Ulf Immelnkämper

Industrie 4.0 im Unterricht

Ulf Immelnkämper

Erfahrungen einer gewerblichen Schule aus den ersten Schritten eines langen Weges

Berufliche Schulen stehen in einer vielfältigen Wechselbeziehung mit der Arbeitswelt. Als „duale Partner übernehmen sie in ihrer Hauptfunktion den schulischen Teil der Ausbildung in mehr als 300 staatlich anerkannten Ausbildungsberufen. Im Rahmen des sogenannten Übergangssystems bereiten sie auf Berufsausbildung vor und schließen ggf. noch bestehende Qualifikationslücken. Berufliche Gymnasien und Berufskollegs ermöglichen den Übergang an Hochschulen oder (zunächst) in eine Berufsausbildung. Egal, welcher Bildungsgang dabei betrachtet wird: Schon immer hatten berufliche Schulen Anforderung und aktuelle Entwicklungen aus der Arbeitswelt mit in die Gestaltung ihrer Lernarrangements aufzunehmen. Die „Digitalisierung der Arbeitswelt stellt hier keine Ausnahme dar. Unter dem Schlagwort „Industrie 4.0 hat auch sie Einzug gehalten in die beruflichen Schulen und ihre vielfältigen Bildungsgänge.
Lernfabrik 4.0
Als der Begriff „Industrie 4.0 erstmals im Rahmen der Hannover-Messe 2011 in die Öffentlichkeit getragen wurde, verfügte die Gewerbliche Schule Göppingen über Erfahrungen in der Vermittlung der von ihr als „Schlüsseltechnologien identifizierten Bereiche:
  • Automatisierungstechnik („mannlose Förderung, Handhabung, Sortierung, Vereinzelung u.Ä. von Werkstücken):
  • CNC-Technik (Steuerung von Werkzeugmaschinen) sowie;
  • Robotertechnik (z.B. Montage von Werkstücken).
Zu jedem dieser Bereiche gab es jeweils entsprechende Lernarrangements mit den notwendigen Labor- und Werkstatträumen und der passenden Soft- und Hardwareausstattung. Die Entwicklung der Lernarrangements war jeweils in kollegialen Projektteams unter Einbindung der Schulleitung erfolgt. Paradigma war, dass die Lernenden in der Schule an für ihr Berufsfeld typischen Aufgaben den Regelkreis von „Informieren – Planen – Entscheiden – Durchführen  – Kontrollieren und schließlich Bewerten sowie ggf. erneut Planen usw. durcharbeiten.
In einem neuen Labor „Angewandte Mechatronik (welches später den Namen „Lernfabrik 4.0 erhielt) sollten nun alle drei genannten Schlüsseltechnologien in einer möglichst realitätsnahen Produktionsanlage miteinander verknüpft und vernetzt werden: Das Auslagern von Material, dessen Transport, die Fertigung (z.B. mit einer CNC-Maschine), die Montage (mithilfe eines Roboters), die Qualitätsprüfung (mit einem Bildverarbeitungssystem) und schließlich auch das Einlagern des fertigen Teils. Über einen sogenannten RFID-Chip trägt das Werkstück dabei während des gesamten Prozesses alle relevanten Auftragsdaten bei sich. Sie werden an den jeweiligen Fertigungsstationen über eine Funkverbindung ausgelesen. Es „steuert damit seine Fertigung sozusagen selbst, indem es der jeweiligen Fertigungsstation „sagt, was zu tun oder nicht zu tun ist. Dies gilt gemeinhin als ein wichtiges Merkmal einer digitalisierten Fertigung neben z.B. dem modularen Aufbau der Anlage, der ein schnelles Umstellen auf neue Gegebenheiten ermöglicht. Vordergründig ging es für die Gewerbliche Schule dabei jedoch wiederum nicht um das Thema „Digitalisierung oder „Industrie 4.0, sondern um die Tatsache, dass nun wie in den Betrieben der Schülerinnen und Schüler alle Technologien, mit denen sie bereits in den Lernarrangements der drei „Schlüsseltechnologien gearbeitet hatten, kombiniert und natürlich auch vernetzt werden mussten.
Erfahrungen
Die Erfahrungen in Göppingen mit der Anlage und den zugehörigen Lernarrangements zeigten, dass sie sich gut eigneten, um
  • Grundgedanken einer digitalisierten Produktion im Zusammenspiel der verschiedenen „Schlüsseltechnologien sehr anschaulich darzustellen;
  • die Komplexität und die verschiedenen Ebenen der Vernetzung eine solchen Fertigungssystems zu demonstrieren;
  • die Auftragssteuerung und die Schnittstellen zu anderen betrieblichen Bereichen zu verdeutlichen oder
  • insgesamt für eine Beschäftigung...

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Fakten zum Artikel
aus: Schule leiten Nr. 17 / 2019

Digitalisierung – Nicht nur irgendwas mit Medien

Friedrich+ Kennzeichnung Schuljahr 1-13