Roboter in der Schule

Die Industrie 4.0 steht im Zeichen der Mensch-Roboter-Kollaboration. Um die Fachkräfte von morgen fit für die Zukunft zu machen, steht das Thema Automatisierung ganz oben auf dem Lehrplan. So etwa in der Carl-Benz-Schule Koblenz: Mit einem kollaborierenden Roboter von Universal Robots lernen die Schülerinnen und Schüler nicht nur die Theorie, sondern können sie auch mit Freude in die Praxis umsetzen.

Im Rheinland-Pfälzischen Koblenz, wo sich Mosel und Rhein vereinen, steht die Carl-Benz-Schule. In der berufsbildenden Einrichtung werden 2.500 Berufs- und Fachschüler*innen für technische Berufe ausgebildet. Viele der Lernenden absolvieren parallel zur Schulzeit ihre Lehre in einem Ausbildungsbetrieb. Aber auch im Rahmen einer Weiterbildung kommen Schüler*innen an die Schule. Die Carl-Benz-Schule zählt zu den Vorreitern für moderne Lehrmethoden. Seit 2018 ist sie eine prämierte Smart School, was Schulen gebührt, die ihren Schützlingen ein ausserordentliches digitales Bildungsangebot bieten.

Neben Digitalisierung wird auch das Zukunftsthema Automatisierung in Koblenz grossgeschrieben. Paul Muders ist passionierter Lehrer an der Carl-Benz-Schule. Seine Schüler*innen unterrichtet er in Metalltechnik sowie Physik, gleichzeitig treibt er den gesamten Robotik-Bereich an der Berufsschule voran. «Automatisierung wird nicht nur in der Industrie immer wichtiger, sondern sollte insbesondere als elementarer Baustein des Bildungsweges anerkannt werden», fordert Muders. Er hat die Relevanz für das Thema früh erkannt und forciert mit Leidenschaft den Ausbau des Zusatzangebotes an seiner Schule. «Die Fachkräfte von morgen sollten so früh wie möglich mit Robotik in Berührung kommen, um so etwaigen Vorurteilen oder Berührungsängsten frühzeitig entgegenzuwirken und für ihren beruflichen Werdegang vorbereitet zu sein.»

Robotik seit Jahren im Lehrplan verankert – als ungreifbare Theorie

Im Lehrplan der Carl-Benz-Schule Koblenz ist die Robotik seit Jahren verankert, wurde allerdings lange Zeit nur als ungreifbare Theorie gelehrt. Schüler*innen lasen von Roboter- und Automatisierungsanwendungen aus dem Schulbuch. Die praktische Umsetzung geschah in der Regel erst nach dem Schulabschluss im Betrieb und musste teilweise von der Pike auf erlernt werden. Von einem handlungsorientierten Unterricht war dies weit entfernt. Als das Land Rheinland-Pfalz im Rahmen des Zukunftsprojekts «Industrie-4.0» zum Handeln aufrief, stand der nächste Schritt für die Berufsschule bereits fest: die Anschaffung praxisnaher Roboter.

Ohne Schutzumhausung nahe am Roboter sein

Zunächst fiel die Wahl auf ein konventionelles, klassisch ausgelegtes Modell, das den Lernenden einen ersten Einblick in die praktische Automatisierungstechnik liefern sollte. Gleichzeitig trennte aber aufgrund seines Einsatzgebietes eine Schutzumhausung die Schüler*innen von dem Roboter, weshalb die Lehrerschaft das Angebot der Berufsschule um einen kollaborierenden Leichtbauroboter ergänzte. «Wir haben gesehen, dass das Thema Robotik sowohl in der Industrie als auch in der Lehre immer wichtiger wird. Wir entschieden uns deshalb, einen kollaborierenden Roboter von Universal Robots (UR) anzuschaffen, um den Schüler*innen zu zeigen, wie man auch Hand in Hand zusammen und sicher mit einem Roboter arbeiten kann», erklärt Muders.

Aufmerksam auf Universal Robots ist der Lehrer dank der UR Online Academy und schliesslich einer virtuellen Messe des Robotikexperten geworden: «Im Rahmen der Cobot Exference besuchte ich den Vortrag über Roboter an berufsbildenden Schulen», erinnert sich Muders. «Da das genau unser Thema war, nahm ich Kontakt zum Sprecher des Vortrags auf und war direkt an der richtigen Adresse gelandet.» Mit der Unterstützung von Sven Krüger, Technical Support Western Europe bei Universal Robots, hielt schon nach kurzer Zeit eine Cobot-Schulungszelle Einzug in das Klassenzimmer der Carl-Benz-Schule Koblenz.

Praxisnaher Robotik-Unterricht

Seit diesem Schuljahr ergänzt ein kollaborierender Roboter vom Typ UR3e die Schüler*innen als neuer Klassenkamerad. Im neu geschaffenen Fach Industrierobotik werden die Lernenden nun mit Unterstützung des Cobots geschult. Die Cobot-Zelle ist Teil eines modularen Schulungskonzepts von Universal Robots. Ausgestattet mit zwei Förderbändern, einem Greifer und einem Teach Panel können sowohl Lehrer als auch Schüler Programmieraufgaben mit dem UR3e in die Tat umsetzen. Das Universal Robots Education Konzept besteht aus der Online Academy, einem Offline-Simulator, der Schulungszelle sowie umfassenden Unterrichtsmaterialien, die auf der Academy aufbauen.

Komplettlösung, um Robotik einfacher und angenehm in den Unterricht zu integrieren

«Mit dem Universal Robots Education Konzept möchten wir Lehrkräften eine Komplettlösung an die Hand geben, um das Thema Robotik in einfacher und angenehmer Weise praktisch in den Unterricht zu integrieren», konkretisiert Sven Krüger, der dieses Projekt massgeblich vorantreibt. Das von Universal Robots geschnürte Paket unterstützt Berufs-, Hoch- und Fachschulen, Ausbildungsabteilungen und andere Bildungseinrichtungen und erleichtert die Integration von Robotern in den Unterricht. «Cobots eignen sich besonders gut dafür, in den Schulalltag integriert zu werden, denn zum einen sind sie im Umgang sehr sicher und zum anderen zeichnen sie sich durch die einfache Programmierbarkeit aus», so Krüger weiter. «Wirklich jeder kann einen Cobot programmieren, sodass insbesondere Schüler ein schnelles Erfolgserlebnis geniessen.»

Schulungskonzept leicht gemacht

Die Basis des Konzepts bildet die Online Academy von Universal Robots. «Ich habe meinen Schüler*innen schon in der Vergangenheit die Videos der Online Academy gerne vorgeführt, da sie die Grundlagen der Robotik perfekt erklären», erinnert sich Lehrer Muders. «Dass alle weiteren Bausteine des Education Konzepts darauf aufbauen, freut mich sowie die Schüler*innen umso mehr.»

Da sich viele Schulen und Bildungseinrichtungen nicht zwangsläufig mehrere Cobot-Schulungszellen leisten oder mit einer Finanzspritze von ihrem Bundesland rechnen können, bietet der Offline-Simulator eine passende Ergänzung zum Schulungskonzept. Muders: «Ich stelle meinen Schüler*innen Programmieraufgaben, die sie über den Offline-Simulator am PC vollziehen.»

ONLINE- UND OFFLINE-PROGRAMMIERUNG PERFEKT VERZAHNT
 Die Software Robot Programming Suite (RPS) von ArtiMinds

Simulator-Aufgaben live testen

Hierfür erhalten seine Schützlinge am Computerbildschirm wichtige Wegpunkte und bringen dem Roboter die nötige Programmlogik bei. Sobald sie die Aufgabe erfüllt haben, kann Muders das eingespeicherte Programm über den Schulserver beziehungsweise einen USB-Stick an die reale Cobot-Zelle übertragen und das Ergebnis live testen. Als Teil des Gesamtkonzepts und wertvolle Ergänzung erhalten die Lehrkörper und Schüler*innen informative Unterrichtsmaterialien, welche speziell auf die Verwendung der Online Academy, des Offline-Simulators sowie der Verwendung der Cobot-Schulungszelle abgestimmt sind. Sie bestehen aus einem Lehrer-Guide sowie einem umfassenden Workbook für die Schüler*innen.

Spass, wenn die eigene Programmierung glückt

Ganz konkret sieht das dann so aus: «In den Tutorials in der Online-Academy lernen wir unter anderem den Aufbau und die Bedienung des Roboters», berichtet Katrin Bader, Auszubildende beim Gasdruckfederhersteller Stabilus in Koblenz. «Zum Beispiel wird dort auch erklärt, wie die Ausrichtung des Greifers funktioniert oder wie wir dem Cobot beibringen, sich einen bestimmten Weg zu merken. Das gelernte Wissen setzen wir erst in der virtuellen Simulation um und sehen schliesslich am richtigen Roboter, ob es funktioniert.»

Den Schüler*innen macht das Lernen am Roboter viel Spass, denn dank des modularen Aufbaus sehen sie direkte Erfolge und freuen sich, wenn die eigene Programmierung glückt. Aber auch Muders strahlt: «Die Integration des UR-Cobots in den Unterricht hat gezeigt, dass die Wissensaneignung sehr einfach und angenehm funktionieren kann. Im Vergleich zu einem konventionellen Industrieroboter finden die Schüler*innen einen deutlich schnelleren Zugang zum Cobot. Ich kann sie viel früher selbstständig an ihrem Roboter-Klassenkameraden arbeiten lassen.»

Einfach, verständlich, sicher – effizient in die Industrie 4.0

Da Roboterapplikationen unter die Maschinenrichtlinie fallen, muss auch immer eine Risikobeurteilung für die jeweilige Applikation erstellt werden. Hierbei wird festgestellt, dass von der Roboteranwendung keine Gefahr für den Menschen ausgeht. Eine Schulungszelle ist hier nicht ausgenommen. Da die Praxisaufgaben aus dem Universal Robots Education Konzept hier klare Lösungsvorgaben und Hilfestellungen enthalten, werden die Schüler*innen in der Programmierung in ein vorher bereits bewertetes Programm geführt. Natürlich auch durch die kontinuierliche Aufsicht der Lehrkraft. Damit ist die Verwendung des Universal Robots Education Konzepts nicht nur einfach und lehrreich, sondern es hilft der Schule und dem Lehrer auch die erwartete Sicherheit zu gewährleisten.

Innovativen und zeitgemässen Lehrplan anbieten können

Aber Schule wäre nicht Schule, wenn es nicht auch mal etwas zum Lachen gäbe: «Mit dem Cobot kann man fast alles machen. Ich habe ihn so programmiert, dass er sogar meinen Namen schreibt», lacht Ihab Harb, Auszubildender bei der Firma Stabilus, verschmitzt.

Muders indes ist sichtlich froh, dass er das Thema Robotik zur richtigen Zeit angestossen hat und die Carl-Benz-Schule Koblenz mit Universal Robots einen kompetenten Partner für didaktische Konzepte finden konnte. «Nicht jede Lehrkraft schüttelt mal so einfach ein ganzes Schulungskonzept aus dem Ärmel. Deshalb unterstützen wir Berufsschulen mit dem Universal Robots Education Konzept, damit sie einen innovativen und zeitgemässen Lehrplan bieten können», sagt Krüger. Und Muders ergänzt: «Es ist schön zu sehen, dass die Auszubildenen ihren neuen Androiden-Klassenkameraden sofort ins Herz geschlossen haben. Mit dem Einsatz des Cobots bieten wir ihnen einen handlungsorientierten Unterricht, der sie perfekt auf die digitalisierte und automatisierte Zukunft im Sinne von Industrie 4.0 vorbereitet. Und bis dahin können die Auszubildenden gerne noch eine Extraportion Spass vertragen – vor allem in der Schule.»