Die geöffnete IDEA-Box mit all ihren Modulen und Verkabelungen.

HHN-Professor und sein Mitarbeiter entwickeln IDEA-Box für die Lehre

Vanessa Offermann|21.10.2021
  • Professor Thomas Pospiech lehrt im Studiengang Produktion und Prozessmanagement

  • Er ist Experte für Regelungstechnik, Steuerungs- und Automatisierungstechnik sowie Elektrotechnik

  • Die IDEA-Box revolutioniert seine Lehre der Industrie 4.0 


Heilbronn, Oktober 2021. Ein Zauberkoffer voller Zukunftstechnologien – das beschreibt die IDEA-Box von HHN-Professor Thomas Pospiech wohl am besten. Sie steht für "Industrial Digitalization in Education of Automation“ und kommt in der Fakultät Technische Prozesse zum Einsatz.

Wie der Name verrät, geht es bei der IDEA-Box darum, die industrielle Digitalisierung mit der Automatisierungstechnik zu kombinieren. Die Nutzung dieser industriellen Digitalisierung wird auch als Industrie 4.0 bezeichnet. Dabei wird das Ziel der vollständig vernetzten Fabrik verfolgt: "Das bedeutet, dass sämtliche Produktionsanlagen und Produktionsprozesse nicht nur miteinander kommunizieren und Daten austauschen, sondern, dass diese auch über das Internet auf Dienste zugreifen und beispielsweise mit den Auftraggebern in Austausch stehen", erklärt Professor Thomas Pospiech.

Die Produktion soll also individueller, flexibler und schneller ablaufen. Maschinen und Anlagen werden mit Cyber-Physischen-Systemen (CPS), also mit internetfähigen, mechatronischen Systemen, intelligent automatisiert und dadurch in Echtzeit anpassungsfähig sein. "Die industrielle Digitalisierung lässt die Automatisierungstechnik mit der Informationstechnik verschmelzen, sodass die Schnittmenge dieser Bereiche immer größer wird. Mit Hilfe der IDEA-Box soll genau diese Schnittmenge für die Lehre abgedeckt werden."

Unterstützung bei der Konstruktion der IDEA-Box bekam Professor Pospiech von seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Michael Gysin. Er sagt: "Es existieren zahlreiche industrielle Anwendungsfälle, die sich problemlos mit der IDEA-Box in einem Hörsaal realisieren- und lösen lassen."
Beispielsweise bauen sich die Studierenden ihre eigene elektrische Schaltung mit Sensoren auf. Die IDEA-Box wird dafür dann so programmiert, dass die Signale der Umwelt- oder Prozessgrößen eingelesen und weiterverarbeitet werden. Das kann die graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Größen sein oder aber auch, dass bei einer Unter- oder Überschreitung von Grenzwerten ein Alarm auf allen IDEA-Boxen im Hörsaal erscheint und zum Beispiel eine Aktion mit einem elektrischen Motor ausgelöst wird. Die Kommunikation der Daten wird so programmiert, dass die Informationen über das Internet auf den Smartphones der Studierenden erscheinen. Die Studierenden vernetzen alles mit allem – der Name IDEA-Box soll auch für die Möglichkeit der Realisierung von studentischen Ideen stehen.

Das Innenleben der IDEA-Box

Die IDEA-Box besitzt ein Volumen von ca. 9 Litern und beinhaltet neben einem Industrie-PC, einen Einplatinen-Computer und verschiedene industrielle Komponenten, mit denen Informationen aus der realen Welt gewonnen und dann direkt digitalisiert werden können. Neben einem Synchronmotor können die Studierenden auch Gleichstrom- und Schrittmotoren mit der IDEA-Box in Betrieb nehmen. Verschiedene Schnittstellen und Steckplätze ermöglichen die Anbindung und Vernetzung von eigenen Entwicklungen – beispielsweise mit Mikrocontrollern. Damit können CPS-Konzepte nicht nur erklärt, sondern von den Studierenden auch realisiert werden. Ein weiterer Clou: Die IDEA-Box ist durch ihre besondere Aufmachung quasi endlos erweiterbar: Die modulare Bauweise ermöglicht den Einsatz weiterer Einheiten. So lassen sich die beiden derzeitigen Module im Deckel durch Neuentwicklungen austauschen.

Professor Pospiech erklärt: "Sensoren sind die Sinnesorgane der Automatisierungstechnik und mit Hilfe der IDEA-Box können unterschiedlichste Sensoren und somit physikalische Größen erfasst werden. Die daraus resultierenden Daten werden kommuniziert und in einer Zeitreihen-Datenbank abgespeichert, bevor sie in Echtzeit analysiert und/oder visuell als Informationen in den unterschiedlichsten Darstellungsformen wiedergeben werden können."

Erstellung digitaler Zwillinge 

Im Entwicklungsprozess von Produkten kann die industrielle Digitalisierung wertvolle Zeit und Kosten sparen – durch Einsatz digitaler Zwillinge. Diese stellen das digitale Abbild einer Maschine oder Anlage dar. Durch die virtuelle Inbetriebnahme des digitalen Maschinen-Zwillings können Entwicklungsschritte vorgezogen und nachfolgende Bearbeitungsschritte parallelisiert werden.

Was nach faszinierender "Spielerei" klingt, trägt eine enorme Wichtigkeit. Professor Pospiech findet klare Worte: "Wir benötigen die industrielle Digitalisierung, damit der Produktionsstandort Deutschland global betrachtet wettbewerbsfähig bleibt und dabei ist unser oberstes Gebot, unsere Studierenden genau hierfür bestmöglich auszubilden."
Die geöffnete IDEA-Box mit ihren Verkabelungen.

Die IDEA-Box von Professor Thomas Pospiech und dem wissenschaftlichen Mitarbeiter Michael Gysin.

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