten, die für Lehrkräfte in den Berufsfeldern Metalltechnik, Elektrotechnik und Informationstechnologie gleichermaßen erforderlich sind, um den Anforderungen der Digitalen Transformation im Lernfeldunterricht gerecht zu werden.

Inhalte

In einzelnen Laborübungen werden dabei Schritt für Schritt die Handlungskompetenz und die Handlungssicherheit der Lehrkräfte gefördert, um Komponenten eines cyber-physischen Systems (SPS, HMI, Switch, Router, ...) zu vernetzen.

Schulungsinhalte sind:

  • Anbindung eines Endgeräts per DHCP

  • Statusabfrage einer PLC (Logo SPS)

  • Erweiterung eines lokalen Netzwerks mit Hilfe eines Routers

  • Wartung im lokalen Netzwerk

  • Fernwartung einer PLC (Logo SPS)

  • Simulation eines Cyberphysischen Systems (CPS) mit dem Packet Tracer

Zudem werden mögliche Ansätze der Einbettung in den Unterricht in ausgesuchten Ausbildungsberufen aufgezeigt.

Besondere Hinweise

Das Modul besteht aus einem dreitägigen Präsenzangebot (M1.1.1) und einem Online-Selbstlernkurs (M1.1.2). Die Präsenzveranstaltung hat ihren Schwerpunkt in der Entwicklung der Handlungssicherheit im Umfeld eines integrierten Fachunterrichtsraumes.

Der Online-Selbstlernkurs dient der Vertiefung des theoretischen Anteils. Die Teilnahme erstreckt sich über ein ganzes Fortbildungshalbjahr, d. h. die Lernzeiten können in diesem Zeitraum individuell gestaltet werden. Empfohlen wird die Teilnahme an beiden Lehrgangsangeboten.

Details

Details zur Präsenzveranstaltungsiehe Laborbuch

Digitale Kommunikation in einem Produktionssystem, Modul 1.2

Ziele

Das Fortbildungsmodul „Digitale Kommunikation in einem Produktionssystem“ fördert Kompetenzen und Fertigkeiten, die für Lehrkräfte in den Berufsfeldern Elekt-rotechnik, Informationstechnologie und Metalltechnik gleichermaßen erforderlich sind, um die Anforderungen im Umfeld von Industrie 4.0 im Unterricht beruflicher Schulen zu berücksichtigen. Die Fortbildung vermittelt am Beispiel von ASi, IO-Link und Profinet Grundlagen digitaler Kommunikation zwischen Automatisierungsgerä-ten über Feldbussysteme und Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Die einzelnen Laborübungen fördern dabei Schritt für Schritt die Handlungskompetenz und Handlungsicherheit der Inhalt der Lehrkräfte in einem integrierten Fachunterrichtsraum, der vernetzte Komponenten eines cyber-physischen Systems bereitstellt.

Inhalte

  • Feldbussysteme am Beispiel Aktor-Sensor-Interface (ASi)

    • Topologie eines ASi-Feldbussystems
    • Adressierung von ASi-Slavemodulen
    • Austausch eines profilgleichen ASi-Slaves
    • Erweiterung des ASi-Systems um einen ASi-Slave
  • Industrial Ethernet/Profinet

    • Unterschied Ethernet und industrial Ethernet
    • Topologie eines Profinet-Netzwerks
    • Konfiguration Controller/IO-Device
    • Konfiguration Controller/Controller
    • Ausfallsichere Vernetzung durch Redundanz über MRP
    • Protokollananlyse und Fehlersuche mit Wireshark
  • Punkt-zu-Punkt-Kommunikation

    • Topologie und Kommunikation in einem IO-Link-System
    • Konfiguration Master/IO-Devices
    • Installation / Einbindung von IO-Link-Beschreibungsdateien (IODD) in das TIA-Portal

Zudem werden mögliche Ansätze der Einbettung in den Unterricht in ausgesuchten Ausbildungsberufen aufgezeigt.

Besondere Hinweise

Das Modul besteht aus einem dreitägigen Präsenzangebot (M1.2.1) und einem Online-Selbstlernkurs (M1.2.2). Die Präsenzveranstaltung hat ihren Schwerpunkt in der Entwicklung der Handlungssicherheit im Umfeld eines integrierten Fachunterrichtsraumes.

Der Online-Selbstlernkurs dient der Vertiefung des theoretischen Anteils. Die Teilnahme erstreckt sich über ein ganzes Fortbildungshalbjahr, d. h. die Lernzeiten können in diesem Zeitraum individuell gestaltet werden. Empfohlen wird die Teilnahme an beiden Lehrgangsangeboten.

OPC uA - Vertikale Kommunikation, Modul 1.3

Ziele

Das Fortbildungsmodul „OPC UA - vertikale Kommunikation in einem cyber-physischen System“ fördert Kompetenzen und Fertigkeiten, die für Lehrkräfte in den Berufsfeldern Metalltechnik, Elektrotechnik und Informationstechnologie gleichermaßen erforderlich sind, um die Anforderungen der Industrie 4.0-Entwicklungen im Unterricht beruflicher Schulen zu berücksichtigen. Laborübungen fördern dabei Schritt für Schritt die Handlungskompetenz und Handlungssicherheit der Lehrkräfte in einem integrierten Fachunterrichtsraum, der vernetzte Komponenten eines cyber-physischen Systems bereitstellt. Zudem werden Anregungen zur Einbettung des Wissensgebiets in den lernfeldorientierten Unterricht gegeben.

Inhalte

  • Inbetriebnahme einer vernetzten Anlage
  • OPC UA-Server einbinden
  • Grundkonfiguration eines OPC UA-Servers
  • OPC UA-Konfiguration an der SPS (LOGO und S7)
  • Fernzugriff für die Wartung
  • Steuerung eines Prozesses aus der Leitebene
  • OPC UA-Daten in eine Tabelle schreiben
  • OPC UA-Daten in eine Datenbank schreiben
  • u. v. m.

IT-Sicherheit in Produktionsnetzen, Modul 1.4

Ziele

Konfiguration und Implementierung von Protokollen und Diensten, um ein Produktionsnetzwerk sicher gegen Angriffe bzw. ungewollte Zugriffe zu machen.

Inhalte

  • Aufbau und Inbetriebnahme eines Produktionsnetzwerks
  • Analysieren und Bewerten der Sicherheit des Produktionsnetzes
  • Konfiguration von VLANs auf einem managed Switch (XC208)
  • Konfiguration eines Trunks des notwendigen Inter-VLAN-Routings
  • Konfiguration eine Firewall nach firmeninternen Richtlinien
  • Aktivierung von HTTPS für den Web-Server der PLC
  • Erstellung eines Root-Zertifikates als CA und von drei Server-Zertifikaten für die beiden Switche und den Router
  • Einspielen der Server-Zertifikate auf die drei Netzwerkgeräte (Clients)
  • Installation des Root-Zertifikats auf dem Service-Laptop im Internet Explorer (IE) und Firefox
  • Kopplung des Produktionsnetzes mit dem Office-Netzes über eine sichere Verbindung über einen OPC UA-Server zur Verteilung von Prozessdaten im Office-Netz
  • Dokumentation von Sensorwerten der PLC in einer Datenbank (Excelsheet / MySQL-Datenbank/MariaDB) im Office-Netzwerk

Zudem werden mögliche Ansätze der Einbettung in den Unterricht in ausgesuchten Ausbildungsberufen aufgezeigt.

Besondere Hinweise

Das Modul besteht aus einem dreitägigen Präsenzangebot (M1.4.1) und einem Online-Selbstlernkurs (M1.4.2). Die Präsenzveranstaltung hat ihren Schwerpunkt in der Entwicklung der Handlungssicherheit im Umfeld eines integrierten Fachunterrichtsraumes.

Der Online-Selbstlernkurs dient der Vertiefung des theoretischen Anteils, insbesondere der allgemeinen Betrachtung von IoT-Systemen jedlicher Art und derern Sicherheitsanforderungen. Die Teilnahme erstreckt sich über ein ganzes Fortbildungshalbjahr, d. h. die Lernzeiten können in diesem Zeitraum individuell gestaltet werden. Empfohlen wird die Teilnahme an beiden Lehrgangsangeboten.

Pneumatik/Elektropneumatik, Modul 2.1

Ziele

  • Relevante Komponenten für verschiedenen Szenarien dimensionieren und auswählen können.
  • Die Planung einer Schaltung dokumentieren können.
  • Steuerungen und Schaltungen simulieren können.
  • Schaltungen auf einem Schulungsstand realisieren und können.
  • Arbeits- und Prozesssicherheit in ausgewählten Schaltungen umsetzen können.
  • Strukturierte Fehlersuche durchführen könne
  • Erworbene Fertigkeiten in einem abgesteckten Rahmen auf verschiedene Beispiele übertragen können (variable Verfügbarkeit).
  • Eine vernetzte Kleinsteuerung über ein Netzwerk programmieren und fernwarten können.
  • Bereitgestelltes Lehr- und Lernmaterial im eigenen Unterricht anwenden können.
  • Ein Unterrichtsbeispiel (z. B. Lernsituation) in der Schülerrolle bearbeiten können und reflektieren.
  • Eine vorgegebene didaktische Jahresplanung auf die eigene Unterrichtssituation übertragen können.

Hydraulik/Elektrohydraulik, Modul 2.2

Ziele

Die Ziele im Basismodul Hydraulik/Hydraulik sind:

  • Relevante Komponenten für verschiedenen Szenarien dimensionieren und auswählen können.
  • Die Planung einer Schaltung dokumentieren können.
  • Steuerungen und Schaltungen simulieren können.
  • Schaltungen auf einem Schulungsstand realisieren und können.
  • Arbeits- und Prozesssicherheit in ausgewählten Schaltungen umsetzen können.
  • Strukturierte Fehlersuche durchführen können.
  • Erworbene Fertigkeiten in einem abgesteckten Rahmen auf verschiedene Beispiele übertragen können (variable Verfügbarkeit).
  • Bereitgestelltes Lehr- und Lernmaterial im eigenen Unterricht anwenden können.
  • Ein Unterrichtsbeispiel (z. B. Lernsituation) in der Schülerrolle bearbeiten können und reflektieren.
  • Eine vorgegebene didaktische Jahresplanung auf die eigene Unterrichtssituation übertragen können.

Energieeffizienz in der E-Pneumatik, Modul 2.3

Ziele

Praxistaugliche und energieeffiziente Anlagen mit pneumatischen Aktoren erstellen und bewerten.

Inhalte

  • Physikalisches Verhalten pneumatischer Komponenten untersuchen und technisch richtig einsetzen
  • Grundlagen für eine Entscheidungsfindung auf Basis der Betriebsdatenmessung (Druck, Durchfluss) mit Sensoren (Analogsignale) und der Aufzeichnungen/Dokumentation am PC legen.
  • Monitoring und Steuerung der Anlagen auch mit mobilen Endgeräten
  • Realisierungsansätze energieeffizienter Anlagen
    • Effiziente Auswahl und Anordnung der Komponenten.
    • Zufuhr der notwendigen Druckluft entsprechend des Prozesses durch Druckregelventile und prozessbezogene Anordnung der Stromventile.
    • Optimierung von Wartung- und Instandhaltungstätigkeiten durch den Einsatz von Condition Monitoring.
    • Energieeffiziente Verwendung elektrisch angesteuerter Anlagenkomponenten

Energieeffizienz in der E-Hydraulik, Modul 2.4

Ziele

Praxistaugliche und energieeffiziente Anlagen mit hydraulischen Komponenten erstellen und bewerten.

Inhalte

  • Physikalisches Verhalten hydraulischer Komponenten untersuchen und technisch richtig einsetzen
  • Grundlagen für eine Entscheidungsfindung auf Basis der Betriebsdatenmessung (Druck, Durchfluss) mit Sensoren (Analogsignale) und der Aufzeichnungen/Dokumentation am PC legen.
  • Monitoring und Steuerung der Anlagen auch mit mobilen Endgeräten
  • Realisierungsansätze energieeffizienter Anlagen
    • Effiziente Auswahl und Anordnung der Komponenten.
    • Hydraulischen Volumenstrom entsprechend des Prozesses durch Druckregelventile und prozessbezogene Anordnung der Stromventile beeinflussen.
    • Hydraulische Energie speichern damit kleinere Pumpe (Druckvorrat, Eilganganschaltungen) eingesetzt werden können.
    • Optimierung von Wartung- und Instandhaltungstätigkeiten durch den Einsatz von Condition Monitoring.
    • Energieeffiziente Verwendung elektrisch angesteuerter Anlagenkomponenten

CAD CAD mit Autodesk Inventor, Modul 3.1

Ziele

Die Ziele im Basismodul CAD sind:

  • Bauteile einer Baugruppe konstruieren können.
  • 2D-Zeichnungsableitungen vornehmen können.
  • Eine Baugruppe aus einzelne Bauteilen erstellen können.
  • Die Normteilbibliothek für eine Baugruppe verwenden können.
  • 2D-Zeichnungsableitung für Baugruppenkonstruktion vornehmen können.
  • Erworbene Fertigkeiten in einem abgesteckten Rahmen auf verschiedene Beispiele übertragen können (variable Verfügbarkeit).
  • Einen Einblick in die Schnittstellen für CAD bekommen, z. B. wie Bauteile am 3D-Drucker gefertigt werden können.
  • Bereitgestelltes Lehr- und Lernmaterial im eigenen Unterricht anwenden können.
  • Ein Unterrichtsbeispiel (z. B. Lernsituation) in der Schülerrolle bearbeiten können und reflektieren.
  • Eine vorgegebene didaktische Jahresplanung auf die eigene Unterrichtssituation übertragen können.

CAM mit Inventor HSM (Fräsen), Modul 3.2.1

Ziele

Aufbauend auf 3D-Modellen die mit CAD-Software (z. B. Inventor) erstellt sind, werden folgende Zielsetzungen umgesetzt:

  • Arbeitsplan und Bearbeitungsstrategien festlegen können.
  • Werkzeugbestückung festlegen können und Werkzeuge anpassen können.
  • Relevante Simulationsarten anwenden können.
  • CNC-Programm auf reale Maschine übertragen und testen können.
  • Erworbene Fertigkeiten in einem abgesteckten Rahmen auf verschiedene Beispiele übertragen können (variable Verfügbarkeit).
  • Bereitgestelltes Lehr- und Lernmaterial im eigenen Unterricht anwenden können.
  • Ein Unterrichtsbeispiel (z. B. Lernsituation) in der Schülerrolle bearbeiten können und reflektieren.
  • Eine vorgegebene didaktische Jahresplanung auf die eigene Unterrichtssituation übertragen können.

CAM mit SolidCAM (Drehen-Fräsen), Modul M3.2.2

Ziele

Aufbauend auf 3D-Modellen die mit CAD-Software (z. B. Solid Works oder Inventor) erstellt sind, werden folgende Zielsetzungen umgesetzt:

  • Arbeitsplan und Bearbeitungsstrategien festlegen können.
  • Werkzeugbestückung festlegen können und Werkzeuge anpassen können.
  • Relevante Simulationsarten anwenden können.
  • CNC-Programm erst auf virtuelle und dann auf reale Maschine übertragen und testen können.
  • Erworbene Fertigkeiten in einem abgesteckten Rahmen auf verschiedene Beispiele übertragen können (variable Verfügbarkeit).
  • Bereitgestelltes Lehr- und Lernmaterial im eigenen Unterricht anwenden können.
  • Ein Unterrichtsbeispiel (z. B. Lernsituation) in der Schülerrolle bearbeiten können und reflektieren.
  • Eine vorgegebene didaktische Jahresplanung auf die eigene Unterrichtssituation übertragen können.

Dimensionale und geometrische Tolerierung auf Basis ISO GPS, Modul 3.3

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist, die Teilnehmer an das Thema GPS heranzuführen. Grundlagenkompetenzen im Bereich der Technischen Kommunikation (Technische Zeichnung, Datensatz) zu vertiefen. Die Teilnehmer für das Themengebiet zu sensibilisieren und Denkanstöße zu liefern, damit die Thematik GPS schülergerecht im Unterricht integriert werden kann. Weiter dient der Lehrgang dazu, Umsetzungshilfen zu geben, das Themengebiet in die didaktische Jahresplanung einer drei / dreieinhalbjährigen Ausbildung zu integrieren.

Inhalt

  • Aufbau und Entwicklung der GPS-Normenmatrix
  • Zusammenwirken von Konstruktion, Produktion und Qualitätswesen im Kontext der GPS
  • Tolerierungsgrundsätze: Hüllprinzip vs. Unabhängigkeitsprinzip
  • Konzepte der ISO GPS-Maßeintragung
  • Spezifikation durch Größenmaße (dimensionelle Spezifikation)
    • Spezifikation durch eine Zone
    • Bezüge-/Bezugssystem / RPS-System
    • Form-/Lagetolerierung
    • Schnittebenenoperatoren
    • Modifikatoren (Maximum-Material-Bedingung, Reziprozitätsbedingung, …)
  • Spezifikation durch eine Lehre
  • Einblick in die optische und taktile Messtechnik
  • Messtechnische Auswertung taktiler/optischer Messungen
  • Übungen zu den o.g. Themengebieten
  • Umsetzungshilfen für die didaktische Jahresplanung

Robotik Grundlagen (M4.1.x)

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist die schrittweise Entwicklung der Handlungskompetenz, die im Rahmen des Lernfeldunterrichts erforderlich ist, um berufsrelevante Kompetenzen im Umgang mit Industrierobotern zu fördern.

Inhalte

  • Grundlegende Bewegungsarten von Robotern
  • Grundlegendes Handling mit Übungen
  • Kinematischer Aufbau des Roboters, Anzahl und Arten der Achsen
  • Koordinatensysteme, Bewegungsarten, Point-to-Point-Bewegung, Kreisinterpolation
  • Praktische Übungen am Roboter, Übungen an verschiedenen Stationen, Stationswechsel.

Die Module 4.1.x unterscheiden sich durch die eingesetzten Handlungsträger im praktischen Anteil des Lehrgangs.

  • 4.1.1 – ABB
  • 4.1.2 – Universal Robots
  • 4.1.3 – Mitsubishi

Besondere Hinweise

Der Fortbildungslehrgang findet in Kooperation der Akademie für Lehrerfortbildung und Personalführung (ALP) mit der Regionalen Lehrerfortbildung (RLFB)statt.

Der Lehrgang findet daher für Lehrerinnen und Lehrer aller 7 Regierungsbezirke statt.

Automation und Roboterintegration (M4.2.x)

Status

Der Entwicklungsprozess ist noch nicht abgeschlossen. Mit einem Pilotlehrgang ist Ende des Kalenderjahres 2020 zu rechnen.

Kleinsteuerung LOGO, Modul 5.1

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist die schrittweise Entwicklung der Handlungskompetenz, die im Rahmen des Lernfeldunterrichts erforderlich ist, um berufsrelevante Kompetenzen im Tätigkeitsspektrum der Programmierung einfacher Steuerungsfunktionen zu fördern.

Inhalte

  • Einführung, Grundfunktionen
  • Programmierung von Szenarien aus dem Bereich industrieller Steuerungen
  • Erweiterte Funktionen, (z. B. Analogwerte)
  • Vernetzung

Ablaufsteuerung – Entwurf und Programmierung, Modul 5.2

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist die fachliche Fortbildung der Lehrkräfte aus dem Bereich Automatisierungstechnik und die mögliche Umsetzung in den Unterricht. Die Teilnehmer

  • kennen die Grundlagen der Norm
  • können Grafcets lesen und erstellen
  • kennen verschiedene Editoren und sie beherrschen den Umgang mit einem Editor (MHJ).

Es werden erprobte Unterrichtseinheiten eingebunden und zur Verfügung gestellt.

Inhalte

  • Initialschritt
  • Transitionen
  • Ein-Ausschaltverzögerung
  • Zeitbegrenzung
  • Flankenauswertung
  • Kontinuierlich wirkende Aktionen
  • Speichernd wirkende Aktionen (bei Schrittaktivierung/ Deaktivierung)
  • Speichernd wirkende Aktionen (bei einem Ereignis)
  • Alternative Verzweigung
  • Parallele Verzweigung
  • Sprünge
  • Kommentare
  • Transiente Abläufe
  • Die Arbeit erfolgt in Kleingruppen.

GRAFCET nimmt bei interdisziplinärer Zusammenarbeit eine wichtige Rolle als Kommunikationsschnittstelle ein. Fachkräfte aus verschiedenen Bereichen (z. B. Metalltechnik, Elektrotechnik, Informationstechnologie) finden mit GRAFCET eine gemeinsame Sprache um Projekte wirksam und kooperativ umzusetzen.

Grundlagen der SPS-Programmierung in einer industrietauglichen Projektierungsumgebung (TIA-Portal), Modul 5.3

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist es in die SPS-Programmierung sowohl theoretisch als auch praktisch einzuführen. Das TIA-Portal ist dabei die Projektierungsumgebung in der die SPS-Programmierung stattfindet. Damit findet auch der Einstieg in diese industrietaugliche Projektierungsumgebung statt.

Inhalte

  • Anlegen eines Projektes
  • Projekte öffnen, anpassen, verwalten
  • Bedienoberfläche
  • Benötigte Hardware einfügen, konfigurieren und parametrieren
  • Anwendung von Grundverknüpfungen
  • Programmbausteine bibliotheksfähig erstellen und verknüpfen
  • Wiederkehrenden Code in Bibliotheken organisieren
  • Nutzung eigener Bibliotheken (Einführung)
  • Online- und Diagnosefunktionen
  • Umsetzung im Unterricht

Details siehe Laborbuch

Methoden

Die selbständige Erarbeitung/Überarbeitung der Unterrichtseinheiten erfolgt in Kleingruppen. Den Teilnehmern stehen ein Selbstlernskript, Lernvideos und praktische Beispiele für den Unterricht zur Verfügung. Ausblick auf Industrie 4.0:
Ohne Kenntnis der Entwicklungsumgebung („TIA-Portal“) ist keine Umsetzung von Projekten der Automatisierungstechnik bei Verwendung von Siemens-Hardware möglich.

Aufbaukurs SPS-Programmierung, Modul 5.4

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist eine Vertiefung der SPS-Programmierung mit dem Schwerpunkt Programmierung nach IEC 61131 Standard mit dem TIA Portal.

Inhalte

  • Überblick Programmiersprachen
  • Datentypen
  • Programmstrukturen (FC, FB, DB)
  • Zähler, Timer
  • Analogwertverarbeitung
  • Umsetzung im Unterricht

SPS-Visualisierung in einer industrietauglichen Projektierungsumgebung (TIA Portal), Modul 5.5

Ziele

Ziel des Lehrgangs ist die schrittweise Entwicklung der Handlungskompetenz, die im Rahmen des Lernfeldunterrichts erforderlich ist, um berufsrelevante Kompetenzen im Umgang mit Prozessvisualisierungssystemen in industrietauglichen Projektierungsumgebungen zu fördern. Im Mittelpunkt steht die Visualisierung mit dem TIA-Portal.

Inhalte

  • Einbindung von Visualisierungsfunktionen in bestehenden Grafcets auf der Basis eines Pflichtenhefts.
  • Visualisierung sowie Simulation und Test im Echtbetrieb.
  • Bedienen und Beobachten eines projektfremden Förderbands mit PUT/GET-Kommunikation.
  • Erweiterung bestehender Grafcets und bestehender SPS-Programme.
  • Anlegen und Einbinden von HMI-Variablen in das SPS-Programm.
  • Erstellen einer HMI-Verbindung.
  • Projektieren von Bildern, Tastern, Schaltern, Ein- und Ausgabefeldern, Meldungen, Benutzerverwaltung.
  • Simulation und Echtbetrieb. Beschaltung von Kommunikationsbausteine

Titel

Kurzbeschreibung

Zielgruppe

 

Ziele

Inhalte

 

Voraussetzungen

Titel

Kurzbeschreibung

Zielgruppe

 

Ziele

Inhalte

 

Voraussetzungen

Grundlagen IoT-Systeme, Modul T1

Ziele

Der Lehrgang fördert Kompetenzen, die erforderlich sind, um ein IoT-System, bestehend aus Sensoren, Aktoren, Mikro-Controller, Einplatinen-Computer und Cloud-Diensten, anzuwenden, unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten in Betrieb zu nehmen und instand zu setzen. Zudem soll durch die entwickelten Kompetenzen die eigene Teilnahme oder auch die Durchführung eines Hackathons im Lernfeldunterricht ermöglicht werden.

Inhalte

Exemplarische Anwendungsszenarien orientieren sich an realen Geschäftsprozessen und geben Einblicke in ein interdisziplinäres Wissensgebiet.

Geförderte Kompetenzentwicklung in diesem Lehrgang:

  • Konzepte, Chancen und Herausforderungen der digitalen Transformation durch Anwendung von IoT-Systemen verstehen und erklären können.
  • Entwicklung eines IoT-Systems durch die Vernetzung von Sensoren/Aktoren, Mikro-Controlleren, Einplatinen-Computer und Cloud-Services (Cisco Teams restful API)
  • Relevante Aspekte des Datenschutzes und der Datensicherheit im Rahmen einer IoT-Lösung erfassen.
  • Die Auswirkungen der Digitalisierung in verschiedenen Branchen (z. B. Fertigung, Energiewirtschaft, Gesundheitswesen und Verkehrswesen erfassen.)

Verwendung von Simulationswerkzeugen, um IoT-Systeme zu entwickeln.

 

Voraussetzungen

Grundlagen der Programmierung, der Netzwerktechnik und der Elektrotechnik sind von Vorteil.

Besondere Hinweise

Das Modul besteht aus einem einwöchigen Präsenzangebot (T1.1) und einem Online-Selbstlernkurs (T1.2). Die Präsenzveranstaltung (Februar) hat ihren Schwerpunkt in der Entwicklung der Handlungssicherheit im Umgang mit Prototypen eines IoT-Systems.

Der Online-Selbstlernkurs (jedes Fortbildungshalbjahr) dient der Vertiefung des theoretischen Anteils. Die Teilnahme erstreckt sich über ein ganzes Fortbildungshalbjahr, d. h. die Lernzeiten können in diesem Zeitraum individuell gestaltet werden. Empfohlen wird die Teilnahme an beiden Lehrgangsangeboten.

Hackathon, Modul T2

Hackathon und die Fähigkeiten des 21. Jahrhunderts

Der Hackathon nutzt die Methodik des projektbasierten Lernens, um technische Fähigkeiten und soziale Kompetenzen auf unterhaltsame und sinnvolle Weise zu entwickeln.

Die Lern- und Innovationsfähigkeiten u. a. eines künftigen Facharbeiters stellt in einem immer komplexeren Lebens- und Arbeitsumfeld eine Schlüsselqualifikation dar, um auf den kontinuierliche Veränderungsprozess vorbereitet zu sein.

Zu diesen Fähigkeiten gehören unter anderem:

  • Kreativität und Innovation
  • Kritisches Denken und Problemlösung
  • Kommunikation
  • Zusammenarbeit

Berufliche Kompetenzen ändern sich rasch. Das alte Paradigma, hochqualifizierte Fachleute in einem bestimmten Bereich verfügbar zu haben, oder das andere Extrem, auf breit gefächerten Generalisten ohne tiefes Wissen in einem Spezialgebiet zurückgreifen zu können, ist nicht mehr effizient.

Aktuelle Arbeitsmarktanforderungen erfordern interdisziplinäre Fähigkeiten, die eine Kombination aus den beiden vorherigen Paradigmen darstellen.

Erklärung – Hackathon

Ein Hackathon ist ein Beispiel für eine projektbasierte Lernmethode. Es handelt sich um eine wettbewerbsorientierte Veranstaltung, bei der Teams an der Entwicklung von Ideen, der Zusammenarbeit, dem Design, dem Prototyping, der Iteration und der Präsentation einer Lösung für eine vorgeschlagene Herausforderung arbeiten.

Der Begriff "Hackathon" setzt sich zusammen aus dem Wort "Hack", das für experimentelles Programmieren, Basteln, Entwerfen und Prototyping steht, und dem Wort "Marathon", das eine lange und schwierige Aufgabe in einem begrenzten Zeitraum bezeichnet.

Die Veranstaltung beginnt mit einer Präsentation, in der der Ablauf beschrieben und das Thema und die spezifische Herausforderung des Hackathons vorgestellt werden. Die Teilnehmer führen dann ein Brainstorming durch und bilden Teams auf der Grundlage ihrer individuellen Interessen und sich ergänzenden Fähigkeiten. Ein Hackathon kann von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen dauern. Der Lehrgang setzt einen dreitägigen Hackathon um. Für eine Umsetzung an der Schule kann der Zeitplan angepasst werden.

Am Ende des Hackathons präsentieren und demonstrieren die Teams ihren Prototyp vor einer Jury und vor den anderen Teams. Die Jury wählt das Siegerteam und eine Preisverleihung findet statt.

Als Jurymitglieder werden in der Regel Fachleute, Wirtschaftsexperten, Startup-Gründer und Innovationsexperten ausgewählt. Auf diese Weise kommen die Schülerteams in Kontakt mit der Fachwelt.

Phasen des Hackathons

Eröffnung des Hackathons

  • Vorstellung der Hackathon-Betreuergruppe
  • Eröffnung des Hackathon-Themas

Inspirationsphase

  • Präsentation der zu lösenden Herausforderung und aktueller Lösungsansätze
  • Kooperative Sondierung analoger Herausforderungen

Festlegung der Arbeitspakete Teamauswahl

Die Teilnehmer:innen entscheiden sich für eine Herausforderung, an der sie während des Hackathons arbeiten wollen, und die Teams werden gebildet.

Ideenfindungsphase

  • Problemdefinition – Damit beginnt die Ideenfindungsphase des Hackathons, in der neue Konzepte und Ideen entwickelt werden. Die Teilnehmer:innen definieren das Problem und machen ein Brainstorming über mögliche Lösungen.
  • Kreativität und Lösungskonzept – Die Teilnehmer:innen sind bereit, die Lösung auszuwählen, an der sie für den Rest des Hackathons arbeiten wollen. Das Ziel ist es, sich neue Lösungen für das Problem vorzustellen, die über die bisherigen Ideen hinausgehen.

Konsolidierungsphase

Die Teilnehmer:innen schlagen eine konkrete Lösung für ihr Problem vor. Diese Phase wird wiederholt, bis die endgültige Version der Lösung mehrere Iterationen durchlaufen hat.

Die Teilnehmer:innen entwickeln ein Storyboard, das die Anwendung in Form eines Storyboards/Zeitplans beschreibt.

Experten-Checkpoints

Es gibt mehrere Experten-Checkpoints an Tag 1 und Tag 2, die es den Teilnehmer:innen ermöglichen, Feedback von Mentoren aus verschiedenen Bereichen wie Netzwerk, Elektronik, Programmierung, Design und Unternehmertum zu erhalten.

Tag 2 ist dem Bau des Prototyps und der Einholung von Feedback von den Experten gewidmet.Tag 2 ist dem Bau des Prototyps und der Einholung von Feedback von den Experten gewidmet.

Präsentationsvorbereitung

Die Teilnehmer:innen erhalten ein „Pitch-Training“, das ihnen hilft, ihr Konzept zu formulieren und die Funktionsweise ihres Prototyps innerhalb eines begrenzten Zeitraums zu präsentieren.

Die Teilnehmer:innen bereiten dann ihre Präsentation und Demonstration vor, die sie der Jury präsentieren.

Abschlusspräsentation

Die Teilnehmer:innen sind bereit, ihre Arbeit zu präsentieren. Sie werden der Jury und den anderen Teams zeigen, wie wirkungsvoll ihre Konzepte sind, und die Jury wird ein Siegerteam auswählen.

Lernziele

Technische Fähigkeiten:

  • Lernen Sie, die physische Welt mit der digitalen Welt zu verbinden, indem Sie die Digitalisierung und das Internet der Dinge (IoT) nutzen
  • Iterative Entwicklung einer Lösung mit Rapid-Prototyping-Techniken
  • Praktische Erfahrung in der Erstellung von Schaltkreisen mit Elektronik, Sensoren und Aktoren sammeln
  • Schreiben von Code zur Verbindung von Knoten mithilfe von IP-Netzwerken und Cloud-Anwendungen

Soft Skills:

  • Kritisches Denken und Problemlösung
  • Kreativität: Durchführung von Brainstorming-Sitzungen und anderen Ideenfindungstechniken
  • Kommunikation: Wie man eine Idee effektiv präsentiert oder vorstellt
  • Kollaboration: Wie man in einem interdisziplinären Team arbeitet

Virtualisierung in der Automation, Modul T3

Ziele

Die Verwendung von "Digitalen Zwillingen" hat in der Industrie Einzug gehalten. Ziel ist es, durch deren Verwendung Kosten zu sparen. Und dies bereits bei der Konstruktion der Anlage. So kann zum Beispiel die Inbetriebnahmezeit einer Anlage entscheiden verkürzt werden, wenn diese bereits vorbereitend mit einem "Digitalen Zwilling" erfolgt ist. Auf diese Veränderung des Arbeitsprozesses sollen Schüler:innen berufsqualifizierender Schulen vorbereitet werden. Durch den praxisorientierten Ansatz des Lehrgangs können die Teilnehmer:innen qualifizierter über Virtualisierungsansätze in der Automatisierung urteilen und den Einsatz im eigenen Lernfeldunterricht reflektieren.

Inhalte

In Laborübungen werden mit verschiedenen Werkzeugen (MCD, SIMIT, FluidSim) virtuelle Anlagen in Betrieb genommen und einfache virtuelle Anlagen erstellt. Jedes der ausgewählten Werkzeuge unterstützt die Erstellung eines "Digitalen Zwillings" und die Inbetriebnahme über ein SPS-Programm. Anforderungen an die Handhabung der Werkzeuge und sowohl technische als auch didaktische Ansprüche an die Virtualisierung sind im Wesentlichen die Unterscheidungsmerkmale. Die Kenntnisse darüber sind Entscheidungsgrundlage für eine qualifizierte Auswahl des geeigneten Werkzeugs.

Der Einsatz "Digitaler Zwillinge" im Lernfeldunterricht in integrierten Fachunterrichtsräumen (IFU) bereichert die Methodenvielfalt und kann aufgrund der höheren Verfügbarkeit - gegenüber Realausstattung - die Schüleraktivierung steigern. Ein Garant für diesen, in Aussicht gestellten Mehrwert, ist eine fundierte Entscheidungsstrategie. 

Details

Details zur Präsenzveranstaltung, siehe Laborbuch

Maschinelles Lernen, Modul T4

Ziele

Das Ziel des Lehrgangs ist den Teilnehmern:innen eine Einführung in das Gebiet des maschinellen Lernens zu vermitteln. Die Teilnehmer sollen nach dem Lehrgang dabei in der Lage sein, einfache Neuronale Netze selbst in Python für einfache Problemstellungen aufzubauen, zu trainieren und anzuwenden. Anregungen und erprobte Unterrichtsbeispiele sollen den Übertrag in die eigene Unterrichtspraxis befördern. 

Inhalte

  • Einführung in das maschinelle Lernen
    • Entwicklung
    • Lernalgorithmen, Einteilung, Arbeitsweise
  • Werkzeuge
    • Kaggle
    • Tensorflow
    • Jupiter Notebooks
    • etc.
  • Entwicklungsprozess einer KI
    • Datenvorbereitung
    • Modellauswahl
    • Auswahl der relevanten Dimensionen/Merkmale/Features
    • Modell trainieren
    • Modell testen
  • Beispiele (berufsfeldspezifisch, berufsfeldunabh.) mit öffentlichen Datensätzen und Umsetzung mit Python
  • Good Practice für den Unterricht