Schule mal anders – Integration von Robotern in den Unterricht

Die Industrie 4.0 steht unter dem Stern der Mensch-Roboter-Kollaboration. Immer mehr Betriebe und somit zahlreiche Partner dualer Schulen nutzen Cobots in ihren Fertigungen. In den Berufsschulen stellen Lehrer sich der Herausforderung, die Fachkräfte von morgen auf diese Arbeitswelt vorzubereiten. Eine Arbeitswelt, in der Robotik eine tragende Rolle spielt. In diesem Gastbeitrag erzählt Paul Muders, Lehrer an der Berufsschule für Technik, der Carl-Benz-Schule in Koblenz, weshalb es enorm wichtig ist, praxisnahes Wissen rund um die Automatisierung verstärkt in den Lehrplan zu integrieren und zu vermitteln.

Darf ich vorstellen? Unser Klassenkamerad Cobot.

An unserer berufsbildenden Einrichtung bilden wir Fach- sowie Berufsschüler*innen für technische Berufe aus. Neben Digitalisierung gewinnt auch das Zukunftsthema Automatisierung immer mehr an Bedeutung. Wir sprechen hier nicht nur von der Industrie, sondern insbesondere von der Notwendigkeit diesen elementaren Baustein in den Bildungsweg der heranwachsenden Fachkräfte von morgen zu integrieren. Deshalb haben wir an unserer Berufsschule das Fach der Industrierobotik ins Leben gerufen. Unser Anspruch dabei: Mehr als nur ungreifbare Theorie lehren. Für die Auszubildenden haben wir deshalb einen ganz besonderen Weg geschaffen, mit dem Thema Robotik in Berührung zu kommen. So teilen sie seit diesem Jahr die Schulbank mit einem elektronischen Klassenkameraden, einem kollaborierenden Leichtbauroboter von Universal Robots. Das Besondere an diesem sogenannten Cobot (vom Englischen: „collaborative robot“) ist, dass er ohne eine Schutzumhausung auskommt und die Schüler*innen so direkt mit ihm zusammenarbeiten können.

Unser Cobot, ein UR3e, zeichnet sich zudem als ein sehr genügsamer Klassenkamerad aus, denn er ist einfach und intuitiv zu programmieren. Die Schüler*innen können Lösungsansätze direkt anwenden und live am Roboter testen. So ist für sie schnell nachvollziehbar, was funktioniert und was vielleicht noch nicht. Sie haben unmittelbare Erfolgserlebnisse, die sie begeistern und motivieren.

So sieht unser Unterricht mit dem Cobot aus

Eine interaktive Integration in den Lehrplan ist dank UNIVERSAL ROBOTS EDUCATION für uns Lehrkräfte ein Kinderspiel – und das auch ohne jegliches professionelle Vorwissen. Das Konzept ist dafür modular aufgebaut und gibt bereits eine gute Struktur für den Unterricht vor.

Die Grundlage bildet die UR Online Academy: Auf der eLearning-Plattform vermitteln 13 spannende Module einfach und verständlich erste Programmierkenntnisse. In interaktiven Simulationen lernen die Schüler*innen beispielsweise die Steuerung der Förderbänder, die Konfiguration der Endeffektoren oder die Werkzeugeinrichtung am Cobot. Das Schöne ist, dass die Klasse das Online-Angebot sehr selbstständig und natürlich auch von Zuhause nutzen kann. Somit können wir sie die Module etwa als Vorbereitung durcharbeiten lassen und den Lerneffekt vergrößern.

Im nächsten Schritt gilt es, die erlernte Theorie aus der UR Online Academy in die Praxis umzusetzen. Dazu gehen wir virtuell in den sogenannten UR-Offline-Simulator. Den haben wir vorab auf die Schulrechner geladen. Im Simulator sehen die Schüler*innen die reale Programmieroberfläche eines UR-Roboters. Sie können somit über den PC den Roboterarm programmieren.

Hier mal ein konkretes Beispiel: Unsere Nachwuchs-Fachkräfte lernen zu Beginn in der UR Online Academy unter anderem, wie sie eine Pick-and-Place-Anwendung mit zwei Förderbändern programmieren, bei dem das eine Band eine Box und das andere ein Werkstück anliefert. Anschließend stellen die Schüler*innen im Offline-Simulator die Wegpunkte des Cobots so ein, dass dieser das Werkstück von dem einen Förderband aufnimmt und es in die Box auf dem anderen hineinlegt. Ob die Programmierung geglückt ist, sehen sie dann, wenn sie das Programm in der virtuellen Robotersimulation abspielen. Natürlich geht das Ganze auch live und in Farbe: Dafür übertragen die Schüler*innen ihr Programm einfach auf die Cobot-Schulungszelle im Klassenzimmer.

Wie uns die Integration gelungen ist

Kurzum: Die didaktische Begleitung von Universal Robots hat uns überzeugt. Das modulare Schulungskonzept bietet alles, was sowohl Lehrerschaft als auch Lernende für einen gelungenen Unterricht benötigen – wertvolle Materialien nicht ausgeschlossen. Ein ausführlicher Lehrer Guide enthält praktische Tipps, wie beispielsweise Erklärungen, wie wir Lehrer uns auf einen Roboter „aufschalten“ können, um den Bildschirm der Schüler*innen zu sehen. Oder wie sich die Ansicht des Bedienpanels auf einen externen Bildschirm übertragen lässt, sodass die Schüler nachvollziehen können, wie ich bei einzelnen Programmieraufgaben vorgehe.

Für die Schüler*innen wiederum steht ein umfassendes Workbook mit praxisorientierten Aufgaben bereit. Diese können sowohl im Offline-Simulator als auch an der realen Schulungszelle gelöst werden. Und schließlich erklären Handouts einzelne Themen ein weiteres Mal im Detail. Somit bietet UNIVERSAL ROBOTS EDUCATION ein Rundumpaket, das Theorie und Praxis ideal verbindet.

Wenn Lernen Spaß macht

Die Möglichkeit, Hand in Hand mit einem kollaborierenden Roboter zu arbeiten, erlaubt unseren Schüler*innen einen wesentlich leichteren und schnelleren Zugang zur Robotik im Vergleich zur Arbeit mit konventionellen Industrierobotern. Dies fördert nicht nur ihre Motivation, sondern auch ihre Eigenständigkeit im Umgang mit den Maschinen. Wir sind immer wieder überrascht, auf was für Ideen unsere Schüler*innen dadurch kommen und können klar festhalten: Lernen mit Cobot bereitet sie nicht nur auf eine automatisierte Zukunft im Berufsalltag vor, es macht auch noch unglaublich viel Spaß.