Entwicklung der FactoryBox

Grundlegendes Problem:

  • Neugestaltung des Master-Kurses an der Hochschule Aalen
  • Studenten mit diversen (beruflichen) Hintergründen
    • Ingenieure mit wenig bis keiner Programmier-Erfahrung
    • Elektrotechnik Studenten
    • IT Studenten
  • Faktisch quasi wenige bis keine Programmier-Kentnisse

Breitere Perspektive:

  • Andauernde technologische Transformierung
  • Facharbeiter sind schwerer zu finden
  • Weiterbildung und Qualifizierung der Arbeitswelt
  • Es braucht gut ausgebildete Ingenieure
  • Future of Jobs Report
  • De-skilling ist ein Problem
  • Re-skilling eines der wichtigsten Ziele
  • Learning Factories Initiative
  • Praxis-orientierte Bildung und Training, innovative und skalierbare Lernmodelle

-> Wir brauchen ein Modell, welches nicht nur lehrt, sondern auch einen Fokus auf industrie-spezifische Settings legt

Um die nutzbare Fläche des Modells zu maximieren, wurde es so konzipiert, dass es faltbar ist.
Sowohl die rechte als auch die linke Seite des Modells können hochgeklappt werden, um eine geschlossene Box zu bilden. Ein Vorteil dieses Designs ist, dass es alle Modelle, Sensoren und anderen Komponenten vor äußeren Schäden schützt.

Da es sich um den ersten Prototyp handelte, wurde noch kein Schließmechanismus entwickelt.
Als Basismaterial wurde MDF verwendet und die Wandstärke betrug lediglich zwei Schichten.
Die wichtigsten Erkenntnisse waren, dass MDF für den langfristigen Einsatz ungeeignet ist und dass die Kabel durch ausreichend Verlege- bzw. Führungsraum zwischen den verschiedenen Teilen der Box geschützt werden müssen, um Zugbelastungen zu reduzieren.

Mit der zweiten Iteration wurde auf Acrylglas umgestellt. Dies verbessert nicht nur die Stabilität, sondern macht das Projekt auch optisch interessanter, da die gesamte Kabelführung nun sichtbar ist.
Außerdem wurde die Wandstärke erhöht, indem eine dünne, 1 mm starke, transparente Schicht hinzugefügt wurde, um durch die Wände verlaufende Kabel zu schützen und einzuschließen.
Für die Böden wurden insgesamt vier Schichten verwendet, um die Kabel sicher zu führen und gleichzeitig die strukturelle Integrität zu gewährleisten.

Alle Paneele wurden verklebt, was jedoch langfristig zu Problemen führte und optisch wenig ansprechende Ergebnisse zur Folge hatte. Zudem machte es die Wartung sehr zeitaufwendig.
Das Modell wurde über Scharniere geöffnet, während Magnete als Schließmechanismus eingeführt wurden.
Alle 3D-Modelle wurden neu entworfen und das elektrische Layout vollständig überarbeitet.

Während der Zusammenarbeit mit der University of Alberta wurde deutlich, dass einige Aspekte von Version 2 vor dem Nutzertest noch verbessert werden müssen.
Da sich die technischen Upgrades und das neue Layout jedoch als nachhaltig erwiesen haben, war kein vollständiges Redesign für Version 3 erforderlich.
Das alte Scharnier wurde durch ein Stoffscharnier ersetzt, um Lieferprobleme zu vermeiden und den Anteil an proprietärer Hardware zu reduzieren.
Alle Verklebungen wurden entfernt, um das Modell reparierbar zu machen. Nun kann alles mit 3D-gedruckten Teilen verschraubt werden, die über eingepresste Gewindeeinsätze verfügen.
Die Produktion wurde vereinfacht, sodass nun lediglich Folgendes erforderlich ist:

  • einen 3-D Drucker
  • einen Laser-Cutter
  • Einen Lötkolben (und Zubehör)
  • M4 Senkkopf-Schrauben
  • Einschmelzgewinde, M4 Messing
  • Elektronik und Co nach BOM

Um Tests mit Studenten durchführen zu können, wurden mehrere Exemplare der FactoryBox notwendig.
Im Zuge deren Herstullungsprozesses, wurden zusätzliche Verbesserungen am Modell vorgenommen.
Zudem wurden weitere Fehler in dem elektrischen Layout erkannt und behoben. Diese wurden zusätzlich auch in dem bereits gebauten Modell rückwirkend ergänzt.

Die relevantesten Veränderungen sind:

  • Verrundungen in den Laser-Vorlagen um die Stabilität zu verbessern
  • Verbessertes Schaltbild:
    • Zusätzliche Schaltung für den Buzzer, um Probleme mit der Gesamt-Stromstärke zu umgehen
    • Integrierung eines Level-Shifters für eine saubere Signalkonvertierung von 5V der I2C-Sensoren auf 3.3V Betriebsspannung des ESP32
    • changed input signals from DHT 11 and the Light barrier over the level shifter
  • Testen verschiedener Acrylglas-Farben
  • Ergänzung von femal-Steckern an allen Kabeln zum Abstecken
  • Kreieren von Schlüsselanhängern mit dem Logo der FactoryBox zur Resteverwertung