Lernfabriken stellen realistische Produktionsumgebungen für die berufliche Weiterbildung, Lehre und Forschung dar. In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Lernfabriken von Forschungsinstituten und Industrieunternehmen entwickelt und aufgebaut.E. Abele, G. Chryssolouris, W. Sihn, J. Metternich, H. El Maraghy, G. Seliger, G. Sivardf, W. El Maraghy, V. Hummel, M. Tisch, S. Seifermann: Learning Factories for future-oriented research and education in manufacturing. In: CIRP Annals. Band 66, Nr. 2, 2017, S. 803–826.
Definition Der Begriff Lernfabrik setzt sich aus zwei Wörtern zusammen: „Lernen“ steht für das übergeordnete Ziel Kompetenzen zu entwickeln; „Fabrik“ für das Abbild einer realistischen Produktionsumgebung.P. Wagner, M. Wannoffel, C. Prinz, D. Kreimeier: Learning Factory for Management, Organization and Workers’ Participation. In: Procedia CIRP. Band 32, 2015, S. 115–119. Eine allgemein anerkannte Definition wurde innerhalb der CIRP CWG vereinbart und in der CIRP Encyclopedia veröffentlicht:E. Abele: Learning Factor. In: CIRP Encyclopedia of Production Engineering. Laut der Internationalen Akademie für Produktionstechnik (CIRP) wird eine Lernfabrik definiert durch
Prozesse, die authentisch sind, mehrere Stationen und sowohl technische als auch organisatorische Aspekte umfassen, eine veränderbare Umgebung, die einer realen Wertschöpfungskette entspricht, ein physisches Produkt, das hergestellt wird, und ein didaktisches Konzept, das formelles, informelles und nicht-formelles Lernen vor Ort durch die aktive Beteiligung der Lernenden ermöglicht wird.
Der Primärzweck einer Lernfabrik stellt demnach Lernen durch Lehre, Weiterbildung und/oder Forschung. Ergebnisse sind zum einen Kompetenzentwicklung oder zum anderen Innovation. Ein nachhaltiges Betreibermodell sorgt für den langfristigen Erfolg einer Lernfabrik.E. Abele, J. Metternich, M. Tisch, G. Chryssolouris, W. Sihn, H. El Maraghy, V. Hummel, F. Ranz: Learning Factories for Research, Education, and Training. In: Procedia CIRP. Band 32, 2015, S. 1–6.
Der Unterschied zwischen Lernfabriken und Modellfabriken besteht darin, dass Lernfabriken ein didaktisches Konzept und ein Betreibermodell für die Ausbildung bieten. In Österreich werden an Lernfabriken und Modellfabriken angelehnte Produktionsumgebungen als Pilotfabriken bezeichnet.
Geschichte Der Begriff „Lernfabrik“ wurde erstmals 1994 in den USA geprägt, als die National Science Foundation (NSF) ein Konsortium der Pennsylvania State University förderte. Auf einer 2000 m² großen Anlage wurden industrienahe Projekte mit Maschinen, Werkzeugen und Materialien durchgeführt. Reale Probleme der Industrie konnten in einer realistischen Umgebung gelöst werden. Im Jahr 2006 erhielt das Programm den Gordon-Preis der National Academy of Engineering für Innovation in der Ingenieurausbildung.
In Europa wurden in den letzten zehn Jahren immer mehr Lernfabriken entwickelt. Eine der ersten Lernfabriken dieser Welle ist das 2007 gegründete „Center für industrielle Produktion“ des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt (siehe Abschnitt 3). Im Jahr 2011 wurde die Initiative 'Europäische Lernfabriken' während der ersten Conference on Learning Factories in Darmstadt gegründet."Website of the IALF". International Association of Learning Factories. 2019-08-21. Die Initiative führte zu einer langjährigen europäischen Zusammenarbeit zum Thema Lernfabriken. Im Jahr 2017 beschloss die Initiative, nicht nur europäische Lernfabriken einzubeziehen, sondern auch weltweit. Im Zuge dessen benannte sich die Initiative in „International Association of Learning Factories“ um.
Beispiele bestehender Lernfabriken Quelle:E. Abele, J. Metternich, M. Tisch: Learning Factories – Concepts, Guidelines, Best-Practice Examples.
Lernfabriken im akademischen Bereich Technische Universität Darmstadt: Prozesslernfabrik CiP In der Prozesslernfabrik CiP der TU Darmstadt steht die Entwicklung von Kompetenzen für Lean Production und Industrie 4.0 im Mittelpunkt. Sie wurde 2007 in Zusammenarbeit mit der Unternehmensberatung McKinsey gegründet. Dabei werden Fertigung, Qualitätskontrolle, Montage, Verpackung und indirekte Prozesse dargestellt. Das abgebildete Produkt ist ein Pneumatikzylinder, der sowohl in acht Varianten als auch mit kundenindividuellen Abmessungen hergestellt wird. Auf ca. 500 m² können Methoden der schlanken Produktion angewendet werden. Die Lernfabrik kann verschiedene Szenarien von einem verschwendungsreichen bis hin zu einem schlanken, digitalen Zustand abbilden. Die 15 verschiedenen Lernmodule gliedern sich in Lean-Basics, Lean-Kernelemente und Lean Thinking. Innerhalb eines Lernmoduls wechseln sich praktische Anwendungen mit Fachvorträgen ab. Die Prozesslernfabrik CiP ist Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Kompetenzzentrums für den Mittelstand im Rhein-Main-Gebiet. Mit neu implementierten Industrie 4.0-Technologien werden Konzepte der schlanken Produktion erweitert. Außerdem werden neue Technologien demonstriert: z. B. Traceability, Assistenzsysteme, digitales Shopfloor Management, vorbeugende Instandhaltung, Milk Run 4.0 und fahrerlose Transportsysteme. Durch aktuelle Forschungsergebnisse werden die entwickelten Schulungen ständig erweitert. Darüber hinaus hat das Institut weltweit eine Vielzahl von Lernfabriken für Forschungsinstitute und Industrieunternehmen aufgebaut.J. Enke, R. Glass, A. Kreß, J. Hambach, M. Tisch, J. Metternich: Industrie 4.0 – Competencies for a modern production system: A curriculum for Learning Factories. In: Procedia Manufacturing. Band 23, 2018, S. 267–272.
Technische Universität Wien: Pilot Factory In der Pilotfabrik der TU Wien liegt der Schwerpunkt auf Industrie 4.0. Eine realistische Testumgebung mit Maschinen, realen Produktionsprozessen und einem realen Produkt wird simuliert. Auf 900 m² wird ein 3D-Drucker produziert, dessen Abmessungen nach Kundenwunsch konfiguriert werden kann. Verschiedene Industrie 4.0-Konzepte werden dargestellt, z. B. die Adaptionsfähigkeit von Prozessen und dem Layout, Mensch-Maschine-Interaktion sowie die Nutzung von Datenanalysen zur Transparenz und Optimierung. Ein fahrerloses Transportsystem verbindet die Fertigung mit der Montage. Die Materiallieferung erfolgt automatisch. Darüber hinaus werden die Bediener durch kollaborative Roboter, Assistenzsysteme, Sensorik und Bildverarbeitung unterstützt.W. Sihn, F. Bleicher, D. Gerhard: Vision and Implementation of the Learning and Innovation Factory of the Vienna University of Technology. In: W. Sihn, A. Jäger (Hrsg.): 2nd Conference on Learning Factories—Competitive Production in Europe Through Education and Training. 2012, S. 160–177.
Stellenbosch University: Stellenbosch Learning Factory Die Stellenbosch Learning Factory bietet Schulungen für die schlanke Produktion und Ergonomie. Außerdem stellt sie eine Forschungsplattform für Industrie 4.0 dar. Zielgruppen sind Industriepartner und Studierende des Wirtschaftsingenieurwesens. Zu den Neuentwicklungen gehört ein Doppel-Master-Programm mit der Hochschule Reutlingen. Deutsche Studierende haben die Möglichkeit, eine Summer School zu besuchen. In der Lernfabrik sind ein RFID Track-and-Trace-System und eine Echtzeit-KPI-Visualisierung integriert.
University of Windsor: iFactory Die iFactory der University of Windsor fokussiert sich auf die Themenschwerpunkte „integriertes Produkt“, „Systemlernen“ und „Industrie 4.0“. Auf 200 m² werden Schreibtische und Automobil-Riemenspanner montiert. Die Verfolgung von Prozessen und die Planung und Disposition von Produktionsabläufen ist mit RFID-Tags möglich. Das Gesamtsystem ist modular und rekonfigurierbar mit Geräten von FESTO Didactic aufgebaut und. Der Primärzweck der Lernfabrik stellt Forschung, Lehre und Demonstration für Studierende und Industriepartner dar. Die Lernfabrik wurde 2011 errichtet und ist die erste ihrer Art in Nordamerika.
Université du Luxembourg: Operational Excellence Laboratory Das Operational Excellence Laboratory der Université du Luxembourg ist ein Ort für Industriepartner, um praktische Erfahrungen mit Lean-Tools zu sammeln und neue Technologien im Zusammenhang mit Industrie 4.0 zu demonstrieren. Beispiele hierfür sind die Integration von RFID, Augmented Reality und digitalen Handbüchern. Darüber hinaus werden Master-Studierende der Ingenieurwissenschaften ausgebildet. Die Lernfabrik ist außerdem eine Plattform zur Nachrüstung neuer technologischer Features, um deren Verwendbarkeit in Montage- oder Demontagelinien zu entwickeln, zu analysieren und zu validieren. Das Produkt der Lernfabrik ist ein Locher.
Technische Universität München: Lernfabrik für schlanke Produktion (LSP) Das gefertigte Produkt der Lernfabrik für schlanke Produktion der TU München ist ein Getriebe mit 24 Varianten. Die Umgebung setzt sich besteht aus der Montage, einem Kaizen-Workshop-Bereich und einem theoretischen Lehrbereich zusammen. Abgebildet werden die Prozesse Logistik, Montage, Qualitätskontrolle und Verpackung. Während der Schulung werden Methoden der schlanken Produktion bis zu einem verschwendungsarmen Zustand angewendet. Wissen wird in Theorie-Vorträgen vermittelt. Jährlich werden vier bis sechs Schulungen angeboten. Das mobile Equipment kann an jeden beliebigen Ort transportiert werden.
Ruhr-Universität Bochum: LPS Learning Factory Die Themenschwerpunkte der LPS Lernfabrik sind Lean Production, Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz. Sie wurde 2009 gegründet. Auf 1800 m² werden Flaschenverschlüsse und Flaschenkapselhalter hergestellt. Die Produktionsumgebung umfasst verschiedene Werkzeugmaschinen, Lasttransporte, manuelle Montageplätze und verschiedene Industrieroboter. Jedes Jahr besuchen 900 Studierende die Übungen der Lernfabrik. Darüber hinaus finden in der Lernfabrik zahlreiche Forschungsprojekte statt, z. B. ein Industrie 4.0 Reifegradmodell, Assistenz- und Lernsysteme, cyberphysikalische Produktionssysteme und Industrierobotik. Seit 2018 ist die Lernfabrik Teil des KMU 4.0 Kompetenzzentrums Siegen.D. Kreimeier, C. Prinz, F. Morlock: Lernfabriken in Deutschland: Praktisches Lernen in einer Fertigungsumgebung zur Schulung von Ganzheitlichen Produktionssystemen. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. Band 108, Nr. 10, Oktober 2013, S. 724–727.
Universität Potsdam: Zentrum Industrie 4.0