Der Produktionsprozess beginnt im Bereich Wareneingang und Qualitätskontrolle. In einem modernen Werk werden alle angelieferten Materialien geprüft, bevor sie für die Produktion freigegeben werden. Zu den typischen Prüfungen gehören das Zählen der gelieferten Artikel, die Überprüfung auf sichtbare Mängel und die Überprüfung, ob die richtige Materialart geliefert wurde. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die richtige Menge an Materialien in der erforderlichen Qualität in den Fertigungsprozess gelangt, um spätere höhere Verlustkosten im weiteren Verlauf des Prozesses zu vermeiden.

In der FactoryBox besteht dieser Bereich aus einem Rohstofflager und einer kombinierten Zähl- und Qualitätskontrollstation. Die Rohstoffe werden dort gelagert, bis sie für die Produktion benötigt werden. Bevor ein Werkstück in die Produktionslinie gelangt, durchläuft es die Prüfstation, wo die Stückzahl überprüft und eine Qualitätskontrolle durchgeführt wird. Anstelle des manuellen Materialtransports veranschaulicht das Modell den automatisierten Materialtransport und zeigt, wie Fördersysteme oder fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) Werkstücke zwischen verschiedenen Produktionsstufen befördern können. Diese Automatisierung reduziert den manuellen Aufwand, erhöht die Prozesssicherheit und bietet eine realistische Darstellung moderner Fertigungssysteme.

Das Bearbeitungszentrum ist das Herzstück des Fertigungsprozesses, in dem Rohmaterialien zu montagefertigen Bauteilen verarbeitet werden. In der industriellen Fertigung kommen in Bearbeitungszentren häufig CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) zum Einsatz, um hochpräzise Bearbeitungsvorgänge wie Fräsen, Bohren oder Schneiden durchzuführen. CNC-Maschinen ermöglichen eine gleichbleibende Produktqualität, wiederholbare Fertigungsprozesse und eine effiziente Produktion mit minimalem manuellem Aufwand und minimalen manuellen Arbeitsschritten. Dadurch können die Mitarbeiter zudem mehrere Aufgaben im und um den Bearbeitungsprozess herum übernehmen, was zu Einsparungen bei den Produktions- und Personalkosten führt.

Die FactoryBox veranschaulicht diesen Bereich anhand eines großen CNC-Maschinengehäuses, in dem sich ein Schrittmotor befindet, der den Bearbeitungsprozess simuliert. Über ein LCD-Display können Informationen zum aktuellen Produktionsstatus, wie beispielsweise der Bearbeitungsfortschritt oder die Betriebsbedingungen, angezeigt werden, wodurch die Nutzer Einblick in den Produktionsablauf erhalten. Über ein gut sichtbares Bedienfeld können Sie eine direkte Interaktion mit der Maschine programmieren, indem Sie einen Produktionszyklus starten, die Maschinenbeleuchtung steuern und einen Not-Aus (E-Stop) auslösen. Diese Bedienelemente vermitteln wichtige Konzepte des Betriebs industrieller Maschinen und verdeutlichen die Rolle von Sicherheitssystemen in automatisierten Fertigungsumgebungen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass es neben CNC-Maschinen noch viele weitere Fertigungsmöglichkeiten gibt, wie beispielsweise (Metall-)3D-Drucker, Näh- oder Lötstationen oder andere großtechnische Fertigungsverfahren.

Nach der Bearbeitung gelangen die Bauteile in den Bereich Montage und Warenausgang. In vielen Fertigungsumgebungen werden im Produktionsprozess automatisierte und manuelle Arbeitsschritte kombiniert. Industrieroboter übernehmen häufig repetitive Aufgaben wie das Entladen von Maschinen oder den Transport von Bauteilen, während menschliche Mitarbeiter Montagearbeiten ausführen, die Flexibilität, Präzision oder Entscheidungsfindung erfordern.
In vielen Fällen führen die Mitarbeiter, die das Produkt zusammenbauen, auch eine abschließende Qualitätsprüfung durch, bevor das Produkt versandt wird.
Sobald die Montage abgeschlossen ist, werden die fertigen Produkte für die Lagerung oder den Versand an die Kunden vorbereitet.

In der FactoryBox entlädt eine Roboterstation automatisch das fertige Werkstück aus der CNC-Maschine und befördert es zum Montagetisch für den nächsten Produktionsschritt.
Ein separates Lager enthält standardisierte Komponenten wie Schrauben, Muttern, Federn und andere Montageteile, die in der Fertigung häufig zum Einsatz kommen.
Am Montagearbeitsplatz setzen die Mitarbeiter das Endprodukt manuell zusammen, indem sie das bearbeitete Bauteil mit den Standardteilen kombinieren. Die LED-Leiste kann in diesem Fall dazu verwendet werden, die fertige Produktion zu signalisieren.
Dieser Ansatz verdeutlicht die Zusammenarbeit zwischen automatisierten Systemen und menschlichen Bedienern und unterstreicht, dass moderne Fabriken häufig sowohl auf Robotik als auch auf manuelle Montage setzen, um eine effiziente und flexible Produktion zu erreichen.

1. Beleuchtung

Die Beleuchtung ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Produktionsumgebung. Eine ausreichende Beleuchtung ermöglicht es den Mitarbeitern, Maschinen sicher zu bedienen, Produkte auf Mängel zu prüfen und Montagearbeiten präzise auszuführen. Zusätzlich zur allgemeinen Arbeitsplatzbeleuchtung werden in Industrieanlagen häufig Statusanzeigeleuchten eingesetzt, um den Betriebszustand von Maschinen anzuzeigen. Typische Beispiele sind Grün für den Normalbetrieb, Gelb für Warnungen oder den Einrichtungsmodus und Rot für Störungen oder Notfälle. Diese optischen Signale helfen dem Bedienpersonal, den Zustand einer Maschine auch aus der Ferne schnell zu erfassen.

Die FactoryBox veranschaulicht beide Konzepte. Jeder ihrer drei Produktionsbereiche ist mit einer weißen LED ausgestattet, die die allgemeine Hallenbeleuchtung in Industrieanlagen simuliert. Eine repräsentative LED ist zudem in das zentrale Bedienfeld integriert, sodass die Lernenden die simulierte Fabrikbeleuchtung steuern und überwachen können.

2. Umweltüberachung

Moderne Fabriken überwachen ihre Umgebung kontinuierlich, um sichere Arbeitsbedingungen zu gewährleisten, die Produktqualität zu sichern und die Energieeffizienz zu verbessern. Je nach Produktionsprozess messen Sensoren Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität, Staubkonzentration, Vibrationen oder Lärmpegel. Die Überwachung dieser Parameter hilft dabei, unsichere Arbeitsbedingungen zu erkennen, empfindliche Anlagen zu schützen und sicherzustellen, dass die Produkte unter geeigneten Umgebungsbedingungen hergestellt werden.

Die FactoryBox simuliert diese Funktionen mithilfe verschiedener Komponenten zur Umgebungsüberwachung. Ein Lüfter stellt ein industrielles Belüftungssystem dar, das zur Verbesserung der Luftzirkulation aktiviert werden kann. Ein Sensor misst kontinuierlich die Temperatur und Luftfeuchtigkeit und veranschaulicht so, wie die Umgebungsbedingungen während der Produktion überwacht werden können. Darüber hinaus erkennt ein Gassensor Gase, die auf gefährliche Zustände hinweisen können, wie beispielsweise Rauch oder Gaslecks, sodass die Lernenden Notfallszenarien simulieren können. Zusammen veranschaulichen diese Komponenten, wie moderne Fabriken Umgebungssensoren und Belüftungssysteme einsetzen, um Mitarbeiter und Anlagen zu schützen und gleichzeitig optimale Produktionsbedingungen aufrechtzuerhalten.

3. Not-Aus-Schalter

Die FactoryBox verfügt über eine Taste auf ihrem Bedienfeld mit der Aufschrift „E-Stop“, kurz für Not-Aus.
Not-Aus-Schalter, auch bekannt als Kill-Schalter, dienen dazu, eine Maschine oder einen Produktionsprozess schnell anzuhalten, wenn ein Notfall eintritt oder die Anlage nicht mehr sicher über ihre normalen Bedienelemente gestoppt werden kann.

Ihr Hauptzweck besteht darin, das Verletzungsrisiko für das Personal zu minimieren und Schäden an Maschinen zu verhindern.

Not-Aus-Taster sind in der Regel große, rote, pilzförmige Taster, die leicht zu erkennen und schnell zu erreichen sind. Je nach Sicherheitsanforderungen bleiben sie nach der Betätigung oft verriegelt und können nur von befugtem Personal mit einem Schlüssel, durch ein spezielles Entriegelungsverfahren oder auf andere kontrollierte Weise zurückgesetzt werden. Weitere Informationen dazu finden Sie auf Wikipedia: Not-Aus-Schalter

4. Absicherungsmaßnahmen

Wenn bewegliche Teile, Roboter oder Maschinen vorhanden sind, die bei einer Kollision oder Berührung zu schweren Verletzungen führen können, müssen Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.
Diese lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen.

4.1 Trennende Schutzvorrichtungen

Trennende Schutzvorrichtungen verhindern den Zugang zu Gefahrenbereichen mittels einer physischen Barriere. Sie sollen sicherstellen, dass Arbeitnehmer nicht versehentlich in den Arbeitsbereich gefährlicher Maschinen gelangen können, während diese in Betrieb sind.

Mechanische Schutzvorrichtungen sind besonders wichtig für Maschinen und Roboter, die schnelle oder kraftvolle Bewegungen ausführen. So könnte beispielsweise ein Roboter, der schwere Werkstücke transportiert, eine Person, die seinen Arbeitsbereich betritt, schwer verletzen, während sich drehende Werkzeugmaschinen oder rotierende Wellen Kleidung oder Körperteile einklemmen und schwere oder sogar tödliche Verletzungen verursachen könnten. Indem sie den physischen Zugang verhindern, schließen Schutzvorrichtungen die Möglichkeit eines Kontakts mit diesen Gefahrenquellen während des normalen Betriebs aus.

In der FactoryBox wird dieses Konzept durch die transparenten Acrylbarrieren veranschaulicht, die das Bearbeitungszentrum und eine Seite der Roboterstation umgeben. Das durchsichtige Material ermöglicht es den Lernenden, den Fertigungsprozess zu beobachten, und verdeutlicht gleichzeitig das Prinzip der Trennung von Personen und gefährlichen Maschinenbewegungen. Dies zeigt, dass wirksame Sicherheitsmaßnahmen die Sicht nicht unbedingt beeinträchtigen, sondern vielmehr ein sicheres Arbeitsumfeld schaffen, ohne die Prozessüberwachung einzuschränken.

4.2 Nicht-trennende Schutzvorrichtungen

Im Gegensatz zu Schutzvorrichtungen sichern Schutzvorrichtungen den Zugang nicht physisch ab. Stattdessen überwachen sie die Umgebung und stoppen oder verlangsamen eine Maschine automatisch, sobald eine Person einen Gefahrenbereich betritt. Diese Vorrichtungen sind besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Bediener regelmäßig Zugang zur Maschine benötigen oder bei denen Menschen und Roboter gemeinsam in einem gemeinsamen Arbeitsbereich arbeiten.

Zu den gängigen Beispielen zählen Lichtvorhänge, Laserscanner, Sicherheitsmatten, Bildverarbeitungssysteme und sicherheitszertifizierte Abstandssensoren. Diese Technologien überwachen den Schutzbereich kontinuierlich und lösen einen sicheren Stopp aus, bevor es zu einer Kollision oder einer Verletzung kommen kann. Je nach Anwendung können Maschinen vollständig anhalten oder in einen kollaborativen Modus mit reduzierter Geschwindigkeit wechseln.

Die FactoryBox veranschaulicht dieses Prinzip anhand eines Abstandssensors, der neben der Öffnung in der Schutzbarriere installiert ist. Der Sensor lässt sich so programmieren, dass er ähnlich wie eine Lichtschranke funktioniert und erkennt, wenn jemand den Bearbeitungsbereich betritt, während die Maschine in Betrieb ist. Wird ein Eindringen erkannt, kann das System einen Alarm auslösen oder den Produktionsprozess stoppen, wodurch das grundlegende Funktionsprinzip von Anwesenheitserkennungssystemen veranschaulicht wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass echte industrielle Schutzeinrichtungen wesentlich komplexer sind. Anstatt einen einzelnen Punkt zu überwachen, schützen sie in der Regel einen gesamten Bereich oder ein gesamtes Volumen und sind so ausgelegt, dass sie strenge funktionale Sicherheitsstandards erfüllen. Oft sind mehrere redundante Sensoren und zertifizierte Sicherheitssteuerungen erforderlich, um auch im Falle eines Komponentenausfalls einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Gemeinsam bilden Schutzvorrichtungen und Sicherheitsvorrichtungen sich ergänzende Schutzebenen. Schutzvorrichtungen verhindern den Zugang, wann immer dies möglich ist, während Sicherheitsvorrichtungen zusätzliche Sicherheit in Situationen bieten, in denen eine Interaktion des Menschen mit dem Produktionssystem erforderlich ist. Dieser mehrstufige Ansatz ist ein Grundprinzip der modernen industriellen Maschinensicherheit.

5. Alarm Signale

Im Notfall müssen auf verschiedene Weise Signale gesendet werden. Dazu gehören häufig rot oder orange blinkende Lichter, akustische Signale wie ein kontinuierlicher Piepton und/oder aufgezeichnete Warnmeldungen.
Notausgänge können beleuchtet werden, Maschinen können abgeschaltet oder automatische Systemreaktionen wie Sprinkleranlagen ausgelöst werden.
Je nach Art der Anlage oder des Notfalls werden automatische Anrufe bei der Polizei, der Feuerwehr oder dem Rettungsdienst ausgelöst.

In der FactoryBox befinden sich zwei rote LEDs und ein Summer, mit denen ein Alarm ausgelöst werden kann, z. B. wenn der Sensor am Bearbeitungssensor während des Betriebs der CNC-Maschine ausgelöst wird.

6. Fluchtwege im Notfall

Es kann jederzeit zu Unfällen, Bränden oder anderen Notfällen kommen, die eine Evakuierung der Fabrik erforderlich machen.
Um sicherzustellen, dass die Menschen die Gefahrenzone ungehindert verlassen können, müssen Fluchtwege , Notausgänge und Notausstiegsluken jederzeit frei gehalten und dürfen nicht versperrt werden.
Sie sind in der Regel mit „Exit“-Schildern gekennzeichnet, und auf jeder Ebene bzw. in jedem wichtigen Bereich gibt es Pläne, die den nächstgelegenen Ausgang und weitere wichtige Informationen anzeigen.
In der Regel sind Notausgänge mit grünen Schildern gekennzeichnet; moderne Ausführungen können zudem mit grün blinkenden Signalen aufleuchten.

Es ist schwierig, in der FactoryBox geeignete Fluchtwege darzustellen. Zwar ist der Lagerbereich durch Förderbänder physisch abgetrennt, doch verfügen sowohl die Montagelinie als auch der Bearbeitungsbereich jeweils über ungehinderte Fluchtwege zum nächstgelegenen Ausgang.