ISSN 1611-5546

VDI-BV FRANKFURT-DARMSTADT e.V.

4/2013

AUTOMATISIERUNG

LABORVERSUCHE Seite 14

OMAS KÜHLSCHRANK Seite 19

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„Ich gebe Herzschrittmachern den richtigen Dreh“

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E D I T O R I A L

TECHNIK & MENSCH

„ Quo vadis, Karosse?

KOMMENTAR Liebe Mitglieder, Automatisierung ist heute so verbreitet, so tief in unserer Umwelt verwurzelt, dass sie in vielen Fällen gar nicht mehr bewusst wahrgenommen wird. Es ist selbstverständlich, dass eine Waschmaschine zig Programme zur Verfügung stellt, zwischen denen der Anwender wählen kann. Den Waschablauf steuert und regelt dann die Softund Hardware automatisch. Ausgeklügelte Mess- und Regelmaßnahmen ermöglichen den Betrieb von einer Warte aus, so das gesundheitsgefährdende Arbeitsplätze entfallen. Die Mess- und Regeltechnik kreiert neue Arbeitsplätze für qualifizierte Arbeitskräfte. Automatisierung ermöglicht ein Produkt mit gleicher Qualität in Serie zu erzeugen. Einfache kompakte integrierte Schaltungen mit Multifunktionen sind Bausteine, mit denen schon Vorschulkindern in der KITA spielerisch der Umgang mit technischem Spielzeug üben. Wer heute im Ruhestand ist, hat die rasante Entwicklung miterlebt - von den Logarithmen über den Rechenschieber, dem Taschenrechner zum PC und Notebook. Die Bedienung ist im wahrsten Sinne „kinderleicht“ und mancher Opa lässt sich vom Enkel das neue Handy erklären. Zu entscheiden, ob alles, was angeboten wird auch notwendig ist, sei jedem selbst überlassen. Mit den besten Wünschen grüßt Sie Robert Wiencken

Verein Deutscher Ingenieure BV Frankfurt - Darmstadt Bernusstraße 19 x 60487 Frankfurt/Main

Quo vadis, Karosse? Oder besser noch: Ubi es, Karosse? Ein Blick in die Zukunft der Automatisierungstechnik oder speziell in die Zukunft der Produktions- und Fertigungsautomatisierung macht deutlich, dass diese Fragestellung auf dem Weg zur vierten industriellen Revolution immer wichtiger werden könnte. Auf dem Weg zu Industrie 4.0. Wo bist Du, Karosse? Wo bist Du, Fertigungsgut? Momentan weicht dem Hype um Industrie 4.0. immer mehr der Realismus. So berichteten die VDINachrichten von der Messe SPS/ IPC/Drives, welche Ende November in Nürnberg stattfand: Es war wenig zu spüren von dem Hype um das Thema Industrie 4.0., den man auf der vergangenen Hannover Messe noch erleben konnte. Es herrschte Realismus vor.

einem ganz anderen Blickwinkel. Beispielsweise das Fertigen einer Karosse könnte in Zukunft nicht mehr aus Sicht des Schweißroboters, sondern aus der Sicht der Karosse betrachtet werden. Das Fertigungsgut der Zukunft bewegt sich durch die Fertigungshalle, wie ein E-Mail durch das Internet.

Dabei war es ja auch überaus ambitioniert zu erwarten, dass die sogenannte vierte industrielle Revolution, wie man das Konzept Industrie 4.0 auch nennt, über Nacht umgesetzt wird. Oder dass ein solch weitgehendes Konzept innerhalb eines Jahres die Branche durchdringen wird.

Eine E-Mail, weiß wer sie geschrieben hat, von welchem Teilnehmer sie versandt wurde, von welchem Server sie kommt und zu welchem Server sie noch muss, wie wichtig sie ist und wie ihre Zieladresse lautet. D.h. eine E-Mail ist quasi der Know-How-Träger und nicht der sie weiterleitende Server.

Bei Industrie 4.0. handelt es sich um eine mögliche bevorstehende vierte industrielle Revolution nach Dampfmaschine, Fließbandfertigung und IT in der Fertigung, mit der sich namhafte deutsche Forschungseinrichtungen beschäftigen.

In der Fertigungsautomation ist es derzeit umgekehrt: Dort sind die transportierenden und bearbeitenden Objekte (Roboter) meist die Know-How-Träger und die zu transportierenden und zu bearbeitenden Objekte (Karosse) meist nicht. Dies soll sich aber in Zukunft ändern.

Das Revolutionäre, nämlich die grundsätzlich andere Herangehensweise, macht das Konzept Industrie 4.0 zu einem so interessanten und zum anderen auch so schwer schrittweise in bestehende Anlagen und Applikationen umsetzbaren Ansatz. Industrie 4.0 betrachtet die Dinge aus

Technik & Mensch • VDI BV Frankfurt-Darmstadt 4/2013

Die Idee ist dabei, dass sich ein Fertigungsgut in der Fabrik zukünftig wie eine E-Mail im Internet verhält und einem Bearbeitungsprozess mitteilt, wie es bearbeitet wird und nicht, wie es heute geschieht, umgekehrt. Dabei wäre natürlich eine

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Objektverfolgung des Fertigungsgutes wichtiger denn je und es ergeben sich enorme Möglichkeiten der Validierung von Produktionsabläufen sowie zur drahtlosen Kommunikation zwischen Anlagen und zu bearbeitenden Gegenständen. Die bisherigen Konzepte basieren meist auf RFID-Chips am Fertigungsgut. Die Karosse hat die Information, wo sie herkommt, wo sie hin muss und was gerade mit ihr geschehen soll, als Chip an sich (on board). Der „dumme“ Robbi liest sich seine Tasks aus dem RFID-Chip der Karosse heraus. Um das Konzept allerdings richtig zu nutzen, wäre es darüber hinaus

fundamental wichtig zu wissen, wo sich die Karosse im Werk befindet. Ubi es, Karosse? Wo bist Du, Fertigungsgut? So könnte dann an einer entscheidenden Weggabelung eines Fertigungsguts just in time je nach Bestellwunsch des Kunden reagiert werden.

dass es durch den Ofen mit der höheren Temperatur soll und das Fertigungsgut, sagt dem Ofen, welche Temperatur es haben möchte.

„Quo vadis, Karosse?“ könnte also die fundamentale Fragestellung sein, die mit über Erfolg oder Nicht-Erfolg von Indstrie 4.0. entZwar wird aus einer Karosserie für scheidet. Und nicht zuletzt die ein bestimmtes Modell in der Regel Frage „Quo vadis, Industrie 4.0?“ kein anderes Modell mehr, aber beantworten wird. man könnte sich vorstellen, dass abhängig von der Temperaturbehandlung eines Fertigungsgutes, sich zwei verschiedene Produkte am Ende ergeben können. So könnte Prof. Dr.-Ing. Markus Haid man, wenn man weiß, dass sich Hochschule Darmstadt [email protected] ein Fertigungsgut vor dem Ofen www.ccass.h-da.de befindet, eben diesem mitteilen,

Der Vorstand des BV-F/DA wünscht Ihnen und Ihren Angehörigen ein gesegnetes Weihnachtsfest und einen Guten Rutsch ins Neue Jahr. Es ist nicht genug zu wissen, man muss auch anwenden; es ist nicht genug zu wollen, man muss auch tun. J. W. v. Goethe

In diesem Sinne grüßt Sie der Vorstand unseres BV und die Redaktion der T&M

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Technik & Mensch • VDI BV Frankfurt-Darmstadt 4/2013

E D I T O R I A L

IMPRESSUM

Technik & Mensch HERAUSGEBER

EDITORIAL: Quo vadis, Karosse?......................................................1 T&M KOMMENTAR .........................................................................1 INHALT/ IMPRESSUM .....................................................................3

Verein Deutscher Ingenieure

TITELTHEMEN

Bezirksverein Frankfurt-Darmstadt

Automatisierungstechnik ................................................................4-6 Komplexe Roboterprogramme .......................................................7-9

REDAKTION Robert Wiencken Dietmar Ueberschär Internet: http://www.vdi.de (Bezirksverein Frankfurt-Darmstadt) Email: [email protected]

VERLAG VMK Verlag für Marketing und Kommunikation GmbH & Co. KG Bildquelle: ZVEI-Information (2012)

Faberstraße 17 x 67590 Monsheim Tel.: 0 62 43/909-0 Fax: 0 62 43/909-400 www.vmk-verlag.de x [email protected]

ANZEIGENVERTRIEB Public Verlagsgesellschaft und Anzeigenagentur mbH Mainzer Straße 31 55411 Bingen Tel.: 0 67 21/49 512-0 Fax: 0 67 21/16 227 [email protected]

DRUCK + VERTRIEB VMK Druckerei GmbH Faberstraße 17 x 67590 Monsheim Tel.: 0 62 43/909-110 Fax: 0 62 43/909-100 www.vmk-druckerei.de [email protected]

VDI BEZIRKSVEREIN FRANKFURT-DARMSTADT Veranstaltungskalender ........................................................... 10-13 Die kleinen Physiker .................................................................. 18-19

SATZ & LAYOUT VMK Verlag für Marketing und Kommunikation GmbH & Co. KG Faberstraße 17 x 67590 Monsheim Tel.: 0 62 43/909-0 Fax: 0 62 43/909-400 www.vmk-verlag.de x [email protected] Erscheinungszeitraum: 1/4 jährlich Der Bezugspreis ist für VDI-Mitglieder durch den Mitgliedsbeitrag abgegolten.

URHEBER- UND VERLAGSRECHT Der Verlag haftet nicht für unverlangt eingesandte Manuskripte und Fotos. Alle Rechte vorbehalten. Insbesondere bedürfen Nachdruck, Aufnahme in Online-Dienste und Internet und Vervielfältigung auf Datenträger vorheriger schriftlicher Zustimmung des Verlages.

ISSN: 1611-5546

HOCHSCHULE Umweltingenieurplanung ...............................................................14 Methodenbasierte Wissensvermittlung ...................................... 15-17

ANKÜNDIGUNG NEUER HEFTE Unsere nächsten Ausgaben von Technik und Mensch haben folgende Themen: y Maschinen- und Anlagenbau y XXXXXXXX y XXXXXXXX Das Redaktionsteam freut sich sehr, wenn uns unsere Mitglieder aktuelle Themen von Unternehmen im Bereich unseres Bezirksvereines vorschlagen. Schicken Sie Ihre Vorschläge an das Redaktionsteam e-mail: [email protected]. Titelseite großes Bild: XXXXX Titelseite kleines Bild oben: XXXXXX Titelseite kleines Bild unten: XXXXXXXXXX

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T I T E L T H E M E N

„ AUTOMATISIERUNGSTECHNIK - EIN INTERDISZIPLINÄRES GEBIET MIT VIELEN ANWENDUNGEN 1. Funktionen der Automatisierungstechnik Die Automatisierungstechnik umfasst mehrere technische Gebiete von der Messtechnik, Stellgerätetechnik, Steuerungs- und Regelungstechnik, Computertechnik bis zur Leittechnik. Hauptaufgaben sind das automatische Führen und Überwachen von Prozessen in allen technischen Bereichen. Die Gründe zum Einsatz der Automatisierungstechnik sind vielfältig. Dabei geht es zunächst um den Ersatz menschlicher Bediener und eine präzise Steuerung und Regelung der Prozesse, einschließlich deren Stabilisierung und Dämpfung. Man erreicht dadurch eine hohe und gleichbleibende Prozess- und Produktgüte und kann durch eine automatische Über wachung Sicherheitsanforderungen erfüllen und

Wartungshinweise erhalten. Die Automatisierungsfunktionen sind in mehreren Ebenen organisiert, siehe Bild 1, wie z.B. kontinuierliche Regelung mit Rückführung in der untersten Ebene (Feldebene), Steuerungsfunktionen in einer mittleren Ebene (Apparateoder Maschinenebene) und Optimierung und Planung einschließlich Fehlermanagement in einer höheren Ebene (Anlagen-Leitebene). Die Automatisierungsfunktionen werden überwiegend digital mit Mikrorechnern oder Industrie-PCs ausgeführt, die über Bussysteme vernetzt sind, und deren Funktionen durch prozessorientierte Software unter Echtzeitbedingungen ablaufen. Dieses Prinzip der hierarchisch gegliederten automatisch ablaufenden Funktionen lässt sich

Bild 1: Dezentrale Automatisierung in mehreren Ebenen

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in vielen technischen Bereichen anwenden und ist auch in biologischen und wirtschaftlichen Systemen vorzufinden. Es ist somit ein interdisziplinäres Gebiet, das nach verallgemeinerbaren und weitgehend prozessunabhängigen Funktionsweisen abläuft und deshalb auch mit dem Oberbegriff Kybernetik bezeichnet wird. Im Jahr 2010 war die weltweite Produktion der elektrischen Prozessautomatisierungstechnik nach Angaben des ZVEI [1] 128 Milliarden EUR und ist geographisch entsprechend Bild 2 verteilt. Der jährliche Zuwachs belief sich in den letzten fünf Jahren weltweit auf etwa 3,3%. Deutschland rangierte im Jahr 2010 mit einer Produktion von 12 Milliarden nach China und den USA an dritter Stelle, mit 104.000 Mitarbeitern.

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Dabei teilen sich die Abnehmer auf einzelne Industriebereiche wie folgt auf: Chemie 19%, Energie 15%, Erdöl- und Erdgasgewinnung 15%, Metallgewinnung und Bergbau 10%, Mineralölverarbeitung 9%, Nahrungsmittel 9%, Maschinenbau 8% und Pharmazie 7%. Hinzu kommen noch weitere Bereiche der Mess- und Automatisierungstechnik, z. B. im Bereich der Fahrzeugtechnik und Medizintechnik. Somit hat sich das Gebiet der Automatisierungstechnik zu einem bedeutenden Wirtschaftsgebiet mit einem guten Wachstum entwickelt und stellt einen wichtigen Anteil moderner Prozesse und Produkte dar.

Bild 2: Weltweite Produktion der elektrischen Automatisierungstechnik 2010 [1]

2. Derzeitige Anwendungen und Entwicklungen Obwohl die Automatisierungstechnik durch allgemeine Prinzipien der Steuerungen und Regelungen geprägt ist und damit für verschiedene Anwendungen viele Ähnlichkeiten zeigt, haben sich für die einzelnen technischen Bereiche spezielle Automatisierungssysteme entwickelt. Bild 3 zeigt für fünf ausgewählte Gebiete einige Beispiele. Im Bereich der Fertigungstechnik haben Bearbeitungszentren, verkettete Produktionsstraßen mit industriellen und mobilen Robotern und integrierten Automatisierungsgeräten eine zentrale Bedeutung im Rahmen einer digital geführten Fabrik. Die elektrische Energieerzeugung benötigt schon immer eine präzise Regelung der Kohle-, Kernkraft- und Wasser-Kraftwerke und der Netze. Durch die Hinzunahme von regenerativen Erzeugern in Form von Windkraft-, Solarund Biogas-Anlagen nimmt die Volatilität und Dezentralisierung der Erzeugung stark zu, sodass im Zusammenhang mit (noch nicht realisierten) groß-technischen Speichern große Anforderungen und

Aufgaben an die Netz-Regelung gestellt werden. Die Verfahrenstechnik und das Hüttenwesen werden u. a. durch die knapper werdenden Rohstoffe beeinflusst. Hier können durch weiter optimierte Prozesse und eine verbesserte Regelung Energie und Rohstoffe eingespart werden, wenn, z. B. durch eine verbesserte Regelgüte, die Sollwerte näher an technologische Grenzen herangeführt werden können und Pumpenenergie durch Drehzahl-Regelung anstelle von Drosselventilen eingespart wird. Bei Kaltwalzwerken z.B. hängt der erzielbare Preis der gewalzten Bänder von der Regelgüte der Dicke im Bereich von 5 m ab. Für die Verkehrs- und Fahrzeugtechnik spielt die automatische Regelung ebenfalls eine wesentliche Rolle. Die erzielten Einsparungen im Verbrauch und die stark reduzierten Emissionen bei Verbrennungsmotoren sind nur durch den Einsatz von hochpräzisen Einspritzsystemen, Turboladern, Katalysatoren und Partikelfiltern in Verbindung mit Sensoren und digitalen elektronischen Motorsteuerungen möglich. Bei HybridTechnik & Mensch • VDI BV Frankfurt-Darmstadt 4/2013

antrieben ist der mit Mikrorechnern optimierte, automatisierte Einsatz des Elektroantriebs in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor und der Batterie entscheidend für die Kraftstoffeinsparungen und einen komfortablen Fahrbetrieb. Die großen Fortschritte bei den Fahrerassistenzsystemen der Kraftfahrzeuge mit Antiblockiersystemen (ABS), elektronischer Stabilisierung (ESC), Abstands-Regelung (ACC) beruhen auf der Grundlage von automatischen Regelungsfunktionen und haben die Unfallzahlen deutlich reduziert. Die derzeitigen Entwicklungen haben die automatische Unfallvermeidung durch Einsatz von RADAR- und Kamera-Systemen und das teilautomatisierte Fahren zum Ziel. Weitere Beispiele für die Anwendung moderner Automatisierungssysteme sind fehlertolerante fly-by-wire Flugzeuge, Magnetschwebebahnen, die Raumfahrt und eine zunehmede automatisierte Landwirtschaft. Auch die Geräte der modernen Medizintechnik mit vielen Therapiegeräten und künstlichen Organen beherbergen viele Steuerungs- und Regelungsfunktionen. Für viele Anwendungsge-

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Bild 3: Zur Automatisierung in verschiedenen technischen Bereichen [2]

biete der Automatisierungstechnik findet die Fehlerfrüherkennung im Zusammenhang mit Wartung nach Bedarf und dem allgemeinen AssetManagement ein zunehmendes Interesse und dabei auch eine Telediagnose über die Kommunikationsnetze, besonders in ferne Länder, um Fehler gezielt sofort zu beheben und Reisen einzusparen. 3. Mechatronische Produkte In mehreren Bereichen hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten eine Integration der digitalen Regelung in mechanische und elektrische Komponenten entwickelt. Durch bauseitige und funktionsseitige Integration mit Sensoren, Aktoren und Mikrorechnern entstehen so mechatronische Komponenten [3], [4],

[5]. Beispiele sind elektrische Antriebe, elektro-pneumatische oder elektro-hydraulische Aktoren, Roboter, Kraftstoff-Einspritzsysteme, ABS-/ESC-Bremssysteme und elektrische Servo-Lenkungen. Der Entwurf solcher integrierter Systeme erfordert eine gleichzeitige Betrachtung der elektrischen, mechanischen und elektronischen Funktionen und der in Software realisierten Steuerungs- und Regelungs-Algorithmen. Dabei werden moderne rechnergestützte Entwicklungsplattformen eingesetzt, die z. B. ein rapidcontrol-prototyping (RCP) an Prüfständen oder eine hardware-in-theloop-simulation (HiL) im EchtzeitBetrieb erlauben. Die in das mechanische Produkt integrierte Elektronik bedeutet nicht nur eine Auf-

wertung, sondern erlaubt durch die digitalen Automatisierungslösungen mit präziser Steuerung und Regelung, Adaption und Fehlerdiagnose eine wesentliche Erweiterung der Funktionen mit verbesserter Güte und flexibler Anpassung. Die Automatisierungstechnik ist also nicht nur eine wesentliche Ergänzung der Prozesse sondern ein integraler Bestandteil vieler moderner Prozesse oder Produkte und ermöglicht die Realisierung vieler Innovationen.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik Technische Universität Darmstadt [email protected] www.iat.tu-darmstadt.de/rtp

[1] ZVEI: Produktion Messtechnik und Automatisierungstechnik (Quelle: nationale statistische Ämter), ZVEI-Information (2012) [2] Isermann, R.: Perspectives of automatic control. Control Engineering Practice 19 (2011), S. 1399-1407 [3] Tomizuka, M.: Mechatronics from the 20thtothe 21stcentury. 1st IFAC-Conference on Mechatronic Systems, Darmstadt, (2000), S. 1-10, Proceed. Elsevier, Oxford [4] Isermann, R., Breuer, B., Hartnagel, H. (Hrsg.): Mechatronische Systeme für den Maschinenbau. Ergebnisse des DFG-Sonderforschungsbereiches IMES, Wiley-VCH Verlag, Weinheim (2002) [5] Isermann, R.: Mechatronische Systeme. Springer-Verlag, Berlin 2. Auflage (2008)

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„ Interaktiver Bahneditor zum Erstellen von komplexen Roboterprogrammen Industrieroboter werden heute verwendet, um wiederkehrende Aufgaben mit großer Präzision und großer Geschwindigkeit durchzuführen, gleichbleibende Qualität bei den Produkten und Prozessen zu erreichen und die menschlichen Mitarbeiter in gefährlichen Umgebungen und von anstrengenden Aufgaben zu entbinden. Im industriellen Umfeld werden die Vorteile von robotergestützter Produktion aber vor allem in großen Unternehmen mit hohen Stückzahlen oder lange gleichbleibenden Prozessen eingesetzt, da Zeit und Aufwand, einen Roboter für eine Aufgabe zu konfigurieren, groß sind. Im Gegensatz dazu produzieren kleine und mittelständische Unternehmen oftmals in kleinen Stückzahlen oder schnell veränderlichen Prozessen, wodurch der Robotereinsatz als zu großer und teurer Aufwand erscheint. Am Zentrum für Robotik und Automation der Hochschule Darmstadt wurde der Bahneditor „Firebrand“ entwickelt, der es dem Bediener ermöglicht, in kurzer Zeit Roboterprogramme für spezifische Aufgaben zu entwickeln, und damit die Stillstandszeit des Roboters so gering wie möglich hält. Die Funktionen dieses herstellerunabhängigen Werkzeugs gehen weit über die derzeitigen Möglichkeiten der Offline-Programmierumgebungen der Roboterhersteller hinaus. Unternehmen sind gegenwärtig vielfach mit einem „Industrie 4.0“Szenario konfrontiert, das hoch

Bild 1: Editieren einer Roboterbahn mit Firebrand

dynamische Produktionen und informationstechnische Vernetzung fordert. In diesem Umfeld stellt sich für Firmen mit robotergestützter Produktion oft das folgende beispielhafte Problem: „ACME Labs“ produziert hoch individualisierbare und spezialisierte Produkte. Die Kunden wünschen in kürzester Zeit genau das Produkt, das sie persönlich konfiguriert und zusammengestellt haben. Die Produktauswahl ändert sich bei „ACME Labs“ häufig, in kurzen Zyklen müssen ihre Industrieroboter daher in unbekannten Umgebungen arbeiten und neue, individualisierte Arbeitsschritte durchführen. Bisher waren dafür mehrere Roboterbediener erforderlich, die teilweise tagelang im kleinschrittigen manuellen Teach-In-Verfahren

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den Robotern Posen und Bahnen sowie neue Zellgeometrien beibrachten. Das ist ein sehr teures, arbeitsintensives und langwieriges Vorgehen mit hoher Fehleranfälligkeit. Durch die hohe Einrichtzeit des Roboters kann die vom Kunden gewünschte kurze Lieferzeit nicht garantiert werden.

ROBOTERPROGRAMMIERUNG MIT FIREBRAND Um am Ende der Prozesskette in der Roboterprogrammierung ein lauffähiges Roboterprogramm zu erhalten, sind einige Schritte nötig, in denen der Bediener mit Hilfe des Bahneditors eine 3DSimulation des abzufahrenden Pfades erstellt (s. Bild 2: Prozesskette).

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Bild 2: Prozesskette

Die Bahndaten – also der Weg, der am Ende der Programmierung durch den Roboter gefahren werden soll – können vom Bediener auf verschiedenen Wegen vorgegeben werden. Der FirebrandBahneditor stellt dazu Schnittstellen (über TCP/IP) zur Verfügung, an denen Eingabegeräte angeschlossen werden können. Beispiele für solche Eingabegeräte sind ein 3D-Tracking-System, ein Stereokamerasystem oder die Xbox Kinect. Die Schnittstellenmodule von Firebrand bieten neben der Möglichkeit, Pfade aufzunehmen, auch Map-BuildingAlgorithmen, anhand derer ein Umweltmodell des Roboters in unbekannter Umgebung erstellt werden kann. Des Weiteren bietet der Bahneditor die Möglichkeit, die Zellen- oder Werkstückgeometrie als CAD-Modell einzulesen und

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darzustellen, wodurch eine komplett manuelle Bahnerstellung im Editor ermöglicht wird. Für keinen der Eingangskanäle ist es notwendig, den Roboter zu verwenden oder seine Kinematik zu kennen. Der Bediener kann völlig unabhängig von der laufenden Produktion und den verwendeten Robotermodellen arbeiten. Während der Aufnahme der Eingangsdaten besteht die Möglichkeit, sowohl visuelles als auch AudioFeedback in Echtzeit in Firebrand für den Bediener zu generieren, der damit seine Bahnvorgaben anpassen kann. Um zu gewährleisten, dass die aufgenommenen Bahndaten tatsächlich der Sollbahn entsprechen, keinerlei Aufnahmefehler die Bahndaten verfälschen und die Abstände der Wegpunkte für den Roboter fahrbar sind, werden die Bahn-

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daten im Bahneditor gefiltert und interpoliert sowie eine Anpassung der Orientierung durchgeführt. Die so vorverarbeiteten Bahndaten werden im nächsten Schritt im Bahneditor dreidimensional zusammen mit dem Roboter und der Zell- bzw. Werkstücksgeometrie dargestellt und können vom Bediener manuell bearbeitet werden. So kann die relative Lage der Bahn verschoben, Wegpunkte in Lage und Orientierung verändert und die Bahngeschwindigkeit vorgegeben werden. Auch die Bewegungsbefehle zwischen den Punkten (z.B. lin, ptp, spline) können angepasst werden. Wie bei einem graphischen Zeichenprogramm können Wegpunkte hinzugefügt oder gelöscht und Bahnen auf die Oberfläche bzw. die Kanten vorliegender CAD-Modelle gelegt werden.

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Bild 3: Firebrand-Oberfläche zum Anpassen von Bahndaten und Roboterbewegungen

Anschließend wird im Bahneditor die Bewegung des Roboters entlang des bearbeiteten Pfads simuliert. Hierbei findet eine vollständige Kollisionsprüfung statt, die auch sicherstellt, dass jeder Wegpunkt in der vorgegebenen Orientierung und Position erreicht werden kann. Singularitäten und Konfigurationssprünge können somit erkannt und verhindert werden. (s. Bild 3). Die letzten beiden Schritte können in einem interaktiven und iterativen Verfahren wiederholt werden, bis die Bahn vollständig den Ansprüchen des Nutzers genügt. Im letzten Schritt erstellt der Bahneditor automatisch ein ausführbares Roboterprogramm in einer herstellerspezifischen Programmiersprache (z.B. KRL), welches über eine Schnittstelle direkt zum Roboter übertragen werden kann. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Firebrand bietet verschiedene Möglichkeiten, um Offline-Roboter-

programmierung schnell und einfach durchzuführen. In mehreren mit Industriepartnern durchgeführten Projekten konnte die Praxistauglichkeit des Editors evaluiert werden. Es zeigte sich, dass die Einrichtzeit für Roboteranwendungen bei komplexen Anwendungen von mehreren Tagen auf wenige Stunden reduziert werden kann, indem der Firebrand-Bahneditor statt des Teach-In-Verfahrens eingesetzt wird. Das Ergebnis der Verwendung des Firebrand-Bahneditors ist die einfache und kostengünstige Erstellung eines Roboterprogramms, die sich durch Herstellerunabhängigkeit und leichte Anpassbarkeit an neue Umgebungen auszeichnet. So auch bei „ACME Labs“: Jetzt verwendet „ACME Labs“ den Firebrand-Bahneditor zur Roboterprogrammierung. Ohne stundenlanges Teach-In kann der Bediener nun die Bahn in einfachen Schritten über verTechnik & Mensch • VDI BV Frankfurt-Darmstadt 4/2013

schiedene Eingangskanäle vorgeben, interaktiv nachbearbeiten und validieren. Die Software erstellt ein lauffähiges und kollisionsfreies Roboterprogramm. Dadurch werden Know-How des Bedieners und intelligente Algorithmen und Modelle in einem neuen, effizienten Prozess verknüpft. Die Zusammenarbeit zwischen Bediener und Firebrand erfolgt intuitiv, die Interaktion unterstützt den Benutzer in seinem Vorgehen und hilft ihm, komplexe Programmierprobleme schnell und einfach zu lösen.

B. Eng. Katharina Schneider Prof. Dr.-Ing. Karl Kleinmann, [email protected] Prof. Dr.-Ing. Alexandra WeiglSeitz, [email protected] Zentrum für Robotik und Automation Hochschule Darmstadt

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V E R A N S TA LT U N G S K A L E N D E R V E R A N S T A L T U N G E N

JANUAR BIS MÄRZ

2014

„ VORTRAG

„ SYMPOSIUM

Bevor ein Flugzeug fliegt DVD-Film und Vortrag über A380 Wann: 06.01.2014, 14:00 Uhr Ort: 64390 Erzhausen, Bahnstraße 47 Gaststätte „Zur Linde“ Veranstalter: VDI/VDE Seniorenkreis Referent: Rudolf Thiel Info: Rudolf Thiel, Tel.: 06103 42610 [email protected] [email protected]

23. Frankfurter Sonderkolloquium: Stehen wir bald mit leeren Händen da? Der Raubbau an unserer Erde gestern und heute. Konstruktive Lösungen aus Chemie und Technik für morgen Wann: 23.01.2014, 14:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke, Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ KOLLOQUIUM Werkstofftechnisches Kolloquium: Sicherheitskonzepte und Auswertemethoden für die Baustoffe Glas und Beton Wann: 16.01.2014, 16:00 Uhr Ort: 64283 Darmstadt, Grafenstraße 2 S4/02, 101 Veranstalter: Schweißtechnik, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe Referenten: Dr.-Ing. Peter Hof, Dr.-Ing. Jörg Beyer Info: Dr. J. Ellermeier [email protected] www.mpa-ifw.tu-darmstadt.de

„ ERFAHRUNGSAUSTAUSCH Neue Energien - was steckt dahinter? Gemeinsamer Stammtisch der AK SuJ und 33+, Nicht- und Neumitglieder sind herzlich willkommen! - Jeder Abend hat ein besonderes Diskussionsthema (siehe oben/Titel) und immer gibt es: - Informationen rund um Bewerbung, Berufseinstieg, Berufspraxis und Karriere - Fachübergreifenden Erfahrungsaustausch, Netzwerkbildung und Anlaufpunkt für „Neu-Frankfurter“ Wann: 16.01.2014, 20:00 Uhr Ort: 60326 Frankfurt, Mainzer Landstr. 374 Restaurant Mesón Castellano Veranstalter: AK 33+, Studenten und Jungingenieure Referenten: Dirk Kossmann, Florian Dingler und andere Info: [email protected]

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„ KOLLOQUIUM Werkstofftechnisches Kolloquium: Messunsicherheit beim Zeitstandversuch Wann: 23.01.2014, 16:00 Uhr Ort: 64283 Darmstadt, Grafenstraße 2 S4/02, 101 Veranstalter: Schweißtechnik, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe Referenten: Dr. Stefan Linn Dr.-Ing. Stefan Michelfeit Dipl.-Ing. (FH) Mathias Schein Dr.-Ing. Alfred Scholz Info: Dr. J. Ellermeier [email protected] www.mpa-ifw.tu-darmstadt.de

„ TREFFEN AK-Treffen Frauen im Ingenieurberuf Arbeitskreis-Leitung Frauen im Ingenieurberuf des VDI Bezirksvereins Frankfurt-Darmstadt lädt Sie ein am AK-Treffen teilzunehmen. Wann: 23.01.2014, 19:00 Uhr Ort: 60318 Frankfurt, Nibelungenplatz 1 FH FFM, Gebäude 2, Raum 512 - 516 Veranstalter: Frauen im Ingenieurberuf Referentinnen: Prof. Dr.-Ing. Kira Kastell Dipl.-Ing. Barbara Kempf Info: Barbara Kempf, [email protected]

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V E R A N S T A L T U N G E N

„ KOLLOQUIUM

Ort:

Werkstofftechnisches Kolloquium: Ultraschalltechnik im VHCF-Bereich Wann: 30.01.2014, 16:00 Uhr Ort: 64283 Darmstadt, Grafenstraße 2 S4/02, 101 Veranstalter: Schweißtechnik, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe Referent: Dipl.-Ing. Norbert Schneider Info: Dr. J. Ellermeier [email protected] www.mpa-ifw.tu-darmstadt.de

„ SEMINAR Sanierung von Bauten der 50er und 60er Wann: 31.01.2014 Ort: 65929 Frankfurt, Burggraben 1 Schloss Hoechst Veranstalter: Bautechnik, Denkmalakademie

„ SYMPOSIUM Chemie, Luftqualität und Klima – Wissenschaft für die Gesellschaft Wann: 06.02.2014, 14:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke, Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ KOLLOQUIUM Werkstofftechnisches Kolloquium: Messunsicherheit bei der Bestimmung dielektrischer und resistiver Materialeigenschaften am festen Elektroisolierstoffen Ringversuche im Rahmen der Erstellung der Normenreihe IEC 62631 bei der Internationalen Electrotechnischen Kommission Wann: 06.02.2014, 16:00 Uhr Ort: 64283 Darmstadt, Grafenstraße 2 S4/02, 101 Veranstalter: Schweißtechnik, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe Referent: Dipl.-Ing. Hansgeorg Haupt Info: Dr. J. Ellermeier [email protected] www.mpa-ifw.tu-darmstadt.de

„ VORTRAG Burgund – abseits der Weinroute Bild-Vortrag Wann: 10.02.2014, 16:00 Uhr

64390 Erzhausen Bahnstraße 47 Gaststätte „Zur Linde“ Veranstalter: VDI/VDE Seniorenkreis Referentin: Helga Tietze Info: Rudolf Thiel, Tel.: 06103 42610 [email protected] [email protected]

„ SYMPOSIUM Methanol: Chemie-Rohstoff und Energieträger Wann: 13.02.2014, 15:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ VORTRAG Energiesparhinweise. Auf welche Deklarationen ist zu achten? Gemeinsamer Stammtisch der AK SuJ und 33+, Nicht- und Neumitglieder sind herzlich willkommen! - Jeder Abend hat ein besonderes Diskussionsthema (siehe oben/Titel) und immer gibt es: - Informationen rund um Bewerbung, Berufseinstieg, Berufspraxis und Karriere - Fachübergreifenden Erfahrungsaustausch, Netzwerkbildung und Anlaufpunkt für „Neu-Frankfurter“ Wann: 20.02.2014, 20:00 Uhr Ort: 60326 Frankfurt, Mainzer Landstr. 374 Restaurant Mesón Castellano Veranstalter: AK 33+, Studenten und Jungingenieure Referenten: Dirk Kossmann, Florian Dingler und andere Info: [email protected]

„ EVENT Neumitgliederempfang 2014 VDI Bezirksverein Frankfurt-Darmstadt möchte Ihnen als neuem VDI BV-Mitglied persönlich vorstellen und Ihnen die Gelegenheit geben, die Aktivitäten in unserem Bezirksverein näher kennen zu lernen. Dazu laden wir Sie am zu einem Empfang ein. Der Vorstand und die Leiter der Arbeitskreise stehen Ihnen für Fragen und Anregungen zur Ver fügung und freuen sich, mit Ihnen zu diskutieren. Wann: 21.02.2014, 18:00 Uhr Ort: 60318 Frankfurt, Nibelungenplatz 1 FH Frankfurt, Raum wird noch bekannt gegeben

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V E R A N S T A L T U N G E N

„ VORTRAG Vortragsserie Technische Dokumentation Q I/2014 - Teil 1 Aktuelles Thema siehe VDI-Homepage Wann: 27.02.2014, 18:00 Uhr Veranstalter: Technische Dokumentation Anmeldung: bis 19.02.14 Info: Hartmut Möller Tel.: 06462 9143911 [email protected]

„ VORTRAG „Reise nach Thüringen“ – Eisenach, Weimar, etc. – Bilder-Vortrag Wann: 03.03.2014, 16:00 Uhr Ort: 64390 Erzhausen Bahnstraße 47 Gaststätte „Zur Linde“ Veranstalter: VDI/VDE Seniorenkreis Referent: L. Müller, Neu-Isenburg Info: Rudolf Thiel, Tel.: 06103 42610 [email protected] [email protected]

„ SYMPOSIUM Industrielles Wassermanagement Wann: 13.03.2014, 15:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ ERFAHRUNGSAUSTAUSCH Prism & Echelon - Freund hört mit? Näheres siehe Veranstaltung am 16.01.2014 Wann: 20.03.2014, 20:00 Uhr Ort: 60326 Frankfurt Mainzer Landstr. 374 Restaurant Mesón Castellano Veranstalter: AK 33+, Studenten und Jungingenieure Referenten: Dirk Kossmann, Florian Dingler und andere Info: [email protected]

„ SYMPOSIUM 5. Energiekolloquium der Chemiegesellschaften: Energiespeicher für die zukünftige Energieversorgung –Lösungen aus der Chemie

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Wann: Ort:

27.03.2014, 14:00 Uhr 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ VORTRAG Vortragsserie Technische Dokumentation Q I/2014 - Teil 2 Aktuelles Thema siehe VDI-Homepage Wann: 27.03.2014, 18:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Technische Dokumentation Anmeldung: bis 19.03.14 Info: Hartmut Möller Tel.: 06462 9143911 [email protected]

„ SYMPOSIUM Peak Phosphor: Eine Herausforderung für die chemische Technik Wann: 03.04.2014, 15:00 Uhr Ort: 60486 Frankfurt Theodor-Heuss-Allee 25 DECHEMA-Haus Veranstalter: Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, DECHEMA e.V. Info: DECHEMA e.V., Dr. Rolf Lenke Tel.: 069 7564 267 [email protected]

„ ERFAHRUNGSAUSTAUSCH Industriespionage - ein boomender Mark? Näheres siehe Veranstaltung am 16.01.2014 Wann: 17.04.2014, 20:00 Uhr Ort: 60326 Frankfurt Mainzer Landstr. 374 Restaurant Mesón Castellano Veranstalter: AK 33+, Studenten und Jungingenieure Referenten: Dirk Kossmann, Florian Dingler und andere Info: [email protected]

„ VORSTAND Stammtisch VDI BV FFM-Da Der Vorstand des VDI Bezirksvereins FrankfurtDarmstadt lädt Sie ein an dem ersten Stammtisch 2014 teilzunehmen. Sie werden die Möglichkeit haben die Mitglieder des Vorstandes persönlich und

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V E R A N S T A L T U N G E N

die Aktivitäten in unserem Bezirksverein näher kennen zu lernen. Der Vorstand steht Ihnen für Fragen und Anregungen zur Verfügung und freut sich, mit Ihnen zu diskutieren. Wann: 24.04.2014, 19:00 Uhr Ort: 60487 Frankfurt, Leipziger Str. 20 Restaurant Koriander Veranstalter: Vorstand Anmeldung: bis 21.04.14 Info: [email protected] Parkhaus Adalbertstraße 10 60486 Frankfurt

„ ERFAHRUNGSAUSTAUSCH Flughafen Berlin & Oper Hamburg - Großprojekte Näheres siehe Veranstaltung am 16.01.2014 Wann: 15.05.2014, 20:00 Uhr Ort: 60326 Frankfurt Mainzer Landstr. 374 Restaurant Mesón Castellano Veranstalter: Studenten und Jungingenieure AK 33 + Referenten: Dirk Kossmann, Florian Dingler und andere Info: [email protected]

„ MESSE Großer Bahnhof für die Technik Technikpromotion: Informieren und überzeugen – im Frankfurter Hauptbahnhof Veranstaltungspartner sind: • Unternehmen • Hochschulen und technischen Forschungseinrichtungen • Museen • Technikverbände Wann: 13.05.-19.05.2014, täglich von 8:00 - 20:00 Uhr Ort: Hauptbahnhof Frankfurt Eingangshalle Veranstalter: VDI BV Frankfurt-Darmstadt, VDI BV Rheingau

„ FORUM VDI-Schülerforum 2014 Schülerinnen und Schüler zeigen ihr Können in punkto Technik und Naturwissenschaften: Einzeln oder im Team präsentieren sie Projekte zu Energie oder Bionik, Umwelt- oder Verkehrstechnik, Raumfahrt oder Nanotechnologie. Wann: 13.06.2014, 8:30 Uhr Ort: 60318 Frankfurt, Nibelungenplatz 1 Gebäude 4 Veranstalter: VDI BV FFM-Da AK Jugend und Technik, FH Frankfurt Info: [email protected]

„ ELTERN DER KÜNFTIGEN INGENIEURE, AUFGEPASST! Mitte Januar beginnt die Anmeldung zum VDI-Schüler for um 2014. Ihr Einsatz ist gewünscht: Begeistern Sie ihre Schulkinder für Technik. Sprechen Sie die Schulen und die Lehrer an und motivieren sie, am VDISchülerforum teilzunehmen. Schulklassen als Gasthörer sowie Eltern sind herzlich eingeladen! www.vdi-schuelerforum.de www.facebook.com/VDI.Frankfurt

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„ Umweltingenieurwesen – Nachhaltige Siedlungsplanung - EIN NEUER BACHELOR-STUDIENGANG Da unsere Ressourcen knapper werden, wird effizientes und umweltverträgliches Management immer wichtiger. Doch wie werden Abfälle zurück in den Wertstoff-Kreislauf geführt? Wie wird die Versorgung mit sauberem Trinkwasser gewährleistet? Wie können innerstädtische Brachflächen von Altlasten befreit und wieder der allgemeinen Nutzung zugänglich gemacht werden? Antworten auf Fragen wie diese liefert der neue, ab dem Wintersemester 2013/2014 beginnende Studiengang „Umweltingenieurwesen – Nachhaltige Siedlungsplanung“ der Hochschule Darmstadt mit dem Abschluss Bachelor of Engineering (B.Eng.). Der neue Studiengang vermittelt in sieben Semestern ein breites Grundlagenwissen aus den Bereichen der Natur- und Ingenieurswissenschaften. Dabei fokussieren sich die Studieninhalte insbesondere auf die urbane und nachhaltige Siedlungsplanung, wobei Schwerpunkte auf den Themenfeldern Boden, Wasser, Luft und Energie liegen. Das Grundstudium besteht aus insgesamt drei Semestern und bildet die solide Grundlage für das darauf folgende viersemestrige Hauptstudium. Im Grundstudium werden Module wie z.B. Mathematik, Mechanik, Bodenkunde und Geologie, Physik und Technik, Hydromechanik, Biologie und Chemie, Baustoffkunde, Infrastrukturplanung, Lärm und Luftschadstoffe, Kreislaufwirtschaft/ Abfalltechnik und Umweltrecht angeboten. Im Hauptstudium werden im vierten bis sechsten Se-

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Studierende bei Laborversuchen

mester neben Pflicht-Modulen wie z.B. Altlasten, Siedlungswasserwirtschaft, Ökobilanzen, Wasseraufbereitung, Abwasserreinigung, Bodensanierung/Flächenrecycling auch Wahlpflichtmodule wie z.B. Projektmanagement, Umweltchemie, Wasserbau oder Wasserchemie sowie Wahlpflichtmodule mit fachübergreifenden Qualifikationen (Studium Generale) angeboten. Das Studiengang abschließende Semester bildet ein Praxismodul, das zum Großteil in einer Einrichtung wie z.B. in einem Ingenieurbüro oder in der öffentlichen Verwaltung absolviert wird sowie ein Abschlussmodul in dem die Bachelorarbeit erstellt wird. Im aktuellen 1. Semester werden derzeit 53 Studierende ausgebildet. Parallel zu den Vorlesungen findet bereits im 1. Semester ein Modul Berufserkundung

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und Exkursionen statt, in dem den Studierenden die Inhalte ihres späteren Berufslebens praxisnah vermittelt werden. Weitere Informationen zum Bachelor-Studiengang Umweltingenieurwesen und Kontaktdaten zu Ansprechpartnern findet sich unter der Internetpräsenz des Fachbereichs Bauingenieurwesen der Hochschule Darmstadt www. fbb.h-da.de.

Prof. Dr.-Ing. Stefan Krause [email protected] Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmitt Hochschule Darmstadt juergen.schmitt@h-da

Bildquelle: h_da/Fotos: Jens Steingasser

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„ Eine mögliche Lösung des Bologna-Problems: Methodenbasierte Wissensvermittlung anstatt Frontalvorlesung Der Autor begegnet der Herausforderung der Bachelor- und Masterstudiengänge, in denen in einer verkürzten Ausbildungszeit Wissen mit immer kürzer werdenden Halbwertszeiten vermittelt werden soll und versucht einen Lernprozess in Gang zu setzen, der auch dann noch anhält, wenn die Klausur geschrieben ist oder der Absolvent die Hochschule oder Universität verlassen hat. Für jeden Dozenten sollte das Lehren nicht zum Ziel haben, möglichst viel Stoff (Information) zu vermitteln, sondern hauptsächlich einen Lernprozess in Gang zu setzen, der auch dann noch anhält, wenn die Klausur geschrieben ist oder der Absolvent die Hochschule verlassen hat. Außerdem sollten Unzulänglichkeiten bezüglich Praxisnähe, Anwendungsorientierung und Vermittlung sogenannter Soft-Skills in der Hochschulausbildung ausgeglichen werden. Dies könnte mit einer methodenbasierten Wissensvermittlung anstatt einer reinen Wissensvermittlung (Frontalvorlesung) gelingen. Der Autor setzt die methodenbasierte Wissensvermittlung zum einen in der Veranstaltung Sensorik, die sowohl im Diplom- als auch im Bachelorstudiengang eine Vorlesungsveranstaltung mit einem Umfang von drei Semesterwochenstunden war bzw. ist, und zum anderen in der englischsprachigen Masterveranstaltung namens „Task Planning in unstructured environments“ mit einem Umfang von dreieinhalb Semesterwochenstunden ein.

Die Veranstaltung Sensorik ist dabei ein Paradebeispiel für die Herausforderungen des BolognaProblems, welches sich durch die verkürzte Ausbildungszeit zum einen und zum anderen durch die kurzen Halbwertszeiten unseres Wissens und Inhalten von Vorlesungen darstellt. Die Sensorik ist in der Elektrotechnik ein so weites Feld und birgt ein schier unerschöpfliches Wissen, welches ein Dozent den Studierenden selbst in einer PowerPoint-Frontalveranstaltung mit einer hohen Semesterstundenzahl kaum vermitteln kann. Es gibt nämlich unzählige Sensoren unterschiedlicher Technologien, die vermittelt werden müssten. Außerdem ist das Wissen über Sensoren und die Vermittlung von Eckdaten der Sensoren sehr schnell veraltet. Als Beispiel sei hier die Entwicklung von Bildverarbeitungssensoren in einem Mobiltelefon oder einer Kamera genannt. Diese Sensoren sind u.a. Inhalt der Lehrveranstaltung. Wissen, welches in diesem Zusammenhang den Studierenden vermittelt wird, ist nur ein Semester später, spätestens jedoch dann, wenn die Studierenden ihren ersten Schritt in die Berufswelt wagen, veraltet bzw. nicht mehr aktuell. Die Studierendenzahlen der Veranstaltung Sensorik schwankten in den letzten vier Semestern zwischen 30 und 100 Studierenden. Gestartet ist die Veranstaltung im Wintersemester 2008/09 im mittlerweile auslaufenden Diplomstudiengang mit 100 Studierenden in der Vertiefungsrichtung Automatisierungsund Informationstechnik. Da-

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nach schwankten die Studierendenzahlen in den Semestern 2009/10, 2010/11 und 2011/12 des Bachelorstudienganges mit der gleichen Vertiefungsrichtung zwischen 30 und 60 Studierenden. Somit wurde die methodenbasierte Wissensvermittlung sowohl mit mittelstarken als auch mit einer sehr starken Gruppe durchgeführt. Die Grundidee der Umsetzung der Lehrmethode LernTeamCoaching ist, dass die Studierenden in der Lehre auch die theoretischen Grundlagen aktiv erlernen können. Dabei werden die Studierenden durch den Lernprozess vom Dozenten begleitet, geführt und gecoacht und nicht frontal unterrichtet. Der Dozent ist dabei lediglich beobachtend und beratend tätig, d.h. die Arbeitsteams werden durch Coaching unterstützt. Der große Vorteil liegt nun darin, dass die Studierenden durch Lesen, Diskutieren im LernTeamCoaching-Team (3-4 Studierende, siehe Bild 1), Komprimierung einer Lernzielfragenant¬wort auf ein Flipchartpapier, Präsentieren der Lernzielfragenantwort, Diskussion im Plenum und Vergleich mit der Musterlösung des Dozenten das Wissen aktiv erlernen. Die hier aufgelisteten einzelnen Prozesse der LernTeamCoaching-Veranstaltung werden später noch näher beschrieben. Durch dieses aktive Lernen setzen sich die Studierenden über die etwa fünfzehn Semesterwochen der Veranstaltung intensiv mit der Materie bzw. dem Lerninhalt auseinander, verinnerlichen diesen und können den Stand ihres Wissens verifizieren

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Bild 1: Vorlesung so mit dem Wissensinhalt vertraut, dass sie sofort im Anschluss die Klausur schreiben könnten.

und validieren, wenn Sie anwesend sind. Die Studierenden sind nach der Plenumsdiskussion zu einem Thema der Vorlesung so mit dem Wissensinhalt vertraut, dass sie sofort im Anschluss die Klausur schreiben könnten. Die Studierenden werden somit auch bereits während des Semesters innerhalb der Lehrveranstaltung und nicht erst nach Rückgabe einer guten Klausur durch Erfolgserlebnisse zum Lernen motiviert. Allerdings ist die Veranstaltung als solches für die Studierenden sehr anstrengend und die Anwesenheit ist quasi Voraussetzung. Der Studierende wird vom „Zuhörer“ zum Akteur und der Dozent vom „Vorleser“ zum Coach. Eine Frontalveranstaltung wäre während der Vorlesungszeit viel weniger anstrengend für die Studierenden, aber der Vorbereitungsaufwand kurz vor der Klausur wäre erheblich höher. Aber es gibt noch einen weiteren großen Vorteil der methodenbasierten Wissensvermittlung: Die Studierenden bekommen nicht nur reines Wissen, sondern auch Methoden mit an die Hand bzw. sammeln Erfahrungen in der Anwendung dieser Methoden, mit

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deren Hilfe es ihnen zukünftig möglich sein wird, sich selbst auch

andere Themengebiete der Vorlesungsthematik zu erschließen. Somit kann die für das Anwenden des Lern-Team-Coachings notwendige Stoffreduktion, ruhigen Gewissens durch den Dozenten durchgeführt werden, da die Studierenden in die Lage versetzt werden, sich alle weiteren Sensortechnologien selbst zu erarbeiten. Hinzu kommt, dass die Studierenden mit der methodenbasierten Wissensvermittlung auch ihr Wissen bei einer späteren Auseinandersetzung und Beschäftigung mit der Gesamtthematik Sensorik besser und einfacher aktualisieren können. Dies können dann evtl. auch nur bestimmte Teile der Vorlesung sein, die mit einem neueren Stand der Technik abgeglichen werden müssen. Mit den Methoden und

Der Prozess beispielsweise in der Veranstaltung Sensorik im Wintersemester 2011/12 lief wie folgt ab: 1. Der gesamte Stoff der Lehrveranstaltung teilte sich in folgende überschaubare und für die Studierenden nachvollziehbare Lerneinheiten auf: • Thema 1: „Inertialsensoren“ • Thema 2: „Abstandssensoren“ • Thema 3: „Bildverarbeitungssensoren“ • Thema 4: „Weg- und Winkelsensoren“ • Thema 5: „Verformungssensoren 2. In den ersten Lehrveranstaltungen wurden Gruppen (ca. 3-4 Studierende) gebildet und eine Einführung in das Thema Sensorik gegeben (ca. 2 Doppelstunden à 90 Minuten). 3. Alle Studierenden erhielten am Ende der zweiten Doppelstunde die zehn Lernzielfragen zum Thema 1. Zu den Lernzielfragen gehörten Fragen und Aufgaben zur Funktionsweise und den physikalischen Prinzipien der Sensoren, Berechnungsaufgaben, Datenblattanalysen, Redesign-Fragestellungen und Sensormatrixerstellungen. Außerdem wurden Datenblätter, Kopien von Fachbuchauszügen, pdf-Files und ebooks ausgeteilt. Dieser Vorgang wiederholt sich zum Ende eines jeden Themas als Vorbereitung zum neuen Thema. 4. Jedes Thema hat dann den Umfang von 3 Doppelstunden à 90 Minuten. Im ersten Doppelblock erarbeiten die Teams die Antworten zu den Lernzielfragen. Der Dozent als Coach hört in die Gruppen hinein und unterstützt. 5. Im zweiten Doppelblock werden zu Beginn die Antworten finalisiert und die Gruppen bekommen jeweils eine Frage zugeteilt, zu der sie ihre Antworten innerhalb von 15 Minuten auf einem FlipChart-Papier darstellen müssen. Anschließend erfolgt die Vorstellung und Diskussion der zehn FlipChart-Poster zu den zehn Antworten der Lernzielfragen im Plenum. 6. Der Dozent stellt den Studierenden Fotos der FlipChart-Poster zur Verfügung und hält im dritten Doppelblock eine PowerPoint-Präsentation mit der Musterlösung zum jeweiligen Thema. Diese können die Studierenden dann mit ihren Unterlagen und den Fotos der FlipChart-Poster vergleichen und gegebenenfalls verifizieren und ergänzen. Die Muster Power-Point-Präsentation stellt der Dozent den Studierenden nicht zur Verfügung, da sonst die Motivation der Selbsterarbeitung der Antworten evtl. nicht gegeben wäre. 7. Anschließend erfolgt die Austeilung der neuen Materialien für das nächste Thema.

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Bild 2: Erstellung der Flip-Chart-Poster durch die Gruppen

Bild 3: Diskussion der Gruppenergebnisse mit dem Dozenten und Bewertung der Ergebnisse durch den Dozenten

deren Anwendung ist es den Studierenden möglich ihr Wissen bei Bedarf, beispielsweise beim Berufseinstieg, zu aktualisieren und auf den neuesten Stand zu bringen. Durch eine Evaluation der Lehrveranstaltungen wurde versucht, die Lehre kontinuierlich

zu verbessern. Dabei wurde bei allen bisherigen Veranstaltungen der Prozess der Evaluation der Hochschule Darmstadt durchgeführt. Außerdem wurden Kurz-Feed-backs (Blitzabfrage) nach jeder Lerneinheit durchgeführt. Zusätzlich erfragte sich der Dozent in den Ver-

anstaltungen durch eigens entwickelte Feedbackbögen oder durch Kartenabfragen ein Feedback.

Prof. Dr. Markus Haid Hochschule Darmstadt [email protected]

Aufruf

Liebe Vereinsmitglieder, zu meinem größten Bedauern hat sich Herr Prof. Ueberschär entschlossen, seine sehr effektive Mitarbeit in der Redaktion von Technik&Mensch weitgehend einzustellen. Andere ehrenamtliche Tätigkeiten im VDI und anderen Vereinen fordern einen Zeitaufwand, der für die Redaktionsarbeit keinen Raum lässt. Dieses ist umso bedauerlicher, als Herr Prof. Ueberschär über hervorragende Beziehungen zu den Dozenten der TU-Darmstadt und den Fachhochschulen verfügt und so viele Beiträge beschaffen konnte. Da meine Situation ähnlich ist und ich auf Anraten meines Arztes merklich kürzer treten soll, muss alsbald ein oder mehrere weitere Redaktionsmitglieder gefunden werden, die mit mir die Zeitschrift weiterführen. Sollte das nicht gelingen, so ist der Fortbestand unserer Vereinszeitschrift in der jetzigen Form keines Wegs gesichert.

Ich bitte Sie ernsthaft zu prüfen, ob Sie nicht mitmachen wollen. Die Aufgabe vermittelt Ihnen häufig ungeahnte Einblicke und Hintergrundwissen. In Gesprächen mit den Verfassern der Beiträge bekommen Sie Nachrichten aus einem ganz anderem Blickwinkel. In den mehr als 10 Jahren, die ich die Zeitschrift mitgestaltet habe, wurde ich mit vielen Einblicken belohnt. Die Mitarbeit in der Redaktion ermöglicht Ihnen direkt Einfluss auszuüben. Werden Sie zu einem Meinungsmacher, geben Sie Impulse! Wenn Sie weitere Fragen haben, erreichen Sie mich unter Tel. 06182-24445 oder Mail: [email protected]. In der Hoffnung, bald von Ihnen zu hören, verbleibe ich mit freundlichen Grüssen Robert Wiencken

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„ MA-MINT – Martinus goes MINT Projekt „ Die kleinen Physiker“ Im Juni 2010 hat die Martinusschule Oberstadt das Projekt MAMINT – „Die kleinen Physiker“ gestartet. Im Rahmen dieses Projektes begleitet Prof. Dr. Markus Haid die drei jetzigen zweiten und die drei jetzigen dritten Klassen über die vier Schuljahre hinweg. Herr Haid hat selber zwei Söhne auf der Martinusschule Oberstadt, die in eine der jeweiligen Klasse gehen. Schon als seine Söhne noch den Kindergarten besuchten, begleitete er sie dort mit diversen Physikprojekten und verhalf den Kindertagesstätten, die seine Kinder besuchten, zur Auszeichnung „Haus der kleinen Forscher“. Motiviert von dem Wunsch, seinen Kindern und somit auch den anderen Kindern, frühestmöglich und vor allem kindgerecht die Naturwissenschaft nahe zu bringen und ihnen die Freude an diesem Feld zu vermitteln, ließ er sich auch nicht von Widerständen beeindrucken, denn anfangs wollte keine Einrichtung diese besondere Form der Elterninitiative.

die Kinder aus ihrem alltäglichen Leben kennen und stellt auch immer wieder den Bezug dazu her, z.B. erarbeitet er mit den Kindern, dass Physiker und Ingenieure u.a. Nintendos, Handys und Wii-Spielekonsolen erfunden haben. Unter der Überschrift „Sonne, Mond und Sterne“ beschäftigten sich die Schüler und Schülerinnen mit unserer Erde und dem Weltall und den Größenverhältnissen in unserem Sonnensystem. Hinter der Überschrift Wasser werden Experimente mit Wasser, Eis und Dampf durchgeführt und mit „Omas Kühlschrank“ ganz ohne Strom ein Traubensafteis für jedes Kind hergestellt.

Beim Thema „Musik und Schall“ wird den Kindern erklärt, warum die Kirchturmglocke Bim-Bam und nicht Bim-Bim macht. Weitere Projekte sind „Luft – Daher weht der Wind!“, „Woher kommt der Strom?“, „Navigation/GPS Mit dem Kompass durch Hechtsheim“ und „Viele Fotos sind ein Film – Martinus dreht einen Film“. So erleben die Schülerinnen und Schüler über vier Schuljahre das Projekt MA-MINT – „Die kleinen Physiker“. Mittlerweile veranstaltet Herr Haid mit den Lehrerinnen und Lehrer aller Martinusschulen in Mainz im Auftrag des Bischöflichen Ordinariats verschiedene Workshops, um sie so

In Absprache mit den Klassenlehrerinnen und dem Klassenlehrer führt Herr Haid Physikprojekte mit den Schülerinnen und Schülern durch. Diese Projekte sind thematisch und didaktisch in den stattfindenden Sachkundeunterricht eingebettet. Herr Haid achtet bei seinen Projekten darauf, dass sie sehr alltagsnah gestaltet sind. So verwendet er überwiegend Gegenstände, die

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Das Sonnensystem wird an einem Modell erläutert.

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Bistumsschulen mit Workshops unter der Leitung von Herrn Haid zum Thema MINT veranstaltet. Seitdem werden pro Halbjahr Workshops durchgeführt, so dass die Lehrerinnen und Lehrer der diesjährigen ersten Schuljahre aller Martinusschulen das Projekt MA-MINT auf Basis des von Herrn Haid entwickelten Konzepts eigenständig durchführen können.

„Omas Kühlschrank“

So haben auch die Klassenlehrerinnen der ersten Schuljahre der Martinusschule Oberstadt und der Martinusschule Gonsenheim im Juni 2012 das Projekt inklusive Forscherpass und –diplom eingeführt.

Zum Thema Wasser stellten die Kinder ihr eigenes Traubensaft-Eis her.

zu schulen, dass sie das Projekte selber ohne seine Hilfe durchführen können. Ausgehend vom Projekt MA-MINT der Martinus-

schule Oberstadt hat das Bischöfliche Ordinariat im November 2011 einen Lehrertag für alle Lehrer und Lehrerinnen der

Prof. Dr. Markus Haid Hochschule Darmstadt [email protected]

Zum Höhepunkt des Themas Schall besuchten die Kinder das ZDF Tonstudio und nahmen ihren Klassensong auf.

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„ Neue Lösungen für die Energiearchitektur der Zukunft Deutschland hat sich das Ziel gesetzt, 80 Prozent seines Stromverbrauchs im Jahr 2050 mittels erneuerbarer Energien zu decken. Wind und Sonnenstrahlung sollen dabei die entscheidende Rolle spielen. Diese Energieträger zeichnen sich jedoch durch hohe Volatilität, Nichtsteuerbarkeit und geringe Energiedichte aus. Die Energiewende macht daher eine Transformation des bisherigen Energiesystems notwendig. Es bedarf einer neuen, intelligenten und flexiblen Verknüpfung von Erzeugung, Speicherung und Verbrauch. Technisch besteht die größte Herausforderung bei der Energiewende darin, das fluktuierende Aufkommen von Strom aus Sonne und Wind in den Griff zu bekommen. Das Gebot der Wirtschaftlichkeit legt dabei ein Vorgehen in drei Etappen nahe: Durch bloßen Zubau von Windkraftund PV-Anlagen lassen sich zunächst etwa 35 Prozent des Stromverbrauchs abdecken. Bei diesem Wert liegt die zu installierende regenerative Erzeugungsleistung in der Größenordnung der maximalen Bedarfsleistung des Energiesystems. Es bedarf lediglich der Vorsorge durch konventionelle Reservekraftwerke für die Zeiten, in denen regenerative Energien nicht zur Verfügung stehen. Um einen höheren Anteil regenerativer Energien am Gesamtstromverbrauch zu realisieren, ist dann das Verschieben von Lasten das Mittel der Wahl. Durch die Verlagerung von leistungsstarkem Verbrauch in Phasen eines Erzeugungsüberflusses lässt sich ein Anteil regenerativer Energien am Gesamtstromverbrauch von etwa 50 Prozent erreichen. Soll der Anteil der erneuerbaren Energien noch weiter steigen, bedarf es schließlich reversibler Energiespeicher. Durch eine stärkere leitungsgebundene Verknüpfung von Regionen mit unterschiedlichen Erzeugungsund Verbrauchsmustern, wie der städtischen Ballungsräume mit ihrem Umland, zu regionalen EnergieClustern lässt sich dieser Entwick-

lungspfad effizient unterstützen. Viele ländliche Regionen sind schon heute Erzeuger und Exporteure von elektrischer Energie aus regenerativen Quellen. Die Städte werden sich in den nächsten Jahren von Energieverbrauchern zu Energieweichen wandeln. Sie werden elektrische Energie importieren, exportieren und speichern. Die Grundlage dafür bietet die Verknüpfung der Medien Strom, Gas und Wärme durch neue technische Lösungen und der Ausbau der Photovoltaik im urbanen Raum. Auf dieser Basis kann der urbane Raum dann die fluktuierende Stromproduktion des Umlandes ausgleichen. Die Anforderungen an das vorgelagerte Übertragungssystem werden damit reduziert. Beispielsweise ermöglicht die Powerto-Heat-Technologie in Verbindung mit den städtischen Fernwärmesystemen und Heißwasserspeichern die Absorption großer Mengen überschüssiger Energie aus Solar- und Windkraftanlagen. Diese Energie kann dann zu Heizzwecken und – mittels Absorptionskälteanlagen – auch zur Kühlung von Gebäuden genutzt werden. Eine weitere vielversprechende Technologie ist das Power-to-Gas-Verfahren. Mittels Elektrolyse kann künftig überschüssige elektrische Energie aus regenerativen Quellen dazu eingesetzt werden, um aus Wasser und Strom Wasserstoff und gegebenenfalls in einem weiteren Verfahrensschritt Methan zu gewinnen. Das so erzeugte Gas kann ins Gasnetz eingespeist und dort „gespeichert“ werden. Sind regenerative Energien nicht verfügbar, so kann das grüne Gas in KraftWärme-Kopplungsanlagen wieder hocheffizient in Strom und Wärme verwandelt werden. Theoretisch kann die vorhandene Gasinfrastruktur Deutschland mehrere Wochen lang mit Strom aus Gas versorgen. Schließlich er möglicht die gebäudeintegrierte Solartechnik, dass sich urbaner Raum und ländliches Umland bei der Solarstromproduktion künftig sinnvoll ergänzen. Dünnschichtmo-

dule und organische Photovoltaik können nicht nur auf Dächern angebracht, sondern auch in Gebäudefassaden integriert werden. Vor allem in Städten mit zahlreichen Hochhäusern wie Frankfurt bietet sich dadurch die Möglichkeit, Wände mit Ost- bzw. Westausrichtung so in die Erzeugung mit einzubeziehen, dass es innerhalb eines regionalen Energie-Clusters zu einer ausgeglicheneren Solarstromproduktion kommt. Die Frankfurter Büroturme würden dann Strom vor allem in den Morgen- und Abendstunden erzeugen und diesen auch ins Umland exportieren, während zu mittäglicher Stunde Solarstrom aus dem Umland in die Mainmetropole fließt. Die erforderlichen Technologien für die Energiewende sind schon heute vorhanden, jedoch gilt es den Umbau des Energiesystems so zu koordinieren, dass die volkswirtschaftlichen Kosten so gering wie möglich ausfallen. Außerdem muss der energiewirtschaftliche Ordnungsrahmen an die neuen physikalischen Gegebenheiten angepasst werden. Wir habe weniger eine technische als vielmehr eine gesellschafts- und ordnungspolitische Herausforderung zu meistern.

Prof. Dr.-Ing. Peter Birkner, Technikvorstand der Mainova AG, Frankfurt am Main

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