Von der Idee bis zum fertigen Produkt: DISCOVER INDUSTRY weckt Begeisterung für MINT-Berufe und zeigt, wie Ingenieur:innen heute arbeiten.

Baden-Württemberg ist ein europaweit führendes Hightech-Land. Neben der Automobilwirtschaft und dem Maschinen- und Anlagenbau boomen Branchen wie Medizintechnik oder Umwelttechnologie. Ob „Global Player“ oder „Hidden Champion“ – sie alle brauchen qualifizierten Fachkräftenachwuchs, vor allem Ingenieur:innen. DISCOVER INDUSTRY – ZUKUNFT MIT DRIVE lädt mit einer mobilen Industriewelt Schüler:innen zu einer Entdeckungsreise in den industriellen Produktentstehungsprozess ein.

Im Inneren des Ausstellungsfahrzeugs können die Jugendlichen Einblicke in das Denken und Arbeiten von Ingenieuren gewinnen, erfahren aber auch, welche Perspektiven die wertschöpfende Industrie auch für Informatiker:innen bietet: Zu Beginn des 90-minütigen Workshops gehen sie an einem Touchtable mit jungen Coaches auf Streifzug durch die Geschichte der industriellen Entwicklung. Videoclips, Soundfiles und interaktive Elemente zeigen, wie der gesellschaftliche und technische Fortschritt eine immer effizientere industrielle Serienproduktion ermöglichte. Anschließend versetzen sich die Jugendlichen in die Rolle Start-up-Gründer:innen, die ein neues Produkt auf den Markt bringen möchten. Um sich die passenden Fachkräfte dafür an Bord zu holen, erkunden sie an fünf Arbeitsstationen wichtige Meilensteine der industriellen Produktentstehung. Dabei erleben sie, welche technischen und naturwissenschaftlichen Fächer für die Station wichtig sind und welche Berufe am jeweiligen Produktionsschritt mitarbeiten. Ihre Ergebnisse halten sie auf einer Mindmap auf einem Tablet fest.

Arbeitsstation 1: Konstruktion und Design

Bevor ein Produkt in die Fertigung geht, wird in der Regel zunächst eine CAD-Zeichnung als Entwurf am Computer angefertigt. Oder es werden beim sogenannten „Reverse Engineering“ alte Bauteile, für die es keine digitalen Daten gibt, eingescannt und am Rechner weiterbearbeitet. An der ersten Arbeitsstation können die Schüler:innen deshalb mithilfe eines 3D-Scanners unterschiedliche Objekte in ein digitales Modell umwandeln. Der Scanvorgang wird dabei live am Bildschirm verfolgt und überprüft. Fertige Bauteile können mit den CAD-Daten verglichen werden, um Fehler in der Produktion aufzuspüren. So wird nicht nur die Bedeutung von Mathematik oder Optik deutlich, sondern auch, wofür man digitale Modelle in der Industrie braucht.

Arbeitsstation 2: Versuch und Optimierung

Bei der Entwicklung von Produkten spielt die richtige Auswahl der Materialien eine entscheidende Rolle. Je nach Produkt muss ein Werkstoff bestimmte Kriterien erfüllen, die in Untersuchungen geprüft werden. Auch die Herstellung von Prototypen mit dem 3D-Drucker hilft Ingenieur:innen  dabei, die richtigen Materialien und Bauformen zu wählen. An dieser Station können die Jugendlichen einen 3D-Druck anfertigen, um zu erfahren, wie der Bau von Prototypen funktioniert. Anschließend können sie verschiedenste Materialien und Werkstoffe mit einem hochmodernen Digitalmikroskop auf ihre Oberflächeneigenschaften und auf Fehler untersuchen.

Arbeitsstation 3: Robotik

Koordinatensysteme werden nicht nur in der Mathematik gebraucht, sondern auch bei der Programmierung von Industrierobotern. Bevor diese loslegen können, benötigen sie genaue Anweisungen. An Arbeitsstation 3 programmieren die Schüler:innen einen kleinen Industrieroboter und lotsen ihn in möglichst kurzer Zeit mittels Koordinateneingabe zu vorgegebenen Markierungen. Je nach Klassenstufe arbeiten die Jugendlichen mit einem zweidimensionalen oder einem dreidimensionalen Koordinatensystem.

Arbeitsstation 4: Intelligente Produktion

In der „Smart Factory“ kennt das intelligente Produkt seine Auftrags- und Fertigungsdaten und bestimmt seinen Weg durch die Produktion selbst. Maschinen erfassen diese Informationen, zum Beispiel mithilfe von RFID-Chips (aus dem Englischen: radio-frequency identification, also Identifizierung mit elektromagnetischen Wellen), kombinieren sie mit vorliegenden Datensätzen und setzen entsprechende Aktionen in Gang. In der Fertigung der Zukunft interagieren Produkt, Maschine und Mensch voll vernetzt miteinander. So sind individuell konfigurierte Produkte zum Preis von Massenware möglich. An Arbeitsstation 4 können die Schüler:innen testen, wie eine Befüllungsanlage mit den RFID-Chips auf verschiedenen Dosen „kommuniziert“ und sie individuell befüllt. Ältere Schüler:innen erstellen selbst eine Logikschaltung, um das durch einen RFID-Chip konfigurierte Behältnis durch die Anlage zu steuern.

Arbeitsstation 5: Logistik und Materialfluss

Um in Fabriken Produkte und Waren effizient zu produzieren und reibungslos auszuliefern, müssen alle Materialien, Einzelteile und Produkte zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein. An Arbeitsstation 5 entdecken die Schüler:innen, wie komplex eine intelligente Lagerhaltung und flexible Materialflusssysteme sind. Viele digitale Tools helfen dabei, dass alle Tätigkeiten und Prozesse reibungslos ineinandergreifen. Mithilfe einer VR-Brille können die Schüler:innen in einer virtuellen Umgebung einige Bauteile an einen Motor anbauen. Hierfür brauchen Sie Teile aus der virtuellen Lagerhalle und erleben, wie moderne Intralogistik funktioniert.

Exponate geben Einblick in die Bedeutung der Industrie

Die fünf Arbeitsstationen aus dem Produktentstehungsprozess werden durch vier Exponatwände ergänzt.

Exponatwand 1 behandelt Augmented Reality in der Industrie 4.0. Die Jugendlichen können anhand einer AR-Anwendung auf einem Tablet das Handbuch einer ausgestellten Motorsäge aufrufen. Erläuterungen, Videos und Animationen unterstützen die Jugendlichen bei Wartungsarbeiten wie dem Tausch des Luftfilters oder des Schwerts der Säge.

Exponatwand 2 zeigt verschiedene Exponate und Werkstoffe aus dem Bereich der additiven Fertigung, beispielsweise einen SLA-3D-Drucker, der im Stereolithografie-Verfahren aus flüssigem Harz 3D-Modelle erstellen kann.

Exponatwand 3 illustriert, wie viel MINT-Disziplinen in alltäglichen Produkten wie einem Endoskop, einer VR-Brille, einem induktiven Ladegerät für Smartphones oder einem nachhaltigen Smartphone, dessen Einzelteile ersetzt werden können, stecken.

An Exponatwand 4 können die Schüler:innen digitale Assistenten testen. Bei einem Knobelspiel zur kollisionsfreien Demontage treten sie gegen einen intelligenten Algorithmus an. Eine smarte Datenbrille zeigt ihnen in einer Werkerführung eine Montageanleitung an, hilft, die nötigen Bauteile zu identifizieren und prüft diese auf Vollständigkeit. Beide Assistenzsysteme erleichtern Montageprozesse.

Ein großer Touchtable zeigt in der Mitte des Ausstellungsfahrzeugs mit Bildern und Animationen, wie sich die Arbeitsbedingungen und Fertigungsprozesse von der ersten industriellen Revolution bis hin zur künftigen Industrie 4.0 verändert haben und noch verändern werden. Das Obergeschoss bietet Raum für Workshops zu den Themen „Wie viel MINT steckt drin?“, „Industrie 4.0“ und „Faszination technischer Berufe“. Im ersten Workshop programmieren jüngere Schüler:innen unter Anwendung mathematischer Grundformen und -regeln eine Handy-App oder konstruieren mit einem CAD-Programm einen Fidget-Spinner, der mit einem 3D-Drucker ausgedruckt wird. Wie Vorbilder aus der Natur Antworten und Lösungen auf technische Fragestellungen geben können, wird bei einer Aufgabe zur „Bionik“ deutlich: Mit verschiedenen Materialien muss es den Jugendlichen gelingen, einen Robotergreifarm zu bauen, der nach bionischen Prinzipien entwickelt wurde und besonders beweglich ist. Im Workshop „Industrie 4.0“ lernen die Schüler:innen der Oberstufe nicht nur zukunftsweisende Technologien der Industrie 4.0 wie cyberphysische Systeme, autonome Roboter oder Cloud Computing kennen, sie diskutieren auch die Auswirkungen durch die Digitalisierung der Industrie.

Der Workshop „Faszination technischer Berufe“ zeigt älteren Jugendlichen, wie Ingenieur:innen denken und arbeiten und wie es konkret zum Beruf geht. Für ältere Schüler:innen sind auch die Workshops „Objekt konstruieren – advanced“ und „Handy-App programmieren – advanced“ gedacht, in denen sie ein 3D-Tic-Tac-Toe-Spiel konstruieren bzw. eine Zeichenfläche programmieren, mit der man aufgenommene Bilder direkt bearbeiten und durch Schütteln wieder löschen kann.

Am Ende des Rundgangs tragen die Schüler:innen gemeinsam mit den Coaches die individuellen Ergebnisse der einzelnen Start-ups zusammen.

Technische Daten der mobilen Industriewelt DISCOVER INDUSTRY: DISCOVER INDUSTRY im Fahrzustand