Prototypen im 3D Druck – Studierende nutzen “Learning Lab” Know-How für ihre Bachelorarbeiten

Beitrag von Prof. Dr. Joachim Günther (HM)

Auch wenn seit März 2020 wegen der Corona-Rahmenbedingungen leider keine weiteren POW-Workshops (Print your own world) im Rahmen des Learning Labs durchgeführt werden konnten, verwendeten Studierende ihr praktisches Wissen, um Produkte zu realisieren. Die in Abbildung 1 – 3 gezeigten Funktionsmodelle und Prototypen entstanden in Rahmen von Bachelorarbeiten.

Wichtig vor dem Bau von Prototypen ist die Entscheidung, welche Komponenten von Prototypen gedruckt werden und welche man schneller und kostengünstiger im Baumarkt beschaffen kann (z.B. Wellen aus Rundholz und Stahlstifte).

Abbildung 1: Kardangelenk, das Rotation und Drehmoment von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle übertragen kann, auch wenn die beiden Wellen winklig zueinander stehen.

Im Folgenden werden zwei mechanische Funktionsmodelle mit 3D-gedruckten Komponenten kurz vorgestellt.

Abbildung 2: Funktionsmodell mit zwei Kardangelenken, die nacheinander angeordnet sind. So lässt sich Drehmoment zwischen Wellen, die Achsversatz aufweisen, übertragen. Eine typische Anwendung im Maschinenbau.
Abbildung 3: Getriebestufe aus einem Bolzenrad und einem Keilrad. Derartige einfache Getriebe wurden im Mittelalter im Antriebsstrang von wasserbetriebenen Mühlen verwendet.

Die Bachelorarbeiten werden von Prof. Dr. Joachim Günther (Hochschule München, Fakultät 09, Wirtschaftsingenierwesen) betreut. Für weitere Informationen sprechen Sie mich gerne an.

Evolution des Learning Labs: “HAT virtuell” – vom Präsenz- zum virtuellen Workshop

Der Name: Learning Lab.
Die Idee: haptische Technologie-Erfahrung in Kleingruppen.
Das Szenario: 1 Raum, 1 Dozent, 25 Studierende.

So sah die Situation noch vor einigen Monaten aus.

Die Covid-19-Pandemie stellte das Learning Lab und mit ihm die Professoren Dr. Holger Günzel und Dr. Lars Brehm von der Hochschule München vor die Aufgabe, die Workshops des Learning Lab Online-tauglich zu adaptieren.

Mitte 2020 zog der erste Stream – DBF (Digital Business Foundation) – erfolgreich in die Virtualität und ermöglichte Studierenden aus allen Teilen der Erde eine Teilnahme. Diese Erfolgsgeschichte wurde im Oktober fortgesetzt: Der Workshop HAT (Home Automation mit Internet of Things) gibt sein erfolgreiches Online-Debüt mit 50 Studierenden.

Dazu wurden die folgenden Workshop-Komponenten angepasst:

KomponenteOn-Site-FormatVirtuelles Format
Hardware-PlattformRaspberry PiAWS Linux Server :
verwaltet per Terraform
Sensoren & OutputSense-HATTrinket: Browserbasiert
Sense-HAT Simulation
Node-REDNode-RED mit
Sense-HAT
Node-RED mit
Sense-HAT Simulator
Arbeiten in KleingruppenLerninselnZoom-Breakouts
Gemeinsames Schreiben Post-ItsNuclino-Arbeitsraum
Komponenten des On-Site vs. virtuellen Learning Lab Formates
Nuclino Central Hub
Terraform

Übrigens: Die Assignments des virtuellen Workshop-Formats und die Terraform-Skripte sind natürlich in der Community offen verfügbar und laden zum Nachmachen ein.

Vom modellierten Prozess zum digitalisierten Arbeitsablauf: der neue, virtuelle Workshop “Process Management Fundamentals” (PMF)

Aufgrund der besonderen Covid19-Situation wurde im aktuellen Sommersemester 2020 das neueste Learning Lab als virtuelles Workshop-Format entwickelt: der Workshop “Process Management Fundamentals” (PMF).
Dadurch können auch in der Distanzlehre Prozesse begreifbar, selbstgesteuert und gemeinschaftlich erlebbar gemacht werden. Im neuen Workshop der Professoren Dr. Holger Günzel und Dr. Lars Brehm von der Hochschule München werden Prozesse nicht nur modelliert. Hinzu kommen das Überprüfen der Ausführung mittels Simulation und die Überführung in automatisierten Workflows zur Ausführung der Prozesse: Formulare können ausgefüllt, eMails verschickt oder Dokumente erzeugt werden. Durch das direkte Sichtbarwerden der Ergebnisse wird die oftmals vorhandene Lücke zwischen Theorie und Praxis deutlich reduziert: Die Fähigkeit des einfachen Verstehens von vorhandenen Prozessmodellen wird ergänzt durch die Fähigkeit des Erstellens von eigenen Modellen.

Workshop PMF in Aktion

Initial wurde der Workshop im Sommersemester 2020 mit 20 Studierenden im Bachelor Betriebswirtschaft eingesetzt. Hierzu kamen die bewährten Werkzeuge wie Zoom und Breakout Sessions, Nuclino als Arbeitsraum-Tool und Signavio als Cloud-System zur Prozessmodellierung zum Einsatz.

Erstsemesterstudierende der FHWS testen Learning Lab

Gastbeitrag von Dipl.-Soz. Florian Aschinger (FHWS):

Zu Semesterbeginn am 1. und 2.Okt. 2020 begrüßte die Fakultät Maschinenbau der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg & Schweinfurt (FHWS: www.fhws.de) 71 Studienanfängerinnen und -anfänger. Trotz Corona konnten die Einführungstage unter Einhaltung strenger Hygiene- und Infektionsschutzmaßnahmen vor Ort an der Hochschule durchgeführt werden. Das spannende Veranstaltungsprogramm beinhaltete auch mehrere dreistündige Workshops, bei welchen folgende Learning Lab Streams zum Einsatz kamen:

Semesterstart in Corona-Zeiten: Studierende mit Abstand in der Aula (Foto: Stefan Kuhn)

Die Streams werden im Rahmen des Projekts BEST-FIT von der Projektgruppe „Prophet“ (Projekt- und kompetenzorientierte Eingangsphase technischer Studiengänge, BEST-FIT/Prophet) zur Förderung von Kompetenzen für die digitale Arbeitswelt eingesetzt – zunächst pilotartig im Bachelor Maschinenbau.

Für den Einsatz bei den Einführungstagen wurden die Streams etwas gekürzt und die Studierenden konnten sich vorab per Online-Wahl für einen der Workshops entscheiden. Insgesamt fanden sechs parallele Workshops statt: DTE, LC2 und APP wurden jeweils einmal, POW in zwei Räumen angeboten; zusätzlich gab es die Lerneinheit „BDT – Basic Digital Technologies“, in welcher Experimente mit dem Raspberry Pi und dem Elegoo Uno Starter Kit durchgeführt wurden. Die Studierenden arbeiteten in 2er- oder 3er-Teams (mit Maske) selbständig anhand der Aufgabenstellungen (sog. Assignments). Das Team von BEST-FIT/Prophet sowie Mitarbeitende der Fakultät Maschinenbau waren als Coaches vor Ort.

Der Einsatz der Streams war eine gute Abwechslung und ermöglichte einen projekt- und kompetenzorientierten Start ins Studium. Seitens der Studierenden bestätigte sich der positive Eindruck auch in der abschließenden Evaluation: 89% der Teilnehmenden bewerteten ihren Workshop mit „gut“ oder „sehr gut“; die ebenfalls erfassten Verbesserungsvorschläge helfen bei der Weiterentwicklung des Angebotes.

Gestartet: virtuelle Variante des Workshops “Digital Business Foundation”

Studierende, die in kleinen Gruppen nebeneinander an einem Tisch sitzen, anregende Diskussionen untereinander und mit dem Dozierenden, ein über-die-Schulter-Schauen … diese Normalität des Hochschulbetriebs ist auf Grund der Covid-19 Situation derzeit nicht möglich. Neue Lehr- und Lern-Möglichkeiten sind gefragt, die Präsenzformate ersetzen und Distanzen überbrücken.

Auch das Learning Lab, dessen Mittelpunkt die haptische Technologie-Erfahrung in Kleingruppen ist, musste sich dieser Herausforderung stellen. Die Lösung: die Teams “treffen” sich online per Video in Zoom Break-out Sessions. Ergänzend wird die Plattform Nuclino für das kollaborative Schreiben und den Informationsaustausch genutzt – normalerweise übernehmen Post-its, beschreibbare Tische, Flipcharts und Diskussionen diese Arbeitsschritte. Anstelle der Raspberry Pis als lokale WordPress-Server, wird jetzt ein Linux-Server pro Studierendenteam aus der AWS Cloud (Amazon Web Services) verwendet.

Linux-Server für die Studierenden-Teams auf AWS

Die notwendigen Linux-Server werden nicht einzeln per Hand, sondern per Script mit Terraform automatisiert aufgesetzt. Auf diese Weise ist die Infrastruktur sehr leicht anpassbar & skalierbar (z.B. für 10 und mehr Teams) und “auf Knopfdruck” zu starten und zu stoppen – und spart damit Kosten.

Terraform zur automatisierten Erstellung der Linux-Server

Mit diesen technischen Voraussetzungen ist der Learning Lab Workshop “Digital Business Foundation” (DBF) in den virtuellen Raum “umgezogen” und eine Gruppenarbeit auf Distanz analog zum bisherigen didaktischen Ansatz des Learning Labs erfolgreich möglich.

Übrigens: Die neue Variante der betroffenen Assignments und die Terraform-Skripte sind natürlich in der Community offen verfügbar und laden zum Nachmachen ein.

Learning Lab mit zwei Beiträgen auf der EDUCON 2020 (IEEE Global Engineering Education Conference) Konferenz vertreten

Die EDUCON 2020 (IEEE Global Engineering Education Conference) sollte vom 28. bis 30. April am Polytechnikum von Porto, Portugal, an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften als Präsenzveranstaltung stattfinden. Aufgrund der COVID Einschränkungen wurde jedoch beschlossen, die Konferenz als reine Online-Veranstaltung im gleichen Zeitraum wie die geplante physische Veranstaltung in Porto zu organisieren.

So haben wir unsere beiden Beiträge „Teaching 3D Printing Technology Hands-on“ und „Problem-based learning for teaching new technologies“ schließlich virtuell vorgestellt:

Live Ausschnitt der virtuellen Präsentation

Der erste Artikel beschäftigt sich mit dem Thema: „Praxisnahes Lehren von 3D-Drucktechnologie“: Neue Technologien wie additive Fertigung werden häufig an Hochschulen überwiegend theoretisch mit Hilfe von Darstellungen oder Lehrvideos gelehrt. Die praktische Anwendung digitaler Technologien sowie die Erfahrung und die Möglichkeit, mit diesen Technologien kreative neue Ideen zu entwickeln, kommen dann meist zu kurz. Der Beitrag beschreibt, wie die Hochschule München den 3D-Druck mit günstigen 3D-Druckern in Vorlesungen integriert hat, um diese hoch relevanten Fertigkeiten und Kompetenzen zu vermitteln.

Gunther, Joachim; Brehm, Lars; Günzel, Holger; Humpe, Andreas (2020) „Teaching 3D Printing Technology Hands-on“, in: 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON). Presented at the 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), IEEE, Porto, Portugal, pp. 953–957. https://doi.org/10.1109/EDUCON45650.2020.9125302

Der zweite Artikel behandelt das generelle Thema „Problembasiertes Lernen für das Lehren neuer Technologien“. Dieser beschreibt ein didaktisches Konzept, um Studierende mit neuen digitalen Technologien wie zum Beispiel 3D-Druck, Robotik oder virtueller Realität vertraut zu machen. Das Konzept basiert auf problemorientiertem Lernen und ist in einer konstruktivistischen Lernumgebung verankert. Um den Einfluss verschiedener konstruktivistischer Dimensionen auf den Lernerfolg zu überprüfen, wurde ein Strukturgleichungsmodell geschätzt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die soziale und emotionale Dimension den größten Einfluss auf das Lernen hat, gefolgt von der Dimension der Selbstbestimmung. Die konstruktive Dimension zeigt jedoch eine positive, aber nicht statistische signifikante Beziehung zum Lernerfolg. Insgesamt unterstützen die Ergebnisse das problembasierte didaktische Konzept für die Vermittlung neuer digitaler Technologien im Studium.

Humpe, Andreas; Brehm, Lars (2020) „Problem-based learning for teaching new technologies“, in: 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON). Presented at the 2020 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON), IEEE, Porto, Portugal, pp. 493–496. https://doi.org/10.1109/EDUCON45650.2020.9125376

Teilen landwirtschaftlicher Maschinen: Ein Branchen-Show-Case basierend auf dem Stream “HAT”

Studierende des Masterstudiengangs „Applied Business Innovation“ haben die Ideen des Learning Lab Stream „HAT – Home Automation mit IoT” aufgegriffen, um daraus eine neue IoT-Lösung in der Landwirtschaft zu konzipieren.

Um die Ziele der Weltklimakonferenz von 2015 zu erreichen, müssen über alle Branchen hinweg Emissionen eingespart werden. Frau Dörr, Frau Egert, Frau Laufs und Frau Peters – alle Studierende des Masterstudiengangs Betriebswirtschaft „Applied Business Innovation“ – haben dieses als Grundlage genommen, um ein digitales und nachhaltiges Konzept für die Landwirtschaft zu entwickeln. Der Einsatz digitaler Technologien in der Landwirtschaft soll nicht nur monetäre Vorteile bieten, sondern auch eine nachhaltigere Wirtschaftsweise ermöglichen.


Elena Laufs und Anna-Sophie Peters, Wiebke Dörr und Annabel Egert am Digi-Slam 5 an der Hochschule München

In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur Optimierung des aktuellen Prozesses des Maschinen-Teilens in der Landwirtschaft aufgesetzt. Mit Hilfe einer IoT-basierten Sharing-Plattform wird der Prozess digitalisiert und effizienter gestaltet. Weiterhin wird durch die Fokussierung auf die Vermittlung landwirtschaftlicher Maschinen mit alternativen Antrieben die Emissionsreduktion und die Nutzung erneuerbarer Energien vor Ort gefördert. Ihre Ergebnisse hat das Studierendenteam auf dem Digi-Slam 5 der Hochschule München vorgestellt – hier die Projektarbeit zum Herunterladen.

Weiterführender Artikel auf der Seite www.oekolandbau.de:
https://www.oekolandbau.de/landwirtschaft/pflanze/landwirtschaftliche-maschinen-teilen-digitalisierung-bietet-grosse-chancen/

Learning Lab „Digital Technologies“ beteiligt sich an Covid-19 Maskenproduktion

Das Learning Lab “Digital Technologies” hat sich zusammen mit Studierenden an der Covid-19 Maskenproduktion beteiligt. Basierend auf dem Learning Lab Stream „Print your own world“, welcher Studierenden den 3D Druck vermittelt, wurden Studierende mit einem 3D Drucker dazu aufgerufen, Gesichts- und Mundschutzmasken zur Bewältigung der Corona-Krise zu drucken. Ein von Learning Lab zu Verfügung gestelltes Lernvideo ermöglicht einen schnellen Einstig in die Massenproduktion:

3D Druck einer Gesichtsmaske

Insgesamt beteiligten sich mehrere Studierende unterschiedlicher Fakultäten an der Aktion.

Jochen Göltenboth, Student an der Fakultät für Tourismus, hat sich eine Maske gedruckt (Foto: Jochen Göltenboth)
So sieht die fertige Gesichtsschutzmaske nach dem Druck aus (Foto: Fabio D’Antino)

Neuer Stream “HAT – Home Automation mit Internet of Things” verfügbar

Im Wintersemester 2020/21 wurde der neue Stream HAT (Home Automation mit Internet of Things) bereits initial im Master Betriebswirtschaft “Applied Business Innovation” durchgeführt. Der Stream zeigt die technischen Grundlagen und Möglichkeiten des Internet-of-Things (IoT) auf. Am Beispiel von Smart Home werden Sensoren und Aktuatoren miteinander verknüpft.

Die vorwiegend ohne technischen Hintergrund startenden TeilnehmerInnen lernen IoT nicht theoretisch, sondern bauen einen größeren Case auf Basis des Einplatinen-Computers Raspberry Pi und verschiedenen Sensoren. Es werden Werte ausgelesen, Ausgabegeräte angesteuert und über das Automatisierungswerkzeug Node-Red datenbasierte Abläufe grafisch angelegt und betrieben. Weiterhin lernen die TeilnehmerInnen das Protokoll MQTT („Message Queue Telemetry Transport“) kennen und nutzen.

Artikel “Digitale Kompetenzen innovativ vermitteln” im Magazin “mbl – Münchner Business Lounge” erschienen

Der Artikel “Digitale Kompetenzen innovativ vermitteln” ist im Fakultätsmagazin “mbl – Münchner Business Lounge” im Januar 2020 erschienen. Das Magazin mbl wird von der Fakultät für Betriebswirtschaft (FK10) der Hochschule München veröffentlicht und berichtet über aktuelle Themen der Fakultät in Forschung und Lehre.

Unser Artikel beschreibt kompakt den aktuellen Stand des Learning Labs und gibt einen Überblick über Konzept, Lernziele und die einzelnen Streams. Zudem werden Beispiele für der Integration eines Learning Lab Workshop-Tages in konkrete Lehrmodule aufgezeigt.

Brehm, Lars; Günzel, Holger (2020) “Digitale Kompetenzen innovativ vermitteln”, mbl – Münchner Business Lounge, January, S. 64–69. https://t1p.de/mbl2020