Schüler*innen Ingenieur*innen Akademie (SIA)

Der Seminarkurs Schüler:innen-Ingenieur:innen-Akademie ist eine großes Projekt, der bei der Koordination und Finanzierung von der BBQ Beruflichen Bildung gGmbH und vom Arbeitgeberverband Südwestmetall unterstützt wird. Dieses Projekt ermöglicht den Schülerinnen und Schülern, trotz des sprachlichen Profils im Bereich der Naturwissenschaften bestens ausgebildet zu werden.

Die erfolgreichen Bewerberinnen und Bewerber werden:

  • Mit Legorobotern gegen Studenten bei Roborace antreten,
  • Einem Porsche unter die Haube schauen,
  • Mit Ingenieur:innen über ihren Beruf sprechen,
  • Bei der DHBW die Vorzüge eines dualen Studienganges zu erfahren,
  • An der Uni Vorlesungen über Energieumwandlung hören,

 Hierbei erwerben sie die folgenden Soft skills:

  • Problemlösestrategien
  • Teamfähigkeit und
  • Präsentationkompetenzen

Der Seminarkurs für die K1 findet mittwochs von 14-17 Uhr in 105 statt.

Schüler:innen aus der 10. Klasse können bis 30.3. bei mir ihre Bewerbung abgeben. Die Auswahl wird Ende Juni getroffen.

 Axel Nothardt

Roborace Juni 2021

In SIA haben wir Schüler*innen über das Schuljahr hinweg verschiedene Roboter gebaut und programmiert. Unsere erste Aufgabe beispielsweise war es, einen Höhlenroboter zu konstruieren, der Höhlen selbstständig erforschen sollte. Nach der Fertigstellung des Höhlenroboters sollte anschließend jedes Team einen weiteren Roboter für das „Roborace“ entwerfen.

„Roborace“ ist ein Wettbewerb der Universität Stuttgart Vaihingen, an welchem mehrere Schüler-, sowie Studententeams teilnehmen. Die gestellte Aufgabe bestand darin, den eigenen Roboter so zu gestalten, dass dieser eine Strecke selbständig möglichst schnell durchfahren sollte. Zu Beginn hatten wir als Angaben über die Strecke nur, dass diese größtenteils schwarz-weiß verlaufend gefärbt sein würde und auf einer kürzeren Distanz keine Färbung, dafür aber eine Wand als Orientierung für den Roboter vorhanden sein würde.

Nach einer Bauzeit begannen die ersten Qualifikationsrunden, sowie Informationsveranstaltungen von der Uni, welche online stattfanden. Zum Halbfinale, in das es alle Teams unserer Schule geschafft hatten, fuhren wir dann erstmals gemeinsam vor Ort an die Hochschule. Auf der dort aufgebauten Strecke konnten wir dann unsere Roboter präsentieren, wobei von jedem Team jeweils zweimal die Zeit erfasst wurde, die der Roboter für zwei Runden der Hindernisstrecke brauchte.

Leider haben alle drei Teams unserer Schule den Einzug ins Finale nicht geschafft. Dennoch war der Besuch der Universität sehr spannend und auch, Corona bedingt, nach langer Zeit wieder einer der ersten gemeinsamen Exkursion für viele von uns.

Wir möchten uns bei Herrn Bernhard bedanken, dass er uns die Teilnahme am Wettbewerb ermöglicht hat und für die Unterstützung während des Sia-Kurses.

Laura Breil, Alice Vollmer (K1)

4. Platz bei Roborace

Bei Roborace treten Schülerteam gegen Studententeam der Fakultät für Kybernetik an. Dieses Jahr war die Aufgabe einen Pendelroboter zu bauen, der einem Kran nachempfunden war. Ein Kran kann seine Last erst absetzen, nachdem sie aufgehört hat zu pendeln. Natürlich sollen die Laufkatze und das Absetzen möglichst schnell sein. Dabei führt eine schnelle Bewegung für ein langes Pendeln. In der Aufgabe öffnet sich für den Roboter (Laufkatze) erst eine Schranke, wenn das Pendel eine Lichtschranke für 3 Sekunden unterbricht. Das Team „Nothardts Legendentruppe“ – Nomen ist Omen hatte bei diesem Wettbewerb den 1. Platz um 1,5 s verpasst und fiel gleich auf den 4. Platz.
Die Schwierigkeit war, dass das Pendel nicht festgehalten werden darf. Um den Pendelausschlag zu minimieren, haben die Schüler*innen eine Steuerung für den Antrieb gebaut, die den Wagen entgegen der Schwingung bewegt. Faszinierend, wie effektiv diese Steuerung das Pendel unterdrücke. Für das Programm wurde die Neigung des Pendels mit einem Helligkeitssensor und einer Farbskala ausgelesen, der Abstand zur Schranke mit einem Ultraschalsensor ermittelt und es wurden Variablen für die Motorleistung, Geschwindigkeit und Beschleunigung vergeben.
Ein Schüler zog in seinem Protokoll folgendes Fazit: „Trotz zahlreichere Probleme hatte ich das Gefühl, dass meine Gruppe an diesen Problemen wuchsen. Außerdem begeisterte es mich an die Uni zu gehen und einen Einblick zu bekommen. Vor allem gegen die Studenten anzutreten, sich mit ihnen zu messen und Kontakt zu haben, bereitet mir Spaß.
Axel Nothardt

Abschlussfeier am 27. Juni 2018

Längs und quer fuhr ein Roboter wie von Geisterhand bewegt über den Tisch und blieb exakt in dessen Mitte stehen. Auf seinem Display erschienen die Werte der Länge und Breite des Tisches. Ein Jahr lang hatten sich die Schüler*innen jeden Mittwoch vier Stunden lang getroffen, um Roboter zu bauen aber auch um Softskills wie Präsentations- und Bewerbungstechniken einzuüben oder Firmen in der Region zu besuchen. Abwechselnd stellten die Schüler*innen ihre Roboter und die sonstigen Aktivitäten vor. Sie programmierten einen Roboter von Kuka an der Dualen Hochschule (DHBW) virtuell so, dass er ein Modell des Fernsehturms aufbaut. Dabei haben sie am PC eine Oberfläche mit dem Roboter. Sie setzten die Koordinaten, die der Arm anfahren soll und welche Befehle er dort ausführt. Beim Accessment-Center planten sie eine Abschlussfahrt. Sie lernten aber auch, wie sie sich Fremden so vorstellen können, dass ihr Gegenüber sie in positive Erinnerung behält. Antriebsstrang und Getriebe sowie Elektromobilität waren die Themen bei Porsche-Engineering gewesen, alles ließ sich in den Robotern der Schüler*innen wiederfinden.

Mit einem QR-Code-Scanner ließen sich Buchstaben einscannen, die dann ein Roboter auf ein Blatt schrieb. Hierzu surrte ein Motor nach rechts und links, Reifen ließen ein Blatt vor und zurück laufen, während der dritte den Stift sachte vom Blatt anhob und wieder absetzte. Taschentücher faltet in Zukunft der „Deiwel®“ für uns. Der Name entstand, weil die Schülerinnen mit diesem Roboter durch die Hölle gingen. Aber schon bald wird er sicher mit diesem Namen als „teuflisch guter Roboter“ in allen Märkten angepriesen. Einparkassistenten sind leider nur für teures Geld zu erhalten. An diesem Abend testete einer der Legoroboter immerhin schon, ob die Parklücke ausreicht. Wenn ja, parkte er rückwärts ein.

Zum Abschluss erhielten alle SIA-Teilnehmer ein Zertifikat von der Berufsbildungsqualifikation (BBQ). Besonders freute ich mich, dass Malte und Thomas zu Gast waren, die vor zwei Jahren am WBG an der SIA teilnahmen.

Axel Nothardt

SIA bei Porsche Engineering

Am Mi. 31.1. empfingen uns Frau Funk und Frau Windmüller von der Human Resources Abteilung bei Porsche Engineering in Bietigheim. In einer kleinen Einführung wurden uns die Standorte des Unternehmens präsentiert und uns eine Vorstellung vermittelt, für wie viele Fremdfirmen sie mitentwickeln. Oft wird dabei im gegenseitigen Vernehmen die Beteiligung von Porsche verschwiegen.
Der erste Ingenieur stellte uns den Antriebsstrang vor. Der Motor wäre nie in der Lage ein Auto zu bewegen, wenn nicht das Getriebe das Drehmoment, also das Produkt aus Kraft F und Hebelarm, von 750 Nm auf 4500 Nm (Newtonmeter) vervielfachen würde. Mit einer 1m langen Angelrute und „Fischen“ mit 102 g (F = 1 N) wurde uns eindrücklich verdeutlicht, was 1 Nm ist.
Die Laborführung startete mit dem Elektroniklabor. Dort wurde gezeigt, wie die Ingenieure mit Lötkolben, Lupe und neuester Software Platinen konzipieren. Zum Beispiel wurde hier ein Dongle (Funkempfänger) erfunden, mit dem sich ein Macan mit einer Smartphone-App steuern ließ. Auch die Innereien eines Bordmonitors durften wir inspizieren, der die Leistungsengpässe beim Starten ohne Einbußen übersteht. Der Ingenieur berichtete von seinem Werdegang. Nach einer Lehre machte er die Hochschulreife nach. Mit dem anschließenden Bachelor fing er bei Porsche an und sattelte mit Unterstützung vom Betrieb noch einen Master drauf.
Besonders überzeugte der Ingenieur beim Motorenstand. Hier werden Motoren durch einen externen Antrieb auf ihre Schwingeigenschaften unter Volllast getestet. Die Zylinderkopfdeckel werden dabei mit Laserinterferometer überwacht. Je leistungsfähiger der Motor ist, desto mehr Luft muss für die Verbrennung in den Zylinder einströmen. Hier wird optimiert, dass trotz der kurzen Zeit bei den hohen Drehzahlen genug Sauerstoff aufgenommen wird. Für unser Gruppenfoto wurde der Motor mit einem Tuch abgedeckt. Der Kunde will seine Neuentwicklung noch geheim halten. Bisher hatten wir immer das Glück Neuentwicklungen sehen zu dürfen.
Zum Abschluss durften wir uns noch in einen Boxter Spyder setzen. Für dieses limitierte Derivat wurde die Chassis des Boxter genommen. Das Gewicht des Aufbaus und des Interieurs wurde gegenüber dem Boxter stark reduziert. Mit seinem dadurch tiefen Schwerpunkt gewährleistet der puristische Wagen bei kurvenreichen Strecken eine optimale Straßenlage auch bei hohen Geschwindigkeiten. Wir bedanken uns für die Fotos, die interessante Führung und für den Einblick in die Welt der Ingenieure.
Axel Nothardt

Roborace

Bei Roborace werden an der Uni Stuttgart wieder 30 Schülerteams gegen 30 Studententeams antreten. Die Schüler vom Seminarkurs SIA (Schüler-Ingenieur-Akademie) traten als die Gruppe „Jackman“ die Herausforderung an. Der Roboter soll im Kreis fahren wobei eine Drehtüre mit variabler Geschwindigkeit das Tempo vorgibt. Dabei kann der Roboter seine Position nur an einer Grauskala berechnen. Die kompakte Bauform ermöglicht dem Roboter möglichst weit innen im Kreis zu fahren, um möglichst gut mit der Drehtüre mithalten zu können. Damit der Roboter schnell genug reagieren kann, wurde in das Programm ein PID-Regler (Proportional-Integral-Differential) implementiert. „P“ regelt, dass das Auto seine Position umso stärker ändert, je stärker der Grauwert vom Sollwert abweicht. Mit „I“ summiert das Programm alle Fehler, und versucht damit die Fahrt weiter zu stabilisieren. Mit „D“ wird auch noch die Momentangeschwindigkeit berücksichtigt. Der Roboter schaut nicht nur, wo er steht, sondern berücksichtigt Zukunft und Vergangenheit zugleich für ein optimales Fahrverhalten. Die Qualifikationsaufgabe haben sie am 11. Nov. spielend geschafft. Die Zeit an der Uni nutzen sie, um den Infrarotsensor zu kalibrieren und die Parameter feinzujustieren. Ich zweifle nicht, dass sie am 25. Nov. bei der Vorrunde die meisten Teams links liegen lassen und drücke ihnen den Daumen für das Finale.
Axel Nothardt

Abschlusspräsentation der SIA

Sachte legt der „All Terrain Bridge Robot (A-T-B-R)“ seine Brücke über der metertiefen Schlucht ab und rollt mit seinen Ketten über sie. Ein Lego-Mindstorm NXT-Stein koordiniert die Motoren für die Ketten und die Brücke mit den Ultraschallsensoren und dem Helligkeitssensor. So kann die Brücke beim Ablegen nicht in die Kluft stürzen und der Roboter rangiert auf der anderen Seite so geschickt, dass er die Brücke wieder sicher aufladen kann.
Wer noch die alten klobigen Legosteine kennt, wird sich über „iRaKi“ wundern, denn dieser Roboter kann sogar ein i-Phone bedienen. Aus Freude über ihr Werk, trugen V. Rabenseifner und J. Kirner T-Shirts mit der Aufschrift „iRaKi“.
Die Schüler stellten ihre Roboter vor, berichteten über ihre Besuche bei verschiedenen Firmen und Hochschulen und schwärmten vom Boxter-Spider, erzählen aber leider wegen der Geheimhaltungsklausel nichts Genaueres darüber. Dank des gelungenen Kommunikations- und Präsentationstraining war die Vorstellungsstunde wirklich kurzweilig und abwechslungsreich gestaltet. Für die Butterbrezeln beim anschließenden Buffet hätte „SCHNITTECs“ noch Schnittlauch schneiden können. Zwei weitere Highlights waren der „Segway“ und „Machinae-Ascendes“. Der „Segway“ taumelte leicht, als sein Untergrund immer steiler eingestellt wurde. Doch dank seines PID-Reglers (Proportional Integral Derivative Controller) und eines zweifach kalibrierten Gyrosensors stabilisierte er sich immer wieder. Zwischen zwei Regalen spreizte „Machinae-Ascendes“ seine Arme und rollte mühelos an den lackierten Brettern empor. Schräglagen werden sofort durch die Befehle eines selbstentwickelten Gleichgewichtsorgans korrigiert.
Ich habe lieber nicht gefragt, wie viele Überstunden die Schüler für ihre Projekte geleistet haben, doch kam der Spaß beim Bau der acht Roboter sicher nicht zu kurz.
Axel Nothardt