Lernfeld nur FI-Berufe | |
| Lernfeld | 10d | Lernfeld Titel | Cyber-physische Systeme20 entwickeln |
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| Lernfeld Stunden | 77 |
| Kernkompetenz | Die Schülerinnen und Schüler verfügen über die Kompetenz, cyber-physische Systeme zu entwickeln, Sensoren und Aktoren zu integrieren sowie Software und Schnittstellen zu implementieren. |
| Erwartete Handlungskompetenz am Ende der Berufsausbildung in Anlehnung an ausgewählte Berufsbildpositionsbeschreibungen | Die Schülerinnen und Schüler erfassen und visualisieren das Zusammenwirken der Komponenten cyber-physischer Systeme. Sie analysieren die bestehende Vernetzung, die eingesetzte Software und die technischen Schnittstellen. Sie legen Programmspezifikationen fest, leiten aus den fachlichen Anforderungen Datenmodelle und Strukturen ab und legen Schnittstellen fest. Sie erstellen Programme, passen sie an und konfigurieren Signal- und Datenübertragungseinrichtungen. Sie erstellen Testkonzepte, führen Tests durch, beseitigen Fehler und dokumentieren Ergebnisse sowie Änderungen. Die Schülerinnen und Schüler übergeben Leistungen und Dokumentationen an Kundinnen und Kunden und fertigen Abnahmeprotokolle an. Sie überwachen und bewerten das Systemverhalten und Ergreifen Maßnahmen. Sie reflektieren ethische Aspekte bei der Beurteilung, Entwicklung, Umsetzung und Betreuung von ITLösungen. |
| Zielformulierung/Kompetenzen aus Handlungsfeld | 1 1 Die Schülerinnen und Schüler analysieren einen Kundenauftrag zur Entwicklung eines cyber-physischen Systems. |
| 2 Sie informieren sich über Interaktionsmöglichkeiten zwischen Menschen, Maschine und künstlicher Intelligenz. Sie wählen eine Umsetzungsvariante für die Realisierung des Kundenauftrags aus. | |
| 3 Die Schülerinnen und Schüler planen das cyber-physische System. Sie stimmen Komponenten, Vernetzung, Programmierung und Interaktionen aufeinander ab. Dabei prüfen sie auch den Einsatz von internen und externen Netzwerken und Diensten. | |
| 4 Sie vernetzen die Komponenten, programmieren und konfigurieren Schnittstellen zur Datenübertragung und Visualisierung. Die Schülerinnen und Schüler realisieren die Interaktion zwischen Menschen, Maschine und künstlicher Intelligenz in dem cyberphysischen System. Dabei entwickeln sie Testkonzepte zur Überprüfung und Gewährleistung der Funktion des Gesamtsystems und wenden diese an. | |
| 5 Sie erstellen technische Dokumentationen, auch multimedial, zur Bedienung und Wartung des Systems und übergeben diese an die Kunden. | |
| 6 Sie bewerten in Kommunikation mit den Kunden das cyber-physische System auch hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Skalierbarkeit und Verlässlichkeit. | |
| 7 Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die Interaktion zwischen Menschen, Maschine und künstlicher Intelligenz und diskutieren auch ethischmoralische Aspekte des Einsatzes von künstlicher Intelligenz | |
| Exemplarische Lernsituation zu Kompetenzen | 3/4 Um die Kundenzufriedenheit in einem Baumarkt der FAIDATE Holding AG zu erhöhen, erhalten die Schülerinnen und Schüler den Auftrag an den Ausgängen des Baumarkts jeweils eine einfache Rückmeldemöglichkeit zu planen und zu installieren. Die entsprechenden Geräte sollen über 3 Tasten verfügen, über die im AmpelVerfahren abgestimmt werden kann. Die Abstimmungsergebnisse werden drahtlos an einen kleinen Steuerungscomputer im Markt übermittelt und dort grafisch dargestellt. |
| Mögliche Handlungsprodukte | Abstimmgerät und Auswertungssystem |
| Exemplarische Lernsituation zu Kompetenzen | 4 Das Gebäudeautomationssystem der Firma GANTT AG ist in letzter Zeit häufig ausgefallen. Um in Zukunft auf Fehler schneller reagieren zu können, werden Sie als Mitarbeiterin bzw. Mitarbeiter des IT-Dienstleisters HyperJack GmbH beauftragt, ein Test- und Monitoring-System aufzubauen. Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler den Auftrag zunächst anhand des vorliegenden Planes des CPS-Systems der GANTT AG die bestehende Vernetzung und das Zusammenwirken der Komponenten zu erfassen. Danach sollen sie passende Testszenarien entwickeln und umsetzen. Schließlich müssen Sie die Tests in das bestehende Monitoring-System einbinden. |
| Mögliche Handlungsprodukte | CPS Test- und Monitoring-System |
| Inhaltliche Orientierung | Allgemein Industrie 4.0: Automatisierungspyramide, RAMI 4.0, Produktion, Digitalisierung, Zusammenhänge, Assett, Verwaltungsschale Beispiele für CPS: Manufacturing Execution System (MES) CPS-Hardware: Embedded-Systems, Echtzeitverarbeitung, Leistungsfähigkeit und Energieverbrauch Komponenten: RasPI, Arduino, ESP32, SPS, Sensoren, Aktoren, Anschlüsse Bussysteme: z.B. I2C, CAN, KNX; Horizontale und vertikale Vernetzung, Feldbussysteme, z.B. ASi, Profibus, IE, Sensorbusse und -netze, zyklische/azyklische Kommunikation Vernetzung und Protokolle: WLAN, LPWA, Zigbee, Bluetooth, LoRaWAN, SigFox, NB-IoT, LTE, Industrial-Ethernet, TCP/IP, MQTT, OPC UA, Echtzeitsysteme, deterministisches Verhalten, Time Sensitive Networking (TSN) Vermittlungs-Komponenten: vorrangig ab Layer 3 Datenaufbereitung: Cloud-Computing, Fog-Computing, IoT-Plattform-Hub Programmierung: Konfiguration und Auswertung: Entwicklungssysteme, Programmiersprachen, Bibliotheken, APIs, REST, Node-RED, Node.js, grafische Auswertungs- und Darstellungssysteme, KI Zuverlässigkeit und Sicherheit: mit Schwerpunkten Diagnose, Monitoring, Datengüte, Robustheit, Cybersecurity, Bedrohungen, Schutzmaßnahmen, Abwehr Visualisierung: HMI Werkstückidentifikation: QR-Code, RFID |