GBS - FACHSCHULE FÜR TECHNIK UND WIRTSCHAFT FERRY PORSCHE CHALLENGE - BEWERBUNG der zur FERRY PORSCHE CHALLENGE - GBS Leipzig
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FERRY PORSCHE CHALLENGE
BEWERBUNG der
GBS – FACHSCHULE FÜR
TECHNIK UND WIRTSCHAFT
zur
FERRY PORSCHE CHALLENGE
1
DAS PROJEKT
In einer digitalen Lernfabrik sollen Bela- Nach erfolgreicher Digitalisierung der Klas-
dungssensoren in vier Fertigungslinien in senzimmer aus Mitteln des Digitalpaktes
Losgröße 1 hergestellt werden, mit dem des Freistaates Sachsen sollen die ausge-
vorrangigen Ziel die Zukunfts- und Hand- wählten Unterrichtsräume mit einem PC-
lungskompetenzen in einer zunehmenden Kabinett mit den, größtenteils analogen, La-
digitalisierten Produktion zu stärken. boren in einem Experimentalnetz vernetzt
werden.
Mithilfe der Fischertechnik Fabriksimulation
soll ein Einblick in die Industrie 4.0 vermit- Ein Schwerpunkt liegt dabei auf daten-
telt werden. Zusammen mit Softwareanbie- schutzrechtlichen Aspekten, und die
tern wie SAP wird ein realistisches Szenario Grundlagen des Grundschutzhandbuches
einer Internet-of-Things-Verwendung in des BSI finden eine praktische Umsetzung.
der Produktion nachgestellt. Der schwerwiegende Hack bei Solarwinds
in der Netzwerkmanagementlösung Orion
Dazu sind vier Fertigungslinien mit 3-D-
zeigt, wie wichtig die Kompetenzentwick-
Druckern mit automatisierten Produktions-
lung im Bereich der Datensicherheit ist.
abläufen geplant. Diese vier Fertigungsli-
nien kommunizieren miteinander mittels ei- Zu Beginn der Bewerbungsphase zur Ferry
nes separaten Netzwerks, um den Fach- Porsche Challenge „digitale Schule“ wurde
schülerinnen und Fachschülern (SuS) die in einem Kick-Off-Meeting mit den Lehr-
Grundaspekte des Schwarmverhaltens in kräften besprochen, welche gemeinsame
der Produktion näherzubringen. Alle vier Lernsituation in der GBS in den Fachrich-
Fertigungssysteme bauen auf cyber-physi- tungen Betriebswirtschaft, Elektrotechnik
schen Systemen (CPS) auf und sollen soweit und Informatik angewandt werden kann.
wie möglich mittels Open- Source-Ansät- Sehr schnell konkretisierte sich die Lernsitu-
zen in Hard- und Software realisierbar sein. ation auf vier Produktionslinien für ein Bau-
teil der Fahrzeugindustrie, welches von den
Fachschülerinnen und Fachschülern ent-
worfen, dimensioniert und auch produziert
werden soll. Dabei wurde großer Wert da-
rauf gelegt, dass alle drei Fachbereiche im
Projekt eng zusammenarbeiten.
2
Inhaltlich wird bei der komplexen Lernsitu- hergestellt werden können, um die Grund-
ation auf das Y-Modell von Scheer zurück- lagen der Werkstoffkunde mit den Fach-
gegriffen, auf das auch im Lehrplan zum schülerinnen und Fachschülern im Lernfeld
Lernfeld „Industrie 4.0“ in den einleitenden 5 zu behandeln.
Worten zur Fachschulausbildung in Baden-
Die produzierten Einzelteile sollen über ein
Württemberg verwiesen wird.
automatisiertes Förderband in verschie-
Bei dem Produkt für die Automobilindustrie dene Ablagen sortiert werden. Dazu ist eine
hat man sich für einen Belastungssensor Schrittketten-Programmierung und die
entschieden, der den Fahrzeugführer mit Modulierung des Prozesses als Petri-Netz
einer App den Beladungszustand seines vorgesehen. Die Datenpunkte werden mit-
Fahrzeuges bzw. Anhängers in Echtzeit tels OPC uA und MQTT mittels Mikrokon-
übermittelt. Durch überladene Fahrzeuge trollern (Arduino, ESP 8266, ESP 32, Raspery
geschehen immer wieder fatale Unfälle, Pi) mittels der Open-Source -Software
ohne dass sich der Fahrzeugführer bewusst Node Red und in den Programmierspra-
war, dass die maximale Beladung seines chen Phyton und C++ verarbeitet und visu-
Fahrzeugs überschritten wurde. alisiert. Dabei werden die Lernziele im Lern-
feld 8 und 9 der Fachschule Elektrotechnik
Dieses Bauteil soll der Grundbaustein für
angewendet und praktisch umgesetzt.
die Anwendung in verschiedenen Lernfel-
dern sein. Es soll mittels eines 3-D-Druckers
3
EINBINDUNG
DER SUS IN DIE
BEWERBUNGSPHASE
Nach Festlegen der Lernsituation wurden In einer weiteren Zeiteinheit recherchierten
die Schülerinnen und Schüler in die Planung sie Projektgrundlagen zu:
mit einbezogen.
• 3-D-Druckern und deren Druckverfah-
Da in dieser Zeit nur Distanzunterricht ren,
möglich war, wurde das Projekt mit Big- • lizenzpflichtige und Open-Source-Soft-
BlueButton, einer Konferenzplattform für ware für 3-D Drucker und
Schulen und Hochschulen des Freistaates • Aspekte des Datenschutzes und der
Sachsen, angestoßen. Die SuS wurden in DSGVO.
vier verschiedenen Gruppen in Gruppen-
Die SuS der Fachrichtung Informatik plan-
räumen (Breakout Session) zugeordnet, um
ten die grundlegenden Netzwerkkompo-
ihren Projektauftrag zu bearbeiten.
nenten, um eine Investitionsplanung in der
Der Projektauftrag wurde bewusst sehr frei Netzwerktechnik vornehmen zu können. Im
gewählt, um die Kreativität der SuS zu för- Bereich der Netzwerkdienste wurde ein
dern. Konzept zu einer interaktiven Website im
Rahmen der Lernsituation gemeinschaftlich
Die SuS der Fachrichtung Elektrotechnik
entwickelt. Diese Ergebnisse sind in die Be-
entwickelten Konzepte und einzelne Mo-
werbung eingeflossen und wurden bei der
delle zu den zu fertigenden Beladungs-
Investitionsplanung der benötigten Kom-
sensoren.
ponenten berücksichtigt.
Dabei kristallisierten sich 3 Konzepte her-
aus:
• Sensor nach kapazitivem Messverfahren
• Sensor nach optischem Messverfahren
• Sensor mit Kontakten
4
KOMPETENZ-
FÖRDERNDE
LERNSITUATION
Die Handlungskompetenz wird in Bezug zu vermittelt und die Medienkompetenz in-
den Grundlagen der Digitaltechnik durch nerhalb der digitalen Fabrik gefestigt.
die Anwendung in der Kombinatorik der
Die Daten werden mittels zu realisierenden
Lichtschranken beziehungsweise der Schal-
API (Application Interfaces) von den SuS der
ter gefördert.
Fachschule für Informatik aufgearbeitet. Die
Da die vier Produktionslinien ein Schwarm- aufbereiteten Daten werden den SuS der
verhalten darstellen, kann sehr flexibel und Betriebswirtschaft für die Grundlagen zur
kostengünstig auf Aufträge der Kunden re- Materialbeschaffung zur Verfügung ge-
agiert werden. stellt.
Weil es sich bei den einzelnen Fertigungs- Das Experimentalnetzwerk zum Vernetzen
strecken um ein cyber-physisches System und zu Netzwerkmanagement, sei es lokal
handelt, werden die Daten gesammelt und oder mittels Cloud, wird von den SuS ge-
an Datenbanken weitergeleitet. plant, aufgebaut und auf Sicherheitsas-
pekte geprüft. Dieses Netzwerk fungiert au-
Die SuS begleiten über 75“ Monitore und
tonom vom Schulnetz. Dabei beinhaltet es
eine Videobrille je Produktionslinie den
ein eigenes Managed WLAN für die Pro-
Produktionsprozess und erhalten grundle-
duktion. Durch Planung, Aufbau und Ein-
gende Medienkompetenzen im Umgang
bindung von Cloud-Diensten wird die
mit MES (Manufacturing Education Sys-
Handlungs- und Zukunftskompetenz der
tem). Dadurch werden verschiedene An-
SuS gesteigert.
sätze der HMI (Human Machine Interface)
5
LERNZIELE DES PROJEKTES In der Aufgabenstellung „Das vergessene und 8 „Netzwerkanwendungen entwickeln Labor“ sollen sich die Schülerinnen und und anpassen“ für die Informatik, die Lern- Schüle in ihren jeweiligen Fachbereichen felder 4 „Finanzierungsentscheidungen (Betriebswirtschaftslehre, Elektrotechnik, treffen und Investitionen vorbereiten“ und Informatik) Gedanken machen, wie sie sich 6 „Beschaffungs- und Bereitstellungspro- für ihre Schule ein „digitales Labor“ vorstel- zesse gestalten“ für die Betriebswirtschaft len. Gleichzeitig sollen die SuS lernen, Situ- und die Lernfelder 4 „Elektronische Schal- ationen in ihren jeweiligen Lernbereichen tungen und konzipieren“ und 8 „Steue- zu modellieren und Aussagen situationsge- rungs- und regelungstechnische Systeme recht zu interpretieren: eine Kompetenz, die analysieren, programmieren und testen“ für im vorliegenden Projekt durch Anwen- die Elektrotechnik abgedeckt. Das Beson- dungsbezug in Form von realen Experimen- dere an den Lernzielen ist, dass sie zwar for- ten vertieft werden soll. Dabei werden in mulierbar, aber schwer messbar sind. Dafür hohem Maße die Lernfelder 7 „Netzwerk- fördern sie die Kreativität der SuS. dienste planen, bereitstellen und betreiben“ 6
LERNAUSGANGSLAGE Die 44 Schülerinnen und Schüler der Klas- einem informationstechnologischen, kauf- sen 20.I2, 20.B2 und 20.E2 im Alter von 23- männischen oder elektrotechnischen Beruf 37 Jahren befinden sich in einer zweijähri- sowie mindestens ein Jahr Berufserfahrung. gen Fachschulausbildung zum/r staatlich Die Labore für Elektro-, Gebäude- und Au- geprüften Techniker/in für Informatik oder tomatisierungstechnik besitzen mehre Ti- Elektrotechnik bzw. zum/r staatlich geprüf- sche für die Theoriearbeit für bis zu zwölf ten Betriebswirt/in. Ein kleiner Teil davon SuS und mindestens genauso viele Praxis- besitzt die allgemeine oder Fachhochschul- arbeitsplätze, die jeweils für die jeweiligen reife. Die restlichen SuS verfügen über ei- Schwerpunkte ausgestattet sind. Außerdem nen Realschulabschluss und alle besitzen befinden sich im Raum ein Beamer, eine Ta- eine abgeschlossene Berufsausbildung in fel sowie ein Flipchart. 7
Präsentation der Unterrichtsziele erfolgt in
einer Präsentation innerhalb der Webkon-
ferenz. Damit werden die Lernziele für die
Schüler formuliert und sind während der
gesamten Unterrichtseinheit sichtbar und
die Schüler erhalten, wie auch von Meyer
(2004) gefordert, eine transparente Leis-
DIDAKTISCHE tungserwartung und der Unterricht wird
durch die Zielklarheit strukturiert.
BEGRÜNDUNG Diese Phase des Unterrichts wird durch ein
Die Auswahl des Projektinhalts begründet elektronisches Tafelbild, auch mittels einer
sich aus den Anforderungen der jeweiligen Webkonferenz, visuell unterstützt. Gerade
Lehrpläne für die Fachschule in den Fach- zu Beginn eines neuen Themas kann durch
richtungen Informatik, Betriebswirtschaft die Lehrkraft das Themengebiet abge-
und Elektrotechnik. Der Wechsel zwischen steckt werden, denn die Gefahr bei der
individuellen und kollektiven Arbeitspha- Selbstaneignung ist sonst, dass die SuS
sen soll eine breite Aktivierung der Schüler noch nicht ganz einschätzen können, was
ermöglichen. für das komplette Thema relevant ist.
Außerdem soll sich durch Methodenviel- In der darauffolgenden Gruppenphase sol-
falt, unter Einbeziehung der digitalisierten len die SuS von der Lehrkraft zugewiesene
Klassenzimmer, an einem Kriterium guten Aufgaben in Gruppen erledigen. Die Aus-
Unterrichts orientiert werden. Da das vor- wertung und Beantwortung etwaiger Fra-
liegende Projekt häufig die Einführung in gen erfolgt nach der ersten Aufgaben-
ein neues Thema darstellt, welches aber runde grundsätzlich im Plenum. Gerade
auf die Kenntnisse vorangegangener Lerni- das Vernetzen von Wissen und die Eigen-
nhalte und auch mögliche Erfahrungen aus aktivität der SuS, wie es auch der Lehrplan
dem Berufsleben aufbaut, wird zu Beginn fordert, steht hierbei im Vordergrund (vgl.
ein Brainstorming durchgeführt. Dadurch Staatsministerium für Kultus 2017, S.13).
können so noch einmal die wichtigsten Im Anschluss an diese Übungsphase wird
Lerninhalte der vergangenen Wochen ins durch die Lehrkraft in einem gemeinsamen
Gedächtnis gerufen werden. Dabei wird Unterrichtsgespräch das Erlernte noch ein-
sehr viel Wissen abgefragt, ohne dass die mal zusammengefasst.
SuS schon konkrete Vorstellungen abge-
Zum Abschluss gibt die Lehrkraft noch ein
ben müssen.
Fazit und einen Ausblick für die kommen-
Dieses aktivierte Wissen wird benötigt, um den Phasen des Gesamtprojekts, um einen
den Einstieg in die Thematik zu erleichtern. Ausstieg aus dem Thema des gerade bear-
Mit diesem Einstieg erfolgt auch gleichzei- beiteten Projektteils zu finden
tig eine Zielorientierung im Sinne Hatties
(vgl. Hattie 2018), da den SuS die berufli-
che Relevanz sichtbar wird. Die
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INVESTITIONSPLAN
Menge Produkt Gesamtpreis
2x GS-2326 + Lancom L2 Switch 26 Port (LMC Kategorie B)
890,12 €
2
GS-3152X Lancom L3 Switch 48 Port (LMC Kategorie C)
1 2.021,81 €
Wlan AP L-322agn dual Wireless Access Point (LMC Kategorie A)
3 1.710,03 €
PoE ++ Injector Lancom
3 353,43 €
WLC 1000 Wlan-Controller (LMC Kategorie B)
1 4.758,81 €
LMC 5-Jahres-Lizenzen (SDN) für obige Geräte
5.408,55 €
(3x LMC-A-5Y, 2x LMC-B-5Y, 1x LMC-C-5Y, 1x LMC-D-5Y)
(Fortsetzung auf der nächsten Seite)
9
Menge Produkt Gesamtpreis
Netzwerkinstallationsleitung Cat 7
Digitus Cat.7A S/FTP 500m simplex Dca
1 412,64 €
19“ Gehäuse abschließbar
Digitus DN-19 09-U-EC 19 Zoll Wandgehäuse (Voelkner)
1 89,93€
Quint Controller Dock zum Lagern und Aufladen
von bis zu 5 Multimediabrillen
2 1.501,78 €
Rasperry Pi400ES Desktop Computer-Kit 4 GB 4 x 1,8 Ghz inkl. Netzteil,
inkl. Maus, inkl. HDMI-Kabel
(1x Lehrer und 4x Laborplätze Schüler)
5 674,95 €
(Fortsetzung auf der nächsten Seite)
10Menge Produkt Gesamtpreis
82-Zoll Monitore Medion Life X 178821 als Dashboard im Labor
3 3.397,00 €
Wandhalterung VESA 600 x 300 mind. 50 kg Belastung
3 165,00 €
1 Klassenraumlizenz EPlanP8 (Planungssoftware Elektrotechnik) ca. 3.000 €
1 Samsung STN WM55H/EN Standfuss rollbar 601,95 €
Samsung Flip WM55H als digitales Flipchart (e-systems)
1 1.299,00 €
EPSON ELPDC13 Dokumentenkamera
1 454,35 €
(Fortsetzung auf der nächsten Seite)
11Menge Produkt Gesamtpreis
Ultimaker S5 3D Drucker Dual Extruder inkl. Software
4 26.156 €
SPS 1500 S7-1500C Starter Simatic S7-1500 Starter Kit
4 7.035,60 €
Siemens SIMATIC HMI KTP400 COMFORT 6AV2124-2DC01-0AX0
4 2.823,16 €
4 Siemens SIMATIC OPC UA S7-1500 MEDIUM 6ES7823-0BA00-1CA0 959,24 €
Siemens IoT Gateway IoT 2050 (Dual Core) 6ES76470BA000YA2
4 1.396,00 €
(Fortsetzung auf der nächsten Seite)
12Menge Produkt Gesamtpreis
Festo Didactic Station Transportband 548705 D:ML-S-HA-M
4 5.236,00 €
Linearaktuator 24 V Elektrozylinder 2000N
12 666 €
Reflexions Lichtschranke Datalogic S100-PR-5-B10-PK
24 1.079,76 €
Rollen Ultimaker NFC PLA Filament 2.85 mm (750g)
8 308,00 €
(Fortsetzung auf der nächsten Seite)
13Menge Produkt Gesamtpreis
Multimediabrille Epson Moverio BT 350
8 7.140,00 €
Raspberry Pi 4 1,5 Ghz 4GB
4 231,20 €
Raspberry Pi PoE Shield
4 99,80 €
Fischertechnik Education Lernfabrik 4.0 24V
4 19.996,00 €
Gesamtbetrag 99.766,11 €
14Erstellt mit den Klassen 20B2, 20E2 und 20I2 der GBS – Fachschule für Technik und Wirtschaft Mahlmannstraße 1-3 04107 Leipzig www.gbsleipzig.de 15
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