Vorteile:
Training und Simulation an einem realistischen Produktionsabbild, vertiefendes Lernen durch haptisches Begreifen
Optische und sensorische Anwendungen, digitale Nachverfolgbarkeit mit NFC/RFID
Integrierte Cloud-Anbindung, Steuerung über smarte Geräte, sowie Nutzung und Bedienung von Dashboards
Fernüberwachung über Kamera möglich sowie Verknüpfung von Produktions- und Dispositionsdaten
Anbindung von vor-/nachgelagerten Logistikprozessen
Der digital getriebene Wandel in der industriellen Produktion
verlangt auf allen Produktionsebenen nach stärkerer Vernetzung und
intelligenteren Informationen. Mit der fischertechnik Lernfabrik 4.0
können diese Digitalisierungsaktivitäten im Kleinen simuliert, gelernt
und angewendet werden, bevor sie im Großen zur Umsetzung kommen. Ein
hochflexibles, modulares sowie kostengünstig und robustes Trainings- und
Simulationsmodell, das sich überaus sinnvoll einsetzen lässt.
Die
fischertechnik Lernumgebung dient zum Lernen und Begreifen von
Industrie-4.0-Anwendungen in der Berufsschule und Ausbildung sowie zum
Einsatz für Forschung, Lehre und Entwicklung an Universitäten, in
Betrieben und IT-Abteilungen. Die Simulation bildet den Bestellprozess,
den Produktionsprozess und den Lieferprozess in digitalisierten und
vernetzten Prozessschritten ab.
Fabrikumgebung Diese besteht aus den Fabrikmodulen Ein- und
Auslagerungsstation, Vakuum-Sauggreifer, Hochregallager,
Multi-Bearbeitungsstation mit Brennofen, einer Sortierstrecke mit
Farberkennung, einem Umweltsensor sowie einer schwenkbaren Kamera. Nach
erfolgter Bestellung im Dashboard durchlaufen die Werkstücke die
jeweiligen Fabrikmodule und der aktuelle Status ist sofort im Dashboard
sichtbar. Der integrierte Umweltsensor meldet Werte zu Temperatur,
Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Luftqualität. Die Kamera sieht durch den
vertikalen wie horizontalen Schwenkbereich die gesamte Anlage ein und
ist so für eine webbasierte Fernüberwachung nutzbar.
Die einzelnen
Werkstücke werden durch NFC (Near Field Communication) getrackt: Jedes
Werkstück erhält eine eindeutige Identifikationsnummer (ID). Das
ermöglicht die Rückverfolgung und Sichtbarkeit des aktuellen Status der
Werkstücke im Bearbeitungsprozess.
Steuerung
Die Lernfabrik 4.0 wird durch die fischertechnik TXT 4.0 Controller
auf 9V-Basis gesteuert, hiervon sind sechs Stück eingebaut. Diese sind
innerhalb der Fabrik nach dem Master-Slave-Prinzip verbunden und
kommunizieren über ein internes Bussystem. Die vollständigen
Leistungsdaten des TXT 4.0 Controllers sind beim TXT 4.0 Controller
einsehbar, hier die wichtigsten Features:
8 Universaleingänge: Digital/Analog 0-9VDC, Analog 0-5 kΩ
4 schnelle Zähleingänge: Digital, Frequenz bis 1kHz
4
Motorausgänge 9V/250mA (max. 1 A): Geschwindigkeit stufenlos regelbar,
kurzschlussfest, alternativ 8 Einzelausgänge z. B. für LEDs
3 Servo-Ausgänge 5V (max. 2A), kurzschlussfest
Kombiniertes Bluetooth / WLAN-Funkmodul: Bluetooth 5.0 (BR, LE & EDR), WLAN Dual band 2.4 GHz und 5 GHz 802.11 a/b/g/n
USB 2.0 Client: Mini USB-Buchse zum Anschluss an den PC
USB Host-Schnittstelle: USB-A Buchse z.B. für fischertechnik USB-Kamera oder USB-Sticks
Kamera-Schnittstelle: über USB-Host, Linux Kamera Treiber im Betriebssystem integriert
2x Stiftleiste 6-polig: zur Erweiterung der Ein- und Ausgänge (bis zu 9 TXT 4.0 Controller koppelbar) sowie I²C-Schnittstelle
Integrierter Lautsprecher zum Abspielen von Sounds (WAV-Dateien
Linux basiertes Open-Source Betriebssystem, Firmware-Update über Cloud, USB Stick oder Micro SD-Karte
Programmierung mit ROBO Pro Coding (grafisch und Python), C/C++ Compiler (nicht enthalten)
weitere
Programmiermöglichkeiten über REST-Schnittstelle. Verfügbare
Ausgangsspannungen 9V, 5V und 3,3V. Stromversorgung: 9V DC-Buchse 3,45
mm, oder fischertechnik-Buchsen 2,5 mm (für Akku Pack). Inkl.
USB-Verbindungskabel und Erweiterungskabel 6-polig.
Software: ROBO Pro Coding / Python Programmierschnittstelle
Die
Software-Applikation ist in ROBO Pro Coding bzw. in Python geschrieben
und wird startbereit auf den Controller geladen. Die aktuellen Versionen
der entsprechenden Programme können direkt in der ROBO Pro Coding
Plattform über fischertechnik GitLab importiert werden
Die
mitgelieferten ROBO Pro Coding / Python Programme können modifiziert
werden und es lassen sich auch eigene ROBO Pro Coding / Python Programme
für die Lernfabrik schreiben.
Weiterhin steht mit Node-RED auf
dem TXT 4.0 Controller ein lokales Dashboard zur Verfügung, mit dem die
Fabrik alternativ zur fischertechnik Cloud gesteuert werden kann. Diese
Implementierung kann ebenfalls modifiziert werden. Die Kommunikation
zwischen Node-RED und des Programms erfolgt mit MQTT. MQTT (Message
Queuing Telemetry Transport) ist ein offenes Nachrichtenprotokoll, das
die Übertragung von Daten in Form von Nachrichten zwischen Geräten
ermöglicht.
fischertechnik Cloud Über den TXT 4.0 Controller, der als Master eingestellt ist, wird über
WLAN die Verbindung zur fischertechnik Cloud aufgebaut. Empfehlenswert
ist dabei die Verwendung der Webbrowser Chrome oder Firefox. Die Cloud
lässt sich über einen persönlichen Zugang nutzen, der einmalig angelegt
wird (www.fischertechnik-cloud.com). Die Server der Cloud befinden sich
in Deutschland und gewährleisten, dass für die Speicherung der Daten die
strengen europäischen Anforderungen gelten. Persönliche Daten werden in
einem Account mit Passwortzugang geschützt, der den sehr sicheren
„OAuth2“ Industrie-Standard verwendet. Alle gesendeten Daten zur Cloud
werden mit Zertifikaten verschlüsselt übertragen (https-Standard, grünes
Schloss im Webbrowser).
Dashboard
Das Dashboard kann über mobile Endgeräte wie Tablet und Smartphone
sowie am Laptop und PC aufgerufen und bedient werden. Es ermöglicht die
Darstellung aus drei unterschiedlichen Perspektiven:
Kundensicht
Lieferantensicht
Produktionssicht
In der Kundensicht ist
eine Webshop-Oberfläche mit Warenkorb abgebildet, auf der man ein
Werkstück bestellen und den aktuellen Status der Bestellung im Warenkorb
verfolgen kann. Dieser Verlauf wird auf der Oberfläche für den Kunden
angezeigt, sodass dieser über den Status seiner Bestellung informiert
ist. In der Lieferantensicht wird der Vorgang zur Bestellung der Rohware dargestellt und visualisiert. In der Produktionssicht können der Fabrikstatus, der Produktionsprozess, der Lagerbestand, der NFC/RFID-Reader sowie die Sensorwerte abgefragt werden.
Darüber
hinaus lässt sich hier auch die Kamera steuern, die die
Fertigungsstraße überwacht. All diese Funktionen werden innerhalb eines
Fensters angesteuert und über das Menü umgeschaltet.
Im Fabrikstatus wird der Status des jeweiligen Moduls über
eine Ampeldarstellung visualisiert. Tritt eine Störung in der Produktion
auf, wird diese nach Behebung der Ursache über einen Button quittiert
und die Produktion wird fortgeführt. In der Ansicht Produktionsprozess sind
die einzelnen Fertigungsschritte durch verbundene Knotenpunkte visuell
vereinfacht dargestellt. Der jeweils aktive Knoten (=Produktionsmodul)
leuchtet grün oder rot, wenn der jeweilige Prozessschritt live in
Bearbeitung ist oder ein Fehler vorliegt und auf Behebung wartet.
Die Produktionsansicht Lagerbestand visualisiert
den aktuellen Lagerbestand der Werkstücke inklusive Mindest- und
Maximalbestand. Ein Bestellpunktverfahren ist hinterlegt. Diese
Produktionsansicht dient ausschließlich der Visualisierung. Die
Produktionsansicht des NFC/RFID-Readers zeigt die Daten des
Werkstücks an und kann dazu verwendet werden, Werkstücke manuell
auszulesen oder zu löschen. Die Rohdaten der NFC-Tags können mit einer
Standard NFC-App von mobilen Geräten mit NFC-Reader ausgelesen werden.
Jedes Werkstück hat eine eigene, unverwechselbare ID und bildet folgende
Daten ab: Status, Farbe und Zeitstempel von Anlieferung bis Versand.
Die Kamera wird ebenfalls über die Produktionsansicht angesteuert und auch die ausgelesenen Werte des Umweltsensors sind hier einsehbar.
Weiterführendes Unterrichtsmaterial Das Unterrichtsmaterial ist im eLearning Portal abrufbar.
