Ausbildung und Industrie 4.0. – Lernumgebung Smart Factory

Die vierte industrielle Revolution hat längst begonnen: Nicht nur Menschen, sondern auch Maschinen, Systeme und Produkte werden mehr und mehr miteinander über Länder- und Unternehmensgrenzen hinaus intelligent vernetzt. Diese rasante Entwicklung, getrieben durch die Digitalisierung, verändert Unternehmensabläufe in allen Bereichen grundlegend und schafft neue Lösungen – vor allem jedoch in der Produktion.
Betriebe und berufsbildende Schulen, die die Mitarbeiter/-innen für die Fabriken der Zukunft ausbilden, müssen sich auf diese rasch entwickelnden Veränderungen in der Arbeitswelt einstellen. Schon während der Ausbildung sollte den Auszubildenden neben neuen Technologien vor allem auch die relevanten Kompetenzen – die sogenannten ‚21st Century Skills‘ – vermittelt werden. Und das funktioniert ehrlicherweise nun einmal nicht mehr „mit Tafel und Kreide“. Vielmehr müssen Schülerinnen und Schüler in handlungsorientiertem Unterricht diese neuen Technologien und Prozesse in komplexen Systemen selbst erleben – und sie so verstehen lernen. 

Eine Smart Factory – oder auf Deutsch intelligente Fabrik – ist eine sich selbst organisierende, intelligent vernetzte Produktionsumgebung, zu der sowohl die Fertigung selbst als auch die Logistik gehören. In der Produktion der Industrie 4.0 kommunizieren physische Elemente und Maschinen netzbasiert. So teilen z. B. Bauteile Informationen über ihre Position mit und dadurch kann überprüft werden, ob sich alle Elemente während des Prozesses zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort befinden. Die Verbindung digitaler Informationen mit physischen Bauteilen gelingt durch den Einsatz von Cyber-Physical Systems (CPS), d. h. softwareintensiver Produktionssysteme, die untereinander und mit den intelligenten Materialien kommunizieren. Optimalerweise laufen in ihr alle Prozesse nur noch über Systeme und mit geringer Beteiligung des Menschen ab.
Zentrale Kennzeichen von Smart Factories sind:

• Intelligente interne und externe Vernetzung von Komponenten, Maschinen, Produkten und Fabriken 
• Einsatz drahtloser Kommunikationstechniken und modernster Kommunikationsmittel zum Austausch von Informationen
• Hohes Maß an Selbstorganisation
• Individualisierte Produktion
• Nutzung von Big-Data-Techniken und von Cloud Computing
• Einsatz von „embedded systems“ (eingebettete Systeme) zur Steuerung und Überwachung

Doch wie kann eine Smart Factory als Lernumgebung ausschauen, die das Arbeiten in der Industrie 4.0 möglichst realitätsnah abbildet? Schauen wir uns doch einmal die Lern-Landschaft Industrie 4.0 an einem Beispiel an. Die Schülerinnen und Schüler lernen und arbeiten an mehreren Modellen, also Maschinen, die je nach Produktionsprozess (z. B. der Produktion von Konferenztischen) kombiniert werden können. Bei den Modellen handelt es sich um Industriekomponenten. So können die Schülerinnen und Schüler Sensoren einbinden oder zum Beispiel an Steuerungen programmieren, die sie später einmal genau so auch im Unternehmen wiederfinden werden. Diese neue Art des Lernens hat den Vorteil, dass Wissen prozessbezogen angewandt wird. 

Im Unterschied zu einer klassischen betrieblichen Lehrwerkstatt ermöglicht das Lernen und Arbeiten in einer Smart Factory, Schülerinnen und Schülern komplexe Strukturen interdisziplinär zu vermitteln. Systemisches Wissen statt Inselwissen heißt die Devise. Warum? Die Smart Factory oder Lernfabrik schafft eine Lernumgebung, in der Analysieren, Handeln und Entscheiden in handlungsorientierten Lernsituationen gefordert wird. Innerhalb komplexer Situationen werden so während des Arbeitens an industrienahen Produktionsanlagen die notwendigen Kompetenzen vermittelt. Die Stärke dieser Herangehensweise: Die Schülerinnen und Schüler lernen die Gesamtheit von Produktionsprozessen an allen Schnittstellen einer Fabrik kennen: Zusammenhänge, Problemlösungen, Störungsanalysen u. v. m. können so nachhaltig gelernt werden.

Um den Herausforderungen der Digitalisierung erfolgreich zu begegnen, müssen bei den Schülerinnen und Schülern vor allem Kompetenzen für interdisziplinäres systemisches Denken gefördert werden. Dies gelingt durch das Lernen in alltagsnahen Situationen in der Smart Factory. Eine weitere notwendige Voraussetzung für ein gelingendes Arbeiten in Lernfabriken sind erste Einblicke in die Grundzusammenhänge der Digitalisierung, die Schülerinnen und Schülern leider nicht selten fehlen. Und nicht erst seit der Teilnovellierung „Digitalisierung“ der Metall- und Elektroberufe mit der Entwicklung der neuen Berufsbildposition „Digitalisierung der Arbeit, Datenschutz und Informationssicherheit“ wird deutlich, wie zentral die Vermittlung dieser Themen auch in der Ausbildung ist. 
Ein optimaler Einstieg in das Thema bietet das Lernpaket Digitalisierung von GEORG mit seinen Themenbereichen:

• Industrie und Arbeit 4.0, 
• Software, 
• Daten und Infrastruktur,
• Assistenzsysteme und Simulationen kennen und nutzen,
• Erwerb von Wissen und Informationen mit digitalen Medien,
• IT-Sicherheit und Datenschutz. 

Hier lernen die Schülerinnen und Schüler interaktiv und multimedial die Basics zum Thema Digitalisierung und sind so gut vorbereitet das Arbeiten in intelligenten Fabriken zu bewerkstelligen – ob zunächst in berufsbildenden Schulen oder später in der Industrie 4.0.

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