Studierende mit ganzheitlichen Konstruktionsfertigkeiten und Sicherheit im Umgang mit Engineering-Softwareumgebungen

Zukunft gestalten

Die Energiewende, der Fachkräftemangel, weltpolitische Verwerfungen und fragile Lieferketten stellen Unternehmen aus allen Branchen vor gewaltige Herausforderungen. Die deutsche Region Ostwestfalen-Lippe (OWL) ist Sitz zahlreicher weltweit führender Hersteller von Komponenten und Systemen für die Industrieautomatisierung. Organisiert im Intelligent Technical Systems (it’s) OWL Cluster, ermöglichen diese mit ihren Lösungen für intelligente Produkte und Verfahren Unternehmen weltweit, diese Herausforderungen anzunehmen und die Nachhaltigkeit zu verbessern.

Im Rahmen von it’s OWL forschen mehr als 1.000 Wissenschaftler an den Universitäten und Forschungsinstituten der Region an Themen wie künstliche Intelligenz (KI), Industrieautomation und Systementwicklung für die Lösungen der Zukunft. Und sie bilden die Ingenieure aus, die in diesen Bereichen arbeiten werden.

In praxisnahen Studiengängen, auch in Zusammenarbeit mit Unternehmen und Institutionen aus der Region, qualifiziert die Hochschule Bielefeld (HSBI) Studierende für fachliche und administrative Positionen. Zur Verbesserung der Ausbildung künftiger Ingenieure nutzt die HSBI Softwarelösungen von Siemens Digital Industries Software wie NX™ und Teamcenter®. Diese sind Teil der aus Software, Hardware und Dienstleistung bestehenden Xcelerator-Plattform von Siemens.

Projektorientiertes Lernen

Ein Wegbereiter für die Ausbildung künftiger Ingenieure an der HSBI ist Dr.-Ing. Jan Robert Ziebart. Die Karriere des Professors für Konstruktionslehre begann mit einer Lehre als Metallbearbeiter und umfasst langjährige Berufspraxis in der Automobilindustrie. Im Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik der HSBI unterrichtet Ziebart mit innovativen Methoden computergestützte Konstruktion (CAD).

Für den Bachelorstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen kehrte Ziebart die Kursreihenfolge um. Üblicherweise hören die Studierenden zunächst die Theorie im Frontalunterricht, um sie später in praktischen Übungen anzuwenden. In Ziebarts Konzept der umgekehrten Klasse eignen sie sich die Theorie mithilfe von vom Professor geschaffenen Videos zu Hause an, wobei ihr Lernfortschritt regelmäßig überprüft wird. Zusätzlich erhalten sie Hausaufgaben wie das Konstruieren bestimmter Gegenstände. Nach einer Woche Vorbereitung nehmen die Studierenden erstmals an Vorlesungen teil. Dabei können sie Fragen und erhalten Anweisungen für das Lösen der anstehenden Aufgaben im problembasierten Lernen.

Um die Studierenden an die Freiformgeometrie heranzuführen, müssen diese Dinge konstruieren und in eine größere 3D-Umgebung integrieren. Das Beispiel zeigt ein Auto vor dem HSBI Hauptgebäude.

Dabei nutzen die Studierenden an der HSBI NX nicht nur für CAD, sondern auch zur Ableitung von NC-Programmen in der computergestützten Fertigung (CAM). „Als immens reichhaltige Softwaresuite gibt uns NX viele Möglichkeiten, in zahlreiche Aspekte der Produktentwicklung einzutauchen, ohne dazu die Softwareumgebung zu wechseln“, sagt Ziebart. „So verlieren wir keine Zeit mit der Einschulung auf verschiedene Tools und können uns voll darauf konzentrieren, die Studierenden auf ihre Aufgaben vorzubereiten.“

Den Umgang mit NX erlernen die Studierenden an der HSBI neben den Videos des Professors über Online-Tutorials in der Siemens Xcelerator Academy und Drittsoftware. Dabei lernen sie die unterschiedlichen Herangehensweisen an die Konstruktion mit verschiedenen CAD-Systemen kennen und können zwischen diesen wechseln.

Im Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik nutzt Professor Dr.-Ing. Jan Robert Ziebart NX in seinen innovativen CAD-Studiengängen mit umgekehrter Kursabfolge.

Problembasiertes Lernen im Wettbewerb

Um die Fähigkeit der Studierenden zu fördern, eine Strategie und die zu erledigenden Aufgaben zu definieren, sind die im problembasierten Lernen zu erfüllenden Aufgaben nicht allzu spezifisch. „Um die Studierenden an die Freiformgeometrie heranzuführen, müssen sie einfache Dinge wie einen Korkenzieher, einen Kronenkorken oder eine Banane konstruieren“, erläutert Ziebart. „Das ist ausgesprochen lehrreich, denn da die Geometrien solcher Gegenstände nicht aus einem Konstruktionsprozess stammen, müssen sie zuerst eine Konstruktionsstrategie entwickeln.“

Mehrkörperbaugruppen konstruieren und überprüfen die Studierenden mit der Software Mechatronics Concept Designer™ (MCD). Diese ist ebenfalls Teil der Siemens Xcelerator Plattform und innerhalb von NX verfügbar. „Einer meiner Studierenden simuliert mittels Mechatronics Concept Designer Roboterbewegungen für das Erstellen der Roboterprogramme durch virtuelles Teachen“, berichtet Ziebart. „Andere schaffen mittels NX CAM die NC-Programme für die automatisierte Fertigung der Teile für ihre Konstruktionen.“

In fortgeschrittenen Phasen der Lehrgänge nutzen die Studierenden auch die Möglichkeiten des NX Virtual Reality Environment für die Entwurfsüberprüfung in der virtuellen Realität (VR). „Ich glaube, dass dies als logischer nächster Schritt nach dem Übergang von Papier über 2D CAD nach 3D CAD in den Konstruktionsabteilungen schon bald gängige Praxis sein wird“, ist Ziebart überzeugt. „Ich möchte, dass meine Absolventinnen mit Technologien wie Immersive Design bereits vertraut sind, wenn ihre zukünftigen Dienstgeber diese einführen.“

Studierende an der HSBI lösen ihre Aufgaben im Wettbewerb zwischen Teams, die nach den Häusern der durch Harry Potter bekannten Schule Hogwarts benannt sind. In einer Reihe beurteilter Vorlesungen präsentieren sie ihre Ergebnisse und Herangehensweisen. „Der gewählte Lösungsweg ist mindestens ebenso wichtig wie andere Aspekte“, sagt Ziebart. „Unsere Studierenden lernen, agile Entwicklungsmethoden wie etwa Scrum Sprints über zahlreiche Iterationen anzuwenden, statt ganze Konstruktionen in einem Durchgang zu schaffen.“ Sie lernen dabei auch, dass Scheitern großes Potenzial für Lerneffekte hat und langfristig zum Erfolg führen kann.

Studierende an der HSBI lösen ihre Aufgaben im Wettbewerb und präsentieren ihre Ergebnisse und Herangehensweisen In einer Reihe beurteilter Vorlesungen.

Fortschritt verwalten

Zur Verwaltung dieser projektorientierten Unterrichtsform mit Studierenden, die vor Ort und zu Hause arbeiten, nutzt die HSBI Teamcenter für das Produktlebenszyklusmanagement (PLM). Über Teamcenter erlangen und speichern die Studierenden Informationen, Lehrende kommentieren deren Arbeit und weisen ihnen Aufgaben zu. Auf diese Weise machen sich die Studierenden mit zukunftssicherem Informations- und Workflowmanagement vertraut.

Zusätzlich zu den Noten für die Qualität ihres Lösungsweges und ihrer Lösung erhalten die Teams im problembasierten Unterrichtskonzept Punkte für die pünktliche Fertigstellung. Dies bereitet die Studierenden auf das Arbeiten im Team unter Termindruck in ihren späteren Berufslaufbahnen vor. Das Siegerteam darf ihre Konstruktion in ein ebenfalls von einem HSBI-Studierenden geschaffenes 3D-Modell der Welt um Hogwarts einpflegen.

„Die Wirtschaft braucht Ingenieure, die in der Lage sind, Neues zu schaffen, von der ersten Idee bis zum fertigen, überprüften Produkt“, weiß Ziebart. „Mithilfe der Siemens-Software versetzen wir Studierende in ebenso schwierigen wie lustigen Projekten in die Lage, ihre zukünftigen Herausforderungen anzunehmen.“

Das Siegerteam darf ihre Konstruktion in ein ebenfalls von einem HSBI-Studierenden geschaffenes 3D-Modell der Welt um Hogwarts einpflegen, das in Professor Ziebarts CAD-Labor zu sehen ist.