fischertechnik Lernfabrik 4.0 9V V2 - Simulation
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:
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.
Im Trainingsmodell inklusive:
- 6x TXT 4.0 Controller
- NFC/RFID Modul und NFC-Tag
- Umweltsensor
- USB-Kamera
- Ein-und-Auslagerungsstation