Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte, ein Video mehr als 1000 Bilder – und eine interaktive Simulation mehr als 1000 Videos. Menschen müssen Dinge sehen, erleben, anfassen, erfahren, um sie nachhaltig zu verstehen. Dies ist – überspitzt formuliert – das Besondere und Innovative am Konzept des Virtual Robotics Labs. Es ermöglicht über hochwertige Visualisierungen und interaktive Simulationen „Hands-On-Experimente“ für Industrie 4.0-Technologien und Systeme in Echtzeit, interaktiv und dennoch gefahrlos, selbstgesteuert zu jeder Zeit und an jedem Ort, ohne besondere Hardware und Endgeräte. Hierbei deckt das Virtual Robotics Lab eine große Anwendungsbandbreite ab. Jeder Studierende bekommt (virtuell) seinen eigenen Sensor, seine eigene Produktionsanlage, sein eigenes Auto, seinen eigenen Serviceroboter, sein eigenes Haus – oder auch zur zusätzlichen Inspiration – seinen eigenen Satelliten oder Explorationsrover. Digitale Zwillinge und innovative Simulationstechnik machen dies möglich. Das Ergebnis motiviert Studierende mittels „Lernen durch Ausprobieren“ anhand konkreter Lernszenarien zunächst einzelne Aspekte zu erlernen. Diese werden dann – oft bereits parallel oder direkt anschließend – in komplexen Systemen eingesetzt, so dass auch das Zusammenwirken einzelner Betrachtungsweisen und Lösungsbausteine verständlich wird.
Mit Industrie 4.0 verbundene Fragestellungen und Kompetenzen stellen für Studierende der Elektrotechnik und Informationstechnik eine große Herausforderung dar. Das Gebiet der Elektronik/Elektrotechnik selbst ist hierbei durch vielfältiges Fachwissen aus unterschiedlichen Studienbereichen gut abgedeckt. Themen aus dem Maschinenbau sind demgegenüber häufig fremd und wenig zugänglich. Aufgabenstellungen aus der Informatik/Informationstechnik erhalten eine besondere Komplexität dadurch, dass sie mittels geeigneter elektrotechnischer Hardware auf mechanische Systeme angewendet werden müssen. Die Anforderungen heutiger Systeme können meist nur durch eine Kombination moderner Ansätze von moderner Hardware kombiniert mit Modellbildung, Simulation und Künstlicher Intelligenz (KI) abgebildet werden. Besonders deutlich wird dies in der Robotik, die weiterführendes Fachwissen in Gebieten wie Kinematik/Dynamik, Sensorik/Aktuatorik, Fertigungsverfahren und Prozesse, Mensch-Maschine-Systemtechnik, Beobachtung/Steuerung/Vernetzung komplexer mechatronischer Systeme sowie Big Data und KI erfordert.
Über Durchrechnen von Aufgabenstellungen in den Übungen können die theoretischen Grundlagen nachvollzogen und Kompetenzen in einzelnen Fachgebieten aufgebaut werden. Es wird aber sehr schnell deutlich, dass der Praxisbezug fehlt und Nutzungspotenziale ebenso wie Einsatzrandbedingungen unklar bleiben. Und dabei hat Industrie 4.0 und hier insbesondere die Robotik den großen Vorteil, dass die Entwickler am Ende mit “sicht- und fühlbaren” Ergebnissen “belohnt” werden. Genau dies ist der Ansatzpunkt des Virtual Robotics Lab, welches Masterstudierenden aller sechs Vertiefungsstudiengänge aber auch Dozenten eine virtuelle Experimentierplattform an die Hand geben soll, mit der die vielfältigen aber häufig abstrakt bleibenden technischen Aspekte von Industrie 4.0 an praxisnahen Beispielen (virtuell) erlebbar, ausprobierbar und anfassbar werden. Grundlage hierfür sind anwendungsnah umgesetzte Beispielszenarien, die durch Vernetzung der beteiligten hochdetaillierten Digitalen Zwillinge entstehen – die Lehr-/Lernplattform für Industrie 4.0 wird also mit Industrie 4.0-Technologien umgesetzt. Die Plattform soll das Verständnis sowohl der grundlegenden Teilaspekte, der Randbedingungen und Möglichkeiten der Vernetzung von Lösungskomponenten als auch Analyse, Bewertung und Optimierung des durch ihre Zusammenschaltung resultierenden Verhaltens des Gesamtsystems befördern.
Damit soll das Virtual Robotics Lab durch zielgerichtete, das Verständnis von Teilaspekten und Gesamtzusammenhängen fördernden praxisnahen Beispielen den individuellen Studienerfolg erhöhen, durch einen spielerischen Zugang zu komplexen Themen über qualitativ hochwertige virtuelle Lernszenarien die Motivation der Studierenden erhöhen, die Attraktivität der Lehre und der Ingenieurwissenschaften steigern, ein schnelleres und robusteres Erreichen der Lernziele ermöglichen und zu einer höheren Selbständigkeit der Studierenden beitragen.
