Kompetenzzentrum für Steuerungs-, Regelungs- und Messtechnik in Land- und Baumaschinen
Als „Kompetenzzentrum für Steuerungs-, Regelungs- und Messtechnik in Land- und Baumaschinen“ hat das Berufsbildungs- und TechnologieZentrum (BTZ) mit vielseitigen Maßnahmen die überbetriebliche Ausbildung (ÜBA) in der Land- und Baumaschinenmechatronik modernisiert – u.a. durch neue didaktische Konzepte.
Ausgangslage
Die Anforderungen an die Wartung und Instandsetzung von Land- und Baumaschinen nehmen stetig zu. Insbesondere ihre elektrohydraulische Steuerung ist in den vergangenen Jahren um ein Vielfaches komplexer geworden. Wo früher simple Schaltungen ausreichten, werden heute diverse hydraulische Prozesse miteinander verknüpft, mit ausgeklügelter Sensorik überwacht und digital gesteuert. Allein die Lenkung eines modernen Traktors verfügt – unter anderem – über eine eigene Software für die Bussysteme, einen GPS-Empfänger und ein Bedienfeld in der Kabine. Diese Fahrzeuge bewegen sich autonom auf dem Feld und sind Teil einer datengestützten Landwirtschaft. Bei Baumaschinen sowie der Forst- und Kommunaltechnik sind parallele Entwicklungen nicht zu übersehen.
Aus vergleichsweise einfachen Arbeitsmaschinen haben sich in den vergangenen Jahren hochkomplexe Systeme entwickelt, die anhaltend wachsende Anforderungen an das Fachpersonal stellen. Das Berufsbild verändert sich massiv: Der Anspruch an Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen, die sich bereits in der Erstausbildung mit den genannten Herausforderungen auseinandersetzen müssen, steigt.
Ziele und Umsetzung
Das BTZ der Handwerkskammer Osnabrück-Emsland-Grafschaft Bentheim trägt mit seiner Entwicklung zum „Kompetenzzentrum für Steuerungs-, Regelungs- und Messtechnik in Land- und Baumaschinen“ nachhaltig dazu bei, die erwähnten Veränderungen und Anforderungen in der ÜBA der Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen abzubilden.
Bereits vor dem Beginn des Kompetenzzentrumsprojekts wurden am BTZ Osnabrück Schulungsstände und Funktionsmodelle zu mobilhydraulischen Systemen entwickelt und in der ÜBA eingesetzt. Diese Systeme wurden im Komzet-Projekt weitergeführt, ausgeweitet und professionalisiert.
Im Projekt wurden zudem Schulungsformate – insbesondere in den Bereichen Steuerungstechnik, Hochvolttechnik, digital gestützter Ausbildung und Diagnosetechnik – entwickelt und in das reguläre Bildungsangebot des BTZ integriert.
Aus didaktischer Perspektive hat sich das Komzet-Projekt vor allem auf die Entwicklung praxisnaher Konzepte und die Integration digitaler Lernmedien und innovativer Technologien in die ÜBA konzentriert.
Des Weiteren wurden im Projekt von Beginn an relevante Faktoren mitgedacht wie die Qualifizierung des Ausbildungspersonals, der Aufbau eines Wissensmanagements, Marketingmaßnahmen sowie Transfer- und Geschäftsmodelle.
Die Ziele auf einen Blick:
- Funktionsmodelle mobilhydraulischer Systeme entwickeln und weiter verbessern,
- Elektronische Steuerungslogiken, Messsysteme und Sensorik in die ÜBA integrieren,
- Einsatzszenarien für elektrisch betriebene Arbeitsmaschinen in der ÜBA definieren,
- methodisch-didaktisch begründete Lehr-Lernkonzepte erstellen,
- Aufgabenstellungen entwickeln, die weitgehend selbstgesteuertes Lernen ermöglichen,
- digitale Anwendungen/ Lernmaterialien (weiter-)entwickeln und erproben, prüfen, inwieweit audio-visuelle Lernmedien die Lernprozesse unterstützen können,
- Extended-Reality-Anwendungen entwickeln und in die Lehrgangsgestaltung integrieren,
- Qualifizierungsangebote für das Ausbildungspersonal schaffen und weiterentwickeln,
- die Lernortkooperation mit Berufsschulen und Betrieben intensivieren,
- Verwaltungsprozesse digitalisieren und weiterentwickeln,
- im Bereich der Organisationsentwicklung Wissensmanagement optimieren, Bildungsmarketing einsetzen und ein Geschäftsmodell entwickeln.
Zentrale Ergebnisse (Überblick)
- Fachlich-technische Modernisierung der Werkstattbereiche: Die bestehenden Schulungsstände wurden um neue Lernszenarien erweitert und mit aktueller Technik ausgestattet, sodass Mobilhydraulik und Bustechnik praxisnah erlebbar sind.
- Integration einer digitalen Lernplattform: Lehr- und Lernmaterialien wurden digitalisiert und eine browserbasierte Lernplattform eingeführt. Das Ausbildungspersonal wurde entsprechend qualifiziert.
- Innovative Lernanwendungen: Augmented Reality (AR) wurde für die Aus- und Weiterbildung entwickelt und in die ÜBA integriert.
- Organisationsentwicklung des BTZ: Standardisierte, digital gestützte Prozesse für die Organisation und Verwaltung wurden etabliert. Das Bildungszentrum hat neue Kanäle für sein Marketing erschlossen.
- Die Zusammenarbeit mit weiteren Bildungseinrichtungen, Firmen und Handwerksorganisationen wurde intensiviert und professionalisiert, was die Abstimmung von Lerninhalten und den deutschlandweiten Transfer ermöglichte.
Ergebnisse im Detail
Mobilhydraulik und Bustechnik
Ein besonderes Augenmerk im Projekt lag u. a. auf der Mobilhydraulik, die bei fast allen Arbeitsmaschinen in dieser Größenordnung die wichtigste Form der Kraftübertragung ist und dafür sorgt, dass sich tonnenschwere Traktoren und Radlader in Bewegung setzen. Mit elektronischen Steuergeräten lassen sich komplexe Abläufe und einzelne hydraulische Baugruppen regeln. Die Steuergeräte sind über Bussysteme miteinander vernetzt und ihr Zusammenspiel wird zentral koordiniert.
In der modernisierten Werkstatt des BTZ Osnabrück können Auszubildende heute mit den vier Hauptelementen mobilhydraulischer Systeme in Land- und Baumaschinen lernen und arbeiten. Die übliche „verkapselte“ Bauweise ist innerhalb der Maschinen schwer zugänglich und nicht gut vermittelbar. Für ein besseres Lernverständnis wurden die Elemente entkoppelt und in vier unterschiedliche Bereiche aufgeteilt. Hier können die Auszubildenden jetzt modular arbeiten.
- Hydraulik-Aggregat (erzeugt den Öldruck für alle Komponenten)
- Hydraulikstände (verteilen den Öldruck und damit die physische Arbeitskraft. Ventile regeln dabei den Öldruck, der über diverse, simulierte Pumpen bereitgestellt wird.)
- Elektronikstände (hier fließen die gesamten Informationen des Systems zusammen, werden verarbeitet und zur Steuerung an hydraulische Komponenten weitergeleitet. Verbaute Bussysteme werden hier für Auszubildende sichtbar, Sensoren an den Funktionsmodellen liefern Daten.)
- Funktionsmodelle (hier laufen die Arbeiten der vorherigen Stationen zusammen und erzeugen die gewünschte Wirkung/ Bewegung: der Öldruck der Pumpe wird über die Hydraulik geregelt, die wiederum von der Elektronik gesteuert wird.)
Bestehende Modelle wie der Baggerarm oder der Gabelstapler wurden weiter-sowie die Feldspritze komplett neuentwickelt, um systemische Zusammenhänge und das Zusammenwirken der jeweiligen Komponenten greifbar zu machen.
Der Vorteil: Durch die modulare „Entkopplung“ werden Abläufe besser beobachtbar und die Auszubildenden können erweiterte Lernerfahrungen sammeln. Dennoch bleibt das ganze System im Blick, durch die gemeinsame räumliche Anordnung der vier modularen Modelle in einer Werkstatt. In der ÜBA arbeiten meist zwei Auszubildende als Team an einem kombinierten Elektronik- und Hydraulikstand.
Weitere Informationen zur hydraulischen Infrastruktur in der Digitalen Tagungsmappe zur Abschlussveranstaltung des Projektes (Workshop LBM1/19)
Messtechnik, Parametrierung, Bussysteme, Hochvolttechnik
Messtechnik: Schulungsfahrzeuge (Land- und Baumaschinen) wurden aufgerüstet und ganze Maschinen bzw. Bauteile so eingestellt, dass Fehler simuliert werden können, ohne elektrische und hydraulische Leitungen zu beschädigen.
Für die Schulungsstände wurden zudem manipulierte Schaltungen entwickelt, an denen die Auszubildenden Fehlerbilder analysieren und Lösungen entwickeln können.
Weitere Informationen: Digitale Messwerkzeuge im Lehrgangsalltag
Parametrierung: Bei Inbetriebnahme oder nach Reparaturen müssen mobilhydraulische Systeme nutzerspezifisch mit Parametern versehen werden (z. B. Einstellung des maximalen Öldrucks oder Werte zur Steuerung von Lasten), um eine wunschgemäße Nutzung und Steuerung zu ermöglichen. Damit Auszubildende diese Parametrierungen per Notebook ausführen können, müssen entsprechende Zugänge geschaffen werden. Hierfür wurden originale Steuergeräte unterschiedlicher Hersteller in den Modellen verbaut. Über diese Zugänge können Auszubildende die Systeme mit entsprechenden Parametern anpassen und die Auswirkungen auf das Verhalten der Maschinen und Geräte beobachten. Die spezielle Sensorik liefert dabei z. B. Rückmeldungen zu Systemständen und Bewegungen. Dank dieser Rückkopplung können Auszubildende praxisnah komplexe Steuerungs- und Diagnoseprozesse nachvollziehen und präzise Parameter auf Basis realer Systemdaten einstellen.
Bussysteme: Fachkräfte sollten in der Lage sein, Fehlfunktionen von Systemen zu erkennen, zu verorten und zu beheben bzw. weitere Maßnahmen zu veranlassen. Das Projektteam hat daher verschiedene Lernszenarien entwickelt, anhand derer Auszubildende die Funktions- und Kommunikationsweise der vier wichtigsten Bussysteme für Land- und Baumaschinen erlernen können. Auch modifizierte Schulungsgeräte und -maschinen wurden entwickelt, an denen die Auszubildenden typische Probleme wie Kabelbrüche und Kurzschlüsse kennenlernen können.
Hochvolttechnik: Land- und Baumaschinen enthalten zunehmend hybride und elektrische Antriebe, teils mit Hochvolttechnik. Damit sich die Auszubildenden auch mit dieser Technik und den Gefahrenpotenzialen auskennen, wurden Lernszenarien entwickelt sowie Maschinen und Ausstattung beschafft, mit deren Hilfe der Lehrgang LBM6/19 durchgeführt und erprobt wurde.
Weitere Informationen zum Hochvoltlehrgang
Digitale Lern- und Begleitmaterialien: Relevante Unterlagen im Regelbetrieb der Aus- und Weiterbildung wurden in ein einheitliches Erscheinungsbild gebracht und digitalisiert.
Das Projektteam hat zudem eine browserbasierte Lernplattform weiterentwickelt, die den Auszubildenden als Blended-Learning-Angebot sowohl für den Unterricht als auch das Selbststudium zur Verfügung steht. Die dort integrierte Werkstattsoftware bildet für Auszubildende konkrete Kundenaufträge ab, sodass die Lernenden praxisnahe Lernerfahrungen sammeln. Für das Ausbildungspersonal von Vorteil: Das System dokumentiert und analysiert den Lernfortschritt der Auszubildenden, sodass die Ausbildenden individueller auf die jeweiligen Bedarfe eingehen können. Die ÜBA läuft seitdem weitestgehend papierlos ab.
Die Werkstattsoftware basiert auf dem berufspädagogischen „Prinzip der vollständigen Handlung“, das den gesamten Arbeitsablauf vom Analysieren der Problemstellung über die Vorbereitung und Umsetzung bis zur abschließenden Evaluation abdeckt. Hierdurch erlernen Auszubildende außerdem den wirtschaftlichen Aspekt ihrer Tätigkeiten, denn die Werkstattsoftware simuliert auch Arbeits- und Materialkosten.
Video zur Werkstattsoftware
Zudem wurden unterschiedliche innovative digitale Lernanwendungen für die Aus- und Weiterbildung entwickelt und integriert.
Ein Beispiel: Für den optimalen Einblick in die Hydraulikschaltung wurde ein Augmented Reality (AR)-Tool entwickelt (inkl. digitaler Begleitmaterialien). Das Ziel: Auszubildende sollen begreifen, wie die Technologie funktioniert, neue Zugänge zu komplexen Themengebieten erhalten und selbstständig Aufgaben bearbeiten.
Auszubildende können hier Inhalte multimedial anhand verschiedener Arbeitsschritte an einem Hydraulikstand vertiefen (z. B. Ventilpositionen erkennen oder die Fließrichtung des Hydrauliköls erkennen). Technische Zusammenhänge werden somit im realen Werkstattumfeld durch zusätzliche digitale Erläuterungen erweitert und anschaulich visualisiert. Dafür wird das Tablet, auf dem die Software installiert ist, direkt auf den Schulungsstand gerichtet. Die Lerninhalte werden über das Kamerabild projiziert und ergänzen die Werkstattsituation so um weiterführende Informationen.
Video zum AR-Tool für Land- und Baumaschinen
Das BTZ hat gemeinsam mit dem BIBB zum Thema immersive Medien in der beruflichen Bildung eine Online-Informationsveranstaltung durchgeführt. Weitere Informationen hierzu: Immersive Medien in der beruflichen Bildung – Einblicke in Forschung und Praxis
Wissensmanagement: Das BTZ hat einheitliche Standards definiert, um Daten zu strukturieren und Dateien zu benennen. Besonderes Augenmerk lag dabei auf den Lehrgangsunterlagen (darunter Texte, Bilder, Videos) – um diese auch aus unterschiedlichen Kontexten durch die Vereinheitlichung leicht auffindbar zu machen. Das gesamte Projekt wurde außerdem einheitlich über kollaborative Arbeitsplattformen und Cloudspeicher abgewickelt, sodass alle Daten für das gesamte Projektteam zur Verfügung stehen. Dieser Ansatz wurde später auf das gesamte BTZ übertragen, sodass bislang lokal gespeicherte Lehrgangsunterlagen nun im gesamten Fachbereich verfügbar sind.
Bildungsmarketing: Die Marketingstrategie des BTZ wurde aktualisiert. Dazu hat das BTZ Osnabrück seine Corporate Identity weiterentwickelt. Zudem wurde ein neuer Internetauftritt konzipiert und realisiert (inkl. Monitoringsystem), der am neuen Corporate Design ausgerichtet wurde. Als Ergänzung zur Webseite hat das BTZ eigene Social-Media-Kanäle (Facebook, Instagram) aufgebaut und die zuständigen Projektmitarbeitenden für die Pflege und Weiterentwicklung geschult. Auch ein Newsletter wurde neu konzipiert.
Das BTZ hat gemeinsam mit dem BIBB zum Thema Bildungsmarketing eine Online-Informationsveranstaltung durchgeführt. Weitere Informationen hierzu:
Mit Bildungsmarketing Wirkung erzielen
Geschäftsmodellentwicklung: Das Projekt hat ein Geschäftsmodell entwickelt, das unter anderem Zielgruppen, Leistungsversprechen, Vertriebswege, Schlüsselaktivitäten, Synergien, Kostenstrukturen, Nachhaltigkeit und Wachstumsperspektiven definiert.
Das Geschäftsmodell sieht kostenpflichtige Fortbildungsformate für regionale Fachkräfte sowie überregionale fachspezifische Schulungen (z. B. für Landtechnikhersteller) vor. Hervorzuheben ist das Funktionsmodell der Feldspritze, das in enger Zusammenarbeit mit einem lokalen Hersteller entstanden ist, und nun für die Fortbildung von dessen Mitarbeitenden zur Verfügung steht.
Weitere Informationen hierzu: Neues Schulungssystem für Gülletechnik vorgestellt
Erweiterung der Verwaltungssoftware: Die Verwaltungssoftware des BTZ wurde um mehrere Module erweitert, die eine einfachere und sichere Administration der Lehrgänge und Bildungsangebote erlaubt. Dazu gehören ein digitales Klassenbuch, ein Tool für das Veranstaltungsmanagement und weitere Verwaltungslösungen.
Lernortkooperation: Während des Projekts knüpfte das Team des BTZ neue Kontakte zu Berufsschullehrenden und Mitgliedsbetrieben. Hierdurch konnte die Abstimmung von Lehrinhalten an den drei Lernorten deutlich verbessert werden, insbesondere im Hinblick auf die Verzahnung von schulischen Inhalten mit der ÜBA. Darüber hinaus wurden Lehrerfortbildungen im BTZ etabliert, bei denen Lehrkräfte aus den Schulen in der Werkstatt einen Teil der ÜBA-Kurse selbst abschließen. Diese Fortbildungen werden auch nach Projektende weiter angeboten.
Transfer: Mit mehreren Bildungsveranstaltungen wurden die Projektinhalte gemeinsam mit dem BIBB an andere ÜBS in Deutschland weitergetragen. Darunter waren Online-Seminare zu Projektinhalten, Bildungsmarketing und immersiven Medien sowie Präsenzveranstaltungen zur Geschäftsmodellentwicklung und zum Projektabschluss.
Weitere Informationen:
Informationsveranstaltung zum Aufbau von Kompetenzzentren am Beispiel des BTZ Osnabrück
Abschlussveranstaltung des Kompetenzzentrumsprojekts
Darüber hinaus stehen die Türen des BTZ auch nach Projektende für Besucher weiterhin offen, was bereits mehrere ÜBS in Anspruch genommen haben. Projektprodukte wie die Werkstattsoftware, das AR-Tool, die Schulungsstände oder Module der Verwaltungssoftware können über die jeweiligen Anbieter bezogen werden. Zuletzt hat die Weiterentwicklung des Fachbereichs Land- und Baumaschinen auch in manch anderem Gewerk des BTZ dazu geführt, dass digitale Lösungen eingeführt wurden.
Netzwerkarbeit: Das BTZ ist seit der Projektlaufzeit deutlich besser in regionale und überregionale Prozesse eingebunden. So hat die Mitgliedschaft im Agrotech Valley Forum einen messbaren Mehrwert für die Bildungsarbeit geleistet, da die Kontakte zu Landmaschinenherstellern neue Lerninhalte hervorgebracht haben. Auch die Zusammenarbeit mit der Hochschule Osnabrück als wissenschaftliche Begleitung hat die ÜBA nachhaltig professionalisiert und wissenschaftliche Erkenntnisse zur Vermittlung von Lerninhalten in diesem Gewerk gesichert.