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Dienstag, 22. Juli 2014

Spannendes für MINT-Interessierte

Genesis Systems entwickelt eine interaktive Maschine für das neue Wissenschaftszentrum des Putnam Museums


  • Genesis Systems entwickelte einen Roboter, der den Besuchern des Putnam Museums MINT-Fächer näher bringen soll.

  • InduSoft Web Studio wurde für dieses Projekt ausgewählt, weil es die nötigen Treiber bietet, den Entwicklungsprozess erleichtert und Lernlizenzen vergibt.

  • Der von Genesis Systems entwickelte Roboter ist seit April 2014 Teil einer MINT-Langzeitausstellung des Museums.

Abb. 1: Roboterausstellung von Genesis Systems im Putnam Museum


 


Hintergrund

Die US-Regierung schätzt, dass die sogenannten MINT-Berufe (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft, Technik) zwischen 2010 und 2020 um 14 % ansteigen sollen. Sie vergibt für 2015 ein Budget von $170 Millionen zur Weiterbildung und Schulung junger MINT-Interessierter. Präsident Obama hat es sich zum Ziel gesetzt, in den kommenden 10 Jahren 100.000 MINT-Lehrer einzustellen und weiterzubilden und 1 Million junge Menschen in MINT-Berufen auszubilden.

Auf dem Weg dorthin sind einige Hindernisse zu überwinden. Schätzungen zufolge möchten lediglich 16 % aller Highschool-Absolventen mit überdurchschnittlich guten Kenntnissen in Naturwissenschaften und Mathematik einen MINT-Beruf ergreifen und nur die Hälfte aller geeigneten Kandidaten ergreift nach dem Abschluss einen Beruf, in dem Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik eine Rolle spielen. Hinzu kommt, dass laut einer EMSI-Studie aus dem Jahre 2011 das Alter der derzeit in MINT-Berufen tätigen Menschen mit 45 bis 64 Jahren relativ hoch ist.

Um nun ein jüngeres Publikum für MINT-Berufe zu begeistern, investieren Firmen und Forschungseinrichtungen Einiges in die Weiterbildung und Schulung in diesem Bereich. Das Putnam Museum in Davenport, Iowa, hat sogar ein eigenes MINT-Zentrum eingerichtet, in dem Interessierte spielerisch an Labortätigkeiten herangeführt werden und an Projekten teilnehmen können.

Im Zuge dieser Maßnahmen wandte sich das Putnam an Genesis Systems. Das Unternehmen entwickelt, baut und implementiert robotergesteuerte Schweißgeräte, automatisierte Montagesysteme, robotergestützte Fertigungssysteme, Lösungen für den Materialumschlag, zerstörungsfreie Prüfzellen und robotergesteuerte Wasserstrahlschneidesysteme. Genesis Systems wurde mit der Aufgabe betraut, einen Roboter für das MINT-Zentrum zu bauen, der Besucher dazu animieren soll, das Museum zu besuchen, an Technikprojekten teilzunehmen und sich näher mit robotergesteuerten Automatisierungsprozessen zu beschäftigen.

 


Abb. 2: Skizzen des Roboterlabyrinths von Genesis Systems für das Putnam Museum

Die Herausforderung

In Rahmen der interaktiven Ausstellung können Museumsbesucher den Roboter zum Wettkampf herausfordern. Der Roboter verfügt über einen Magneten an seinem Arm, mit dem er eine Stahlkugel durch das Labyrinth an das Ziel bewegt. Der Besucher wiederum versucht sich an einem separaten Labyrinth mithilfe eines Magneten ebenfalls daran, eine Stahlkugel ins Ziel zu befördern. Der Roboter lässt sich in drei Geschwindigkeitsstufen einstellen: langsam, normal und schnell. In der langsamen Einstellung gewinnt der Mensch mühelos gegen den Roboter. In der normalen Einstellung gibt es ein Kopf-an-Kopf-Rennen zwischen Mensch und Maschine. Bei der schnellen Einstellung gewinnt der Roboter. Auf einem großen Bildschirm, der hinter dem Roboter aufgebaut ist, werden Geschwindigkeit und Zeit des Roboters und des Besuchers sowie die jeweilige Punktezahl angezeigt.

Für das MINT-Zentrum musste Genesis Systems nun ein automatisches Robotersystem entwickeln, das einer hohen Beanspruchung und Abnutzung im Rahmen einer Langzeitausstellung standhalten würde. Außerdem musste Genesis eine Software-Plattform verwenden, mit der für den Besucher ansprechende Grafiken der Roboter-Daten entwickelt werden konnten. Des Weiteren war für das Projekt eine Software nötig, die in einem PC-Umfeld funktionieren würde. Dadurch würden die Besucher mithilfe bekannter Schnittstellen und Bildschirmansichten mit der Maschine interagieren können. Zu guter Letzt mussten Daten der Maschine gesammelt und auf einem großen Bildschirm angezeigt werden können, damit sie für den Besucher gut leserlich sind.


 


Abb. 3: Nach dem Wettkampf zeigt der Bildschirm hinter der Maschine an, wie schnell das Labyrinth verlassen und welche Punktzahl erreicht wurde.


Die Lösung

Die fertige Maschine verwendet eine Allen Bradly SPS der L1 Series, mit der der von Genesis Systems entwickelte Roboterarm gesteuert wird. Der Treiber, der für die Kommunikation mit der SPS eingesetzt wird, ist einer von 200 nativen Treibern, die im InduSoft Web Studio-Paket enthalten sind.

Der Bau der Maschine und der HMI für die Ausstellung nahm ca. 1 Woche in Anspruch. Die automatische Steuerung des Roboters wird über die SPS ermöglicht, die InduSoft Web Studio als Plattform benutzt. Die Schnittstelle löst die Bewegungen des Armes aus und beendet sie, sammelt die im Labyrinth generierten Daten und zeigt sie auf dem hinter der Maschine angebrachten Bildschirm an.


Das Ergebnis

Die Maschine selbst ist eine einfache Version einer in Produktionsbetrieben üblichen Technologie. Für junge Besucher stellt sie aber eine tolle Möglichkeit dar, sich mit Technik und Informatik auseinanderzusetzen. Indem Schülern und Besuchern ein genauer Einblick in die Funktionsweise der Maschine und ihrer Software gewährt wird, gelingt es Unternehmen wie Genesis Systems, MINT-Interessierte spielerisch an Technologie und andere Wissenschaften heranzuführen. Anhand der spannenden und leicht verständlichen Ausstellungsinhalte, finden Schüler einen besseren Zugang zur Funktionsweise von Maschinen und deren Interaktion mit dem Menschen, sodass Naturwissenschaften und Technologie als Berufsfelder an Attraktivität gewinnen.   

Die Maschine wurde dem Museum am 1. April 2014 geliefert. Die Eröffnung des MINT-Zentrums im Putnam Museum erfolgte am 11. April 2014. InduSoft vergab für diese Ausstellung Lizenzen an Genesis Systems, damit Schulklassen und Forschungsinstitute von MINT-Programmen profitieren können.

Das InduSoft-Förderprogramm steht Universitäten und Forschungseinrichtungen weltweit offen, die InduSoft Web Studio in Forschungs- oder Studienprojekten einsetzen und somit der Industrie und Studenten der Ingenieurswissenschaften zu Gute kommen.




Abb. 4: Bau des Labyrinth-Roboters bei Genesis Systems.


Nähere Informationen erhalten Sie über Ihren örtlichen Distributor oder direkt von InduSoft über info@indusoft.com.de.

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