Laborübung real und per Simulation

Studierende steuern Roboter zu Hause

Der digitale Zwilling in der Lehre

Was der Einsatz eines digitalen Zwillings für eine Industrie 4.0 verspricht, kann er auch in der Lehre leisten. An den virtuellen Nachbildungen der Laborausstattung lernen Studierende der Hochschule Harz von zu Hause aus, technische Anlagen zu steuern oder Roboter zu programmieren und in Betrieb zu nehmen. In Zeiten des Social Distancing ersetzt der digitale Zwilling Papier und Stift, bis wieder an der echten Anlage gearbeitet werden kann – oder darüber hinaus.

„Mittlerweile sind die Labore Digitaltechnik, Steuerungstechnik und Industrieroboter zu großen Teilen digitalisiert“, sagt Prof. Dr. René Simon. Er lehrt am Fachbereich Automatisierung und Informatik in den ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen. Für die Vorlesung aus der Ferne installieren die Studierenden eine Simulationssoftware und laden die für die Laborversuche benötigten digitalen Zwillinge auf ihre eigenen Rechner. „Dann werden die Labore wie in Präsenz durchgeführt und durch den Dozenten und den Laboringenieur via eines Webmeetings begleitet“, ergänzt der Professor für Steuerungstechnik.

Ganz neu sei die Simulation von Steuerungen und Anlagen am Fachbereich nicht, sagt er: „Simulation ist immer schon Bestandteil in unseren Laboren, vor allem aus Sicherheits- und Kostengründen.“

Zu den ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen mit Bachelor-Abschluss gehören an der Hochschule Harz Ingenieurpädagogik, Smart Automation/Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen. Daran anschließen lässt sich das Master-Programm Technisches Innovationsmanagement.

Verletzungsgefahr vermeiden – Platz und Kosten sparen

Von realen Maschinen gingen gewöhnlich vielfältige Gefahren aus. Durch die mechanischen Bewegungen der Roboter besteht etwa Kollisionsgefahr, sagt René Simon. Auch der Umgang mit hohen Energien oder gefährlichen Stoffen berge ein Verletzungsrisiko. „Das möchte und muss man in der Lehre möglichst vermeiden.“

Wegen hoher Anschaffungskosten und großem Platzbedarf könne außerdem nur eine begrenzte Anzahl an Laborausstattung zur Verfügung gestellt werden. Besonders deutlich wird das im Labor Industrieroboter, wo Studierende lebensgroße Roboter zu Übungszwecken programmieren und steuern.

Der Weg zur virtuellen Laborübung

Wie ein Experiment an einer realen Anlage zu einer Übung an ihrem digitalen Zwilling wird, beschreibt Prof. Simon so: „Alle Eigenschaften und Funktionen, die für die Durchführung der Laborübungen notwendig sind, müssen entworfen, implementiert, in Betrieb genommen, getestet und dokumentiert werden.“ Und schließlich müssen die digitalen Zwillinge auf den studentischen Rechnern laufen, egal mit welchem Betriebssystem hier gearbeitet wird.

Zwei Beispiele dafür, wie die Ergebnisse der simulierten Laborübungen für Studierende aussehen, zeigen die Videos zur Ampelsteuerung und zum Bestückungsroboter.

Die Gesellschaft für Informatik definiert den digitalen Zwilling so:

„Digitale Zwillinge sind digitale Repräsentanzen von Dingen aus der realen Welt. Sie beschreiben sowohl physische Objekte als auch nicht-physische Dinge wie zum Beispiel Dienste, indem sie alle relevanten Informationen und Dienste mittels einer einheitlichen Schnittstelle zur Verfügung stellen. Für den digitalen Zwilling ist es dabei unerheblich, ob das Gegenstück in der realen Welt schon existiert oder erst existieren wird.“ Weiter

19.02.2021
Author: Katharina Reif
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Prof. Dr. René Simon

Professor für Steuerungstechnik

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