Im Zuge der vierten industriellen Revolution und der steigenden Nachfrage nach Digital Twins betritt Fastems die digitale Welt und bietet einzigartige Möglichkeiten für Universitäten und weitere Bildungseinrichtungen. Hierzu zählen insbesondere die Digital-Manufacturing-Lösungen von Fastems, die eine Plattform für Schulungs-, Weiterbildungs- und Forschungsaktivitäten bereitstellen. Mit diesen virtuellen Systemen gelangt die Fertigung direkt in die Unterrichtsräume und schafft so eine interaktive Lernumgebung. Darüber hinaus sind die Studenten nun nicht mehr auf Fertigungshardware angewiesen, wenn sie das Erlernte in der Praxis anwenden möchten.
Digital-Manufacturing-Lösungen beinhalten zwei Optionen: lokale und Cloud-Installationen. Die Cloud-basierte Lösung, für die lediglich ein Internetzugang und ein Web-Browser erforderlich sind, stellt eine äußerst einfache Möglichkeit dar, um die flexible Fertigung auf anschauliche Weise zu erläutern. Die leistungsfähigere Lösung ist jedoch die lokale Installation. Diese Option umfasst einen physischen Leitrechner und die Möglichkeit, Visual Components für die Simulation von Fertigungsaktivitäten zu nutzen. Beide Versionen werden mit dem erforderlichen Begleitmaterial bereitgestellt, damit Sie die Lösung direkt nutzen können – ganz so wie bei einem echten Fertigungssystem.
Wenn Sie noch nicht vollkommen überzeugt sind, lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie die Tampere University (TAU) von ihrem virtuellen FFS („Virtual FMS“) profitiert und wie ihr die Schaffung einer virtuellen Lernumgebung gelungen ist.
Wachsende Nachfrage nach einem virtuellen FFS
Das allererste virtuelle FFS erhielt die TAU Anfang Juni 2018 und wurde Ende 2019 erstmals als Lernumgebung eingesetzt. Seit jeher pflegen Fastems und die TAU eine enge Beziehung, was unter anderem auf die zahlreichen gemeinsamen Forschungsprojekte sowie auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass zahlreiche Fastems-Mitarbeiter ihr Studium an dieser Universität absolviert haben. Die TAU ist zudem Mitglied des Training-Center-Konsortiums und hat im Rahmen ihrer Lehraktivitäten bereits das Fastems Training Center, unsere FFS-Lerneinrichtung in Tampere, und das zugehörige FFS genutzt.
Auch wenn es sich hierbei um eine herausragende Lerneinrichtung handelt, besteht in Bezug auf das Training Center doch ein Problem: Ein Großteil der verfügbaren Zeit wird für die Einweisung in das System aufgewendet. Wie auch schon auf der TAU-Website bemerkt wird: „Die Herausforderung hinsichtlich der Ausbildung im Bereich großer technischer Systeme besteht darin, den Lernenden ein praxisnahes Erlebnis zu bieten. Mithilfe virtueller Modelle und Visualisierungen lässt sich das Verhalten dieser Systeme einfacher erläutern.“
Dies bedeutet also, dass Studenten zunächst unter Verwendung des Virtual FMS in einer interaktiven virtuellen Lernumgebung in das Thema Fertigung eingewiesen werden und anschließend die Gelegenheit erhalten, im Training Center mit dem echten System zu arbeiten. Wie bei realen Fertigungssystemen werden die Grundprinzipien der Fertigung zuerst anhand des Virtual FMS erlernt und können anschließend im Training Center in der Praxis angewandt werden. Dies hat wesentliche Vorteile: Die Lernkurve steigt schrittweise und nicht steil an, und die grundlegenden Fertigungskonzepte werden auf wesentlich verständlichere Weise vermittelt.
Zuverlässigkeit, Leistung und Flexibilität mit dem Visual-Components-Modell simulieren
Das Herzstück des Virtual FMS ist der Station Commander: eine Komponente, die Manufacturing Management Software (MMS) hostet und sämtliche Fertigungsaktivitäten innerhalb des Systems ermöglicht. Der Station Commander fungiert somit als Schnittstelle (Mensch-Maschine-Schnittstelle, HMI) zwischen Bediener und Hardware. Zudem kann er an weitere Komponenten angebunden werden, z. B. Bildschirme, um auf einen Blick zu sehen, welche Vorgänge im Fertigungssystem ausgeführt werden und was der Bediener tut. Ferner ist für die simultane Nutzung der MMS die Anbindung zusätzlicher PCs möglich.
Abbildung 1. Systemarchitektur
Einen zentralen Bestandteil des Virtual FMS stellt die Erweiterung um ein Visual-Components-Modell dar. Das Modell fungiert als Fertigungshardware des virtuellen Systems und kann detaillierte Simulationsaktivitäten ausführen, damit Sie die Zuverlässigkeit, Leistung und Flexibilität Ihres virtuellen Systems hautnah erleben und ebenso anschaulich demonstrieren können. Das Modell ist mit der MMS verbunden und kann die Fertigung in Echtzeit ausführen, sodass sich die unterschiedlichen Fertigungsaktivitäten im Handumdrehen visualisieren lassen. Da Visual Components außerdem über VR-Unterstützung verfügt, können Sie direkt in Ihr virtuelles Werk eintauchen und sämtliche Prozesse buchstäblich vor Ort miterleben.
Von der Lieferung zur Wissensvermittlung
Die Schaffung dieser besonderen Lernumgebung entstand aus der Notwendigkeit, die Fertigung in die Unterrichtsräume zu bringen. Für die TAU war das Virtual FMS die perfekte Plattform für dieses Vorhaben und dient daher nun als Basis für die neue Lernumgebung.
Nach Lieferung und Installation des Systems wurden die Mitarbeiter im Hinblick auf die Nutzung der MMS und aller zugehörigen Funktionen geschult. Anschließend konnten sie das virtuelle System erkunden und sich mit seinen zahlreichen Funktionen vertraut machen. Da unsere virtuellen Systeme über eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten verfügen, sind den Kunden bei der Konzipierung von Übungen keine Grenzen gesetzt. Übungen wie auch sonstige Aktivitäten lassen sich individuell auf ihre Bedürfnisse und Möglichkeiten zuschneiden.
Konzipierung der Übungsstruktur
Einige Wochen nach Auslieferung des Systems begann die TAU mit der Ausarbeitung der Übungsstruktur für die bevorstehende Einführung des Lehrgangs „Introduction to Production Engineering“ (Einführung in die Fertigungstechnik). Die Übungen wurden konsekutiv aufgebaut, d. h., jede Übung baut auf den vorigen Übungen und Vorlesungen auf. Dies bot den Studenten die Möglichkeit, ihr Wissen schrittweise zu vertiefen, ohne von der Flut an Informationen überfordert zu werden. Vor der Aufnahme des virtuellen Systems in den Lehrplan blieb den Studenten nichts anderes übrig, als das Training Center ohne jegliche praktische Erfahrung mit Fertigungssystemen zu besuchen. Dies hatte zur Folge, dass sie sich innerhalb kürzester Zeit eine enorme Menge an Wissen aneignen mussten.
Die TAU entwickelte vier Übungen und kombinierte diese mit einer Reihe von Vorlesungen, in deren Rahmen den Studenten eine umfassende Übersicht über die Fertigung geboten wurde. Die Übungen begannen mit einer Einführung in die MMS; anschließend wurde die Komplexität der Themen allmählich gesteigert. Im Rahmen der zweiten und dritten Übung wurden die Studenten unter Anwendung des Virtual FMS sowie eines echten FFS in die Grundlagen der flexiblen Fertigung und die Fertigung von Teilen eingewiesen. Das Ziel der abschließenden Übung bestand darin, alles Erlernte miteinander zu verknüpfen und den Studenten die relevanten Aspekte der Fertigung näherzubringen. Hierzu zählte beispielsweise die Bestimmung von relevanten Kennzahlen für verschiedene Zielgruppen. Denn einem Geschäftsführer beispielsweise werden die täglichen Vorgänge im System kaum so wichtig erscheinen wie einem Fertigungsmitarbeiter. Nachdem sie die Gelegenheit hatten, die Abläufe von der Werkstatt bis hin zur Führungsebene in der Praxis kennenzulernen, waren die Studenten dank ihrer Kenntnisse in Bezug auf die unterschiedlichen Aspekte der Fertigung schließlich in der Lage, die Anforderungen verschiedener Mitarbeiter im Unternehmen gezielt zu identifizieren.
Zum Ende des Lehrgangs konnten die Studenten ein umfangreiches Know-how über die flexible Fertigung vorweisen. Sie kannten die grundlegenden Abläufe in der Werkstatt und konnten ihr Wissen für die Ermittlung von KPIs für die verschiedenen Zielgruppen einsetzen. Dank dieser umfassenden Einführung in die Fertigung sind sie nun in der Lage, ein tieferes Verständnis in diesem Themenbereich zu erlangen.
Wenn Sie mehr über die Übungen erfahren möchten, lesen Sie diesen Artikel.
Ausblick
Das Feedback der Studenten nach dem Lehrgang war derart positiv, dass man an der Universität von der Idee begeistert war, das Virtual FMS künftig auch in weiteren Lehrgängen einzusetzen. Aus diesem Grund plant die TAU nun, das Virtual FMS als festen Bestandteil des Kurses „Introduction to Production Engineering“ beizubehalten und seine Simulations- und Virtual-Reality-Funktionen auch für weitere Lehrgänge zu nutzen. Dies hat den Vorteil, dass Studenten ihre Fertigkeiten weiterhin schrittweise ausbauen können und nicht mehr die Gefahr besteht, dass sie angesichts einer riesigen Menge von Informationen resignieren, und dass die TAU weiterhin sämtliche herausragenden Funktionen des Virtual FMS nutzen kann.
Darüber hinaus beabsichtigt die TAU, ihr Lehrangebot und ihre Forschungsaktivitäten um die Bereiche Datenanalyse und Digital Twins zu erweitern. Hierfür wäre das Virtual FMS die optimale Plattform, da es eine höchst realistische Fertigungsumgebung simuliert und somit zahlreiche interessante Daten liefern kann.
Weitere Informationen zum TAU Virtual FMS finden Sie unter https://research.tuni.fi/virtualfms/