Antrag der Verwaltung

1.       Der Ausschuss für Bildung und Finanzen nimmt den Bericht Industrie 4.0 - Aktuelles zur Lernfabrik und Erweiterung der Anlage an der Technischen Schule Aalen im Rahmen des Förderprogramms „Future Communities“ zur Kenntnis.
 

2.       Der Ausschuss für Bildung und Finanzen stimmt der Vergabe zur Erweiterung der Lernfabrik 4.0 an die Firma FANUC Deutschland GmbH zum Angebotspreis in Höhe von 40.457,62 €, an die Firma SCHUNK GmbH & Co.KG zum Angebotspreis in Höhe von 29.306,51 €, an die Firma SPP Safety System Products zum Angebotspreis in Höhe von 6.026,52 € sowie an die Firma Festo Didactic SE zum Angebotspreis in Höhe von 117.053,16 € zu.

Sachverhalt/Begründung

Was ist bisher mit der Lernfabrik geschehen?

Mit der Offiziellen Inbetriebnahme der Lernfabrik an der Technischen Schule Aalen am 21.11.2016 wurde ein umfassendes Konzept zur Integration in den Unterricht und für Fortbildungen erstellt. Ebenfalls erfolgte die Entwicklung einer landesweiten Musterlösung „Industrie 4.0 BW“.

Im Rahmen von Informationsveranstaltungen z.B. auch im Landkreishaus 2017/2018 und Besuchen und Informationsveranstaltungen von ca. 25 - 30 Delegationen aus Politik, Wirtschaft und externen Schulen wurden die neuen Strukturen und smarten Technologien vermittelt. Sowohl Schulen, Kreisverwaltungen und Firmen aus andere Landkreisen (Baden Württemberg, Hessen und Bayern) wie auch Technische Schulen aus China und Singapur wurden die Bedeutung der Vernetzung und Datensicherheit, die Chancen und Umsetzung flexibler und individualisierter Fertigung und die detaillierte technische Umsetzung mit modernster Sensorik und Steuerungstechnik, vermittelt.

Ebenfalls wurde an der Weiterentwicklung und Integration neuer Technologien mittels vier erfolgreichen Technikerarbeiten gearbeitet.

Weitere Projekte wie z.B. Augmented Reality (Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Überlagerung. Bei Fußball-Übertragungen ist erweiterte Realität beispielsweise das Einblenden von Entfernungen bei Freistößen mithilfe eines Kreises oder einer Linie ) sind zur Zeit in der Umsetzung. Um die rasante Entwicklung im Bereich der Digitalisierung und smarten Produktion effektiv in die Ausbildung zu integrieren ist die Erweiterung des Grundlagenlabors um 16 CP-Labs dringend erforderlich. Somit ist der notwendige Technologietransfer in die regionalen Betriebe durch die permanente Integration technologischer Entwicklungen erreichbar.

Wie ist die Lernfabrik in den Unterricht eingebunden?

Die Lernfabrik, bestehend aus inzwischen 24 Grundlagenlabormodellen sowie einer komplexen SmartFactory, wurde im Unterricht in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt und integriert. Sowohl an den Labormodellen wie auch an der SmartFactory werden den Schülerinnen und Schülern die Grundlagen im Bereich der Mechanik, Sensorik und Steuerungstechnik vermittelt. Im Weiteren werden alle innovativen Technologien zur Identifikation, Anbindung an Produktionssteuersysteme und intelligenten Diagnosemöglichkeiten im Bereich Wartung und Instandhaltung vermittelt.

Diese wurde beispielsweise im Schuljahr 2018/2019 wie folgt ausgelastet:

Berufsschule:

In der Berufsschule wird pro Schuljahr die Lernfabrik von ungefähr 36 Klassen mit durchschnittlich 28 SchülerInnen genutzt. Je nach aktuellem Unterrichtsthema beträgt dabei die prozentuale Auslastung zwischen 30 - 100 %.

Fachschule:

In der Fachschule wird pro Schuljahr die Lernfabrik von ungefähr 12 Klassen mit durchschnittlich 26 SchülerInnen genutzt. Dabei beträgt die prozentuale Auslastung zwischen 60 - 90 %.

Die hauptsächliche Nutzung der Lernfabrik liegt bei folgenden Schularten und Berufen:

Berufsschule:

• Industriemechaniker
• Produktionstechnologe
• Mechatroniker
• Elektroniker für Automatisierungstechnik
• Fachinformatiker Anwendungsentwicklung / Systemintegration

Fachschule:

• Elektrotechnik
• Mechatronik
• Metalltechnik

Wie ist die Lernfabrik in den Lehrerfortbildungen eingebunden?

Im laufenden Schuljahr wurden insgesamt 13 landesweite Lehrerfortbildungen mit ca. 200 teilnehmenden Lehrkräften durch die Fachberater der Technischen Schule Aalen durchgeführt.

Ebenso fanden Weiterbildungen für die Nachwuchsstiftung „Maschinenbau“ statt. Die Nachwuchsstiftung hat die Förderung im Bereich Aus- und Weiterbildung zum Ziel. Ein Teil der Förderung besteht in der gemeinsamen Ausbildung von Ausbildern und Lehrkräften.

Mit welchen Firmen bestehen regelmäßige Kooperationen und Entwicklungen?

Die Entwicklung der Lernfabrik 4.0 für den Unterricht als auch für die Betriebe ist sehr positiv. Viele Betriebe haben sich inzwischen über die darin umgesetzten Technologien informiert und mit drei Betrieben herrscht eine aktive Kooperation:

      Carl Zeiss AG, Zulieferant Platinen und Partner der LoK4.0

      EVO Informationssysteme GmbH, Implementierung einer vernetzten Fertigungstechnik im Bereich Werkzeugmaschinen

      FESTO Didactic, Lieferant der Lernfabrik und Partner für die Implementierung weiterer zukünftiger Technologien

Welche weiteren Maßnahmen sollten aus Sicht der Technischen Schule Aalen für die Lernfabrik getroffen werden, um die Wirtschaft sowie Aus- und Weiterbildung in der Region noch intensiver zu fördern?

      Weitere Anschaffung von Grundlagenlabormodellen (CP-Labs) um einen höheren Wirkungsgrad in den einschlägigen Berufen bzw. eine weitere Verbreitung innovativer Technologien in allen Berufsfeldern praxisnah umsetzen zu können.

      Fortlaufende Integration innovativer Technologien in der Smart Factory um diese bereits während der Ausbildung zu vermitteln. Die Schule muss zunehmend modernste Technologien in der Ausbildung vermitteln um die kurzen Innovationszyklen zu kompensieren. Eine Entwicklung hin zu einem „Innovationszentrum Schule“ muss angestrebt werden.

      Technische Unterstützung bei der Instandhaltung und Erneuerung der Geräte um den Focus der Schule auf die didaktische Umsetzung und Vermittlung der Inhalte zu stärken.

In der Sitzung wird den Kreistagsmitgliedern ein kurzer Film zur Lernfabrik 4.0 gezeigt. Die Fachberater der Technischen Schule Aalen, Herr Hörner und Herr Wiedmann, werden gerne für Fragen und weiteren Informationen zur Verfügung stehen.

Erweiterung Lernfabrik 4.0 - Robotik

Um die vorhandene Lücke in der Montagetechnik zur Fertigungstechnik zu schließen, wurde eine Erweiterung der vorhandenen Lernfabrik um Robotik konstruiert. Mithilfe von Roboter-/Handhabungsapplikationen besteht die Möglichkeit, diese Lücke zu schließen.

Der Ostalbkreis als Schulträger hat sich deshalb im Sommer 2018 gemeinsam mit der Technischen Schule Aalen an der Ausschreibung des Projekts „Gemeinde, Städte und Landkreise 4.0 - Future Communities 2018“ mit der Erweiterung der „Lernfabrik 4.0“ beteiligt und eine Förderzusage erhalten. Der Förderbescheid in Höhe von 100.000,00 € wurde am 13.12.2018 vom Ministerium für Inneres, Digitalisierung und Migration, Herrn Minister Strobl, überreicht.

Bei der Erweiterung der Lernfabrik 4.0 unter dem Projektnamen „Digitale smarte Produktion in einer Industrie 4.0-Umgebung unter Einsatz von kollaborierenden Systemen und Virtual Reality“ geht es konkret um die Anbindung und Integration eines Handlingsystems in eine komplexe Cyber-Physical-Factory (hier stellvertretend Cyber-Physical-Labs). Dabei werden verschiedene Eckpunkte wie Schnittstellen, Datenkommunikation, Sicherheit, Kosten und Smart Maintenance beleuchtet. Im neu einzurichtenden Labor für Handhabungstechnik und Automatisierung sollen grundlegende Fragen aus dem Bereich Smart Production untersucht, realisiert und bewertet werden. Hierbei stehen anwendungsorientierte Lösungen unter dem Aspekt „Smart Factory“ im Vordergrund. Ziel des Projekts ist es, eine Verkettung von CP-Labs im Labor zu realisieren und diese mittels eines kollaborierenden Roboters mit der Peripherie und dem MES-System (Manufacturing Execution System) zu verbinden. Als Manufacturing Execution System (MES) wird eine prozessnah operierende Ebene eines mehrschichtigen Fertigungsmanagementsystems bezeichnet. Oft wird der deutsche Begriff Produktionsleitsystem synonym verwendet. Das MES zeichnet sich gegenüber ähnlich wirksamen Systemen zur Produktionsplanung, den sog. ERP-Systemen (Enterprise Resource Planning), durch die direkte Anbindung an die verteilten Systeme der Prozessautomatisierung aus und ermöglicht die Führung, Lenkung, Steuerung oder Kontrolle der Produktion in Echtzeit. Dazu gehören klassische Datenerfassungen und Aufbereitungen wie Betriebsdatenerfassung (BDE), Maschinendatenerfassung (MDE) und Personaldatenerfassung, aber auch alle anderen Prozesse, die eine zeitnahe Auswirkung auf den Fertigungs-/Produktionsprozess haben.

Der Begriff des MES bezieht sich in der Regel auf ein mehrschichtiges Gesamtsystem, das die betriebswirtschaftlichen berichtenden und die Produktion planenden Ebenen des ERP des Unternehmens und den eigentlichen Fertigungs- bzw. Produktionsprozess in der Fertigungs- bzw. Automatisierungsebene abdeckt. Insbesondere dient das MES der fortlaufend steuernden Durchsetzung (engl. execution) einer bestehenden und gültigen Planung und der Rückmeldung aus dem Prozess.

Zu den möglichen Zukunftsszenarien gehört die unmittelbare Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Eine Schlüsselqualifikation für die künftige Berufswelt ist das Thema Sicherheit in Bezug auf eine stärkere Kollaboration zwischen Roboter-Systemen und Beschäftigten (Mensch-Maschine-Interaktion).

Smart Production mit Robotertechnik

1. Intelligente Roboteranlagen für Industrie 4.0

In den Industriebetrieben von morgen sind alle Maschinen miteinander vernetzt. Sie kommunizieren miteinander und tauschen untereinander Daten aus. In dieser Industrie-4.0-Welt spielen Roboter eine immer größere Rolle. Dies hat zwangsläufig Auswirkungen auf die Produktionsprozesse der Unternehmen. Roboter sind beweglicher, präziser, anwenderfreundlicher und besser auf den Schutz der Mitarbeiter ausgerichtet. Der „Kollege“ Roboter (collaborative robot) hat Fingerspitzengefühl entwickelt.

Seit Beginn dieses Jahrzehnts hat sich die Zahl der weltweit installierten Industrieroboter mehr als verdoppelt. Diese hohe Wachstumsdynamik der letzten Jahre forderte ein verstärktes Engagement der Schulen, sich diesem Thema verstärkt zu stellen.

2. Robotertechnik an der Technischen Schule Aalen

2.1 Vorhandene Roboterapplikationen

An der Lernfabrik der Technischen Schule Aalen sind zwei Roboter eingesetzt:

      Be- und Entladung der Fräsmaschine

      Einsetzen von Platinen und Bestückung der Platinen mit Sicherungen

Roboterzelle LS3 an einer CNC-Fräsmaschine CMX600V

      Be- und Entladung der CNC-Fräsmaschine

2.2 Roboterzellen zur Vermittlung von Roboterkenntnissen

Im Rahmen der Erweiterung der vorhandenen smarten Roboterapplikationen werden mehrere Roboterzellen beschafft. An diesen können die Schülerinnen und Schüler Grundlagen (Berufsschule) und Vertiefungen (Techniker) erlernen, die dann an den Applikationen der Lernfabrik bzw. der CNC-Fräsmaschine CMX600V umgesetzt werden können.

Die Roboterzellen können flexibel verwendet werden:

      Die Roboterzellen sind auf fahrbaren Wagen flexibel einzusetzen

      Die Roboterzellen simulieren die Roboterzelle an der CNC-Fräsmaschine CMX600V

      Die Roboterzellen simulieren die Smart Factory. Dabei werden an die Roboterzellen je drei Module (CP-Labs), wie sie an der Lernfabrik zu finden sind, angedockt.

3. Einbindung der Roboterzellen in den Unterricht

3.1 Berufsschule

Mit der Teilnovellierung der Lehrpläne 2018 hat die Robotertechnik in alle technischen Berufen Eingang in die Bildungspläne gefunden. Deshalb werden die Berufsschulklassen im Bereich Metall- und Elektrotechnik im Grundlagenlabor Robotertechnik unterrichtet.

Zwingend ist die Robotertechnik für folgende Berufe:

      Industriemechaniker

      Produktionstechnologen

      Mechatroniker

      Elektroniker für Automatisierungstechnik

      Fachinformatiker Anwendungsentwicklung / Systemintegration

3.2 Fachschule

Für die Techniker ist ein vertieftes Wissen zum Thema Robotertechnik notwendig. Neben der Programmierung steht hier die Vernetzung mit Produktionsanlagen (hier: CP-Labs) im Vordergrund.

Einsatz für folgende Fachschulen:

      Mechatronik

      Maschinentechnik

      Elektrotechnik

4. Lehrerfortbildung

Die Roboterzellen werden im Zusammenhang mit den bereits existierenden Roboterapplikationen in der künftigen Lehrerfortbildung (Inhouse und landesweit) eingesetzt. Für Winter 2019/2020 ist bereits eine Lehrerfortbildung zusammen mit der Firma Fanuc in Vorbereitung.

Vergabe

Erst seit der offiziellen Übergabe des Bewilligungsbescheids durch Herrn Minister Strobl am 13.12.2018 in Stuttgart konnte die Verwaltung ganz intensiv an der Vorbereitung der Ausschreibung arbeiten.

Am 11.06.2019 wurden die Lose

1. Grundlagenpaket Roboter

2. Grundlagenpaket Greifer

3. Lichtvorhang als Schutztür

4. Lineareinheit zur Simulation einer Maschinentür

5. Grundlagenlabore

öffentlich ausgeschrieben.

Submissionstermin war der 09.07.2019.

Im Anschluss an die Submission wurden die Angebote durch die Verwaltung unter Einbeziehung der Geschäftsbereiche Vergabe und Rechnungsprüfung und der Technischen Schule Aalen geprüft.

Alle in der Ausschreibung vorgegebenen Voraussetzungen werden von den Firmen erfüllt. Um die zügige Umsetzung und zeitnahe Inbetriebnahme gewährleisten zu können, und, da die Fördergelder des Ministeriums für Inneres, Digitalisierung und Migration, bis spätestens Oktober 2019 mittels Verwendungsnachweis abgerufen werden müssen, beantragt die Verwaltung die Genehmigung der Vergabe durch den Ausschuss für Bildung und Finanzen in seiner heutigen Sitzung. Die Lieferzeiten belaufen sich auf voraussichtlich mehr als drei Monate.

Los 1: Grundlagenpaket Roboter

Für das Los 1 (Grundlagenpaket Roboter) wurde ein Angebot von der Firma FANUC Deutschland GmbH abgegeben.

Vergabevorschlag:

Firma FANUC Deutschland GmbH, Bernhäuser Str. 36, 73765 Neuhausen a.d.F.,

Angebotspreis i. H. v. brutto 40.457,62 €.

Los 2: Grundlagenpaket Greifer

Für das Los 2 (Grundlagenpaket Greifer) wurde ein Angebot von der Firma SCHUNK GmbH & Co.KG abgegeben.

Vergabevorschlag:

Firma SCHUNK GmbH & Co.KG, Bahnhofstraße 106-134, 74348 Lauffen am Neckar, Angebotspreis i. H. v. brutto 29.306,51 €.

Los 3: Lichtvorhang als Schutztür

Für das Los 3 (Lichtvorhang als Schutztür) wurde ein Angebot von der Firma SSP Safety System Products abgegeben.

Vergabevorschlag:

Firma SSP Safety System Products, Max-Planck-Str. 21, 78549 Saichingen, Angebotspreis i. H. v. brutto 6.026,52 €.

Los 4: Lineareinheit zur Simulation einer Maschinentür

Für das Los 4 (Lineareinheit zur Simulation einer Maschinentür) wurde kein Angebot im Rahmen der öffentlichen Ausschreibung abgegeben.

Im weiteren Verlauf wird hierfür eine beschränkte Ausschreibung durchgeführt.

Los 5: Grundlagenlabore

Für das Los 5 (Grundlagenlabore) wurde ein Angebot von der Firma Festo Didactic SE abgegeben.

Vergabevorschlag:

Firma Festo Didactic SE, Rechbergstr. 3, 73770 Denkendorf, Angebotspreis i. H. v. brutto 117.053,16 €.

Der Vergabe entsprechend den Vergabevorschlägen wird zugestimmt.

Finanzierung und Folgekosten

Im Haushalt 2019 sind finanzielle Mittel in Höhe von 200.000 € veranschlagt.

Anlagen

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