Claussen-Simon-Wettbewerb für Hochschulen
Claussen-Simon-Wettbewerb für Hochschulen

 

Projekttagebuch der HAW

 „Erhöhung des Lernerfolges durch den Einsatz virtueller Schweißtrainer im Fach Fügetechnik – E-Learn“

Gewinner beim Claussen-Simon-Wettbewerb für Hochschulen 2017
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Shahram Sheikhi

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

 

1)  Projektbeschreibung
Kurzfassung: Schweißtechnisches Fachpersonal hat ausgezeichnete Chancen auf dem Arbeitsmarkt. Das Fach Fügetechnik, ein sehr beliebtes Modul des Studiengangs Maschinenbau an der HAW Hamburg, beinhaltet vorwiegend Themen der Schweißtechnik. Fast jedes Produkt (von Textilien bis zum Flugzeug) hat einen direkten oder indirekten Bezug zur Fügetechnik. Daher ist der Bedarf an entsprechend qualifizierten Absolventen sehr groß. Fügetechnik ist ein Wahlfach, welches von Studenten verschiedenster Fachrichtungen und Hochschulen belegt wird. Die hohe Attraktivität des Faches liegt vor allem an der Möglichkeit, dort die Schweißfachingenieurausbildung als Zusatzqualifikation zu absolvieren, welche für HAW-Studenten sogar mit 50 Prozent subventioniert wird.

Ziel dieses Projektes ist es, den Studierenden durch die Anschaffung und den Einsatz virtueller Schweißtrainer, die in der Industrie bereits erfolgreich eingesetzt werden, die Schweißtechnik effektiver vermitteln zu können. Der spielähnliche Charakter der Schweißsimulatoren ist besonders für junge Leute interessant, da sie dadurch ohne Scheu auf eine spielerische Art und Weise das Schweißen ausprobieren und die Wechselwirkungen kennenlernen. Berührungsängste mit der Schweißtechnik können durch die Nutzung dieser Schweißtrainer abgebaut werden, da insbesondere zusätzlich die Möglichkeit des Übens ohne Lehrende/Aufsicht ermöglicht wird. Auch wird die Genauigkeit und Effektivität des Schweißens durch diese Programme verbessert. Insgesamt steht somit eine Verbesserung der Lernsituation für Studierende im Fokus der Projektidee. 

Einleitung
Das Fach Fügetechnik ist ein interdisziplinäres Modul, welches auf Kompetenzen aus den Fächern Werkstoffkunde, Elektrotechnik und Konstruktion aufbaut. Diese werden entsprechend der fügetechnischen Verfahren vertieft und ergänzt. Zusätzlich lernen Studierende Inhalte, die sich aus dem Bereich der Qualitätssicherung ergeben. Das Modul Fügetechnik beinhaltet vorwiegend Themen der Schweißtechnik. Gleichwohl das Modul zu den umfangreicheren Fächern des Studiengangs Maschinenbau gehört, wird von Studierenden verschiedener Departments gewählt. Der Grund für das hohe Interesse am Fach Fügetechnik ist unter anderem mit der Möglichkeit der Schweißfachingenieurausbildung als Zusatzqualifikation verbunden. Diese zusätzliche Qualifikation wird in Kooperation mit der schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Nord gGmbH durchgeführt. Aufgrund einer Kooperation zwischen der HAW Hamburg und der SLV Nord wird diese Zusatzausbildung für Studierende der HAW Hamburg für die Hälfte der regulären Kosten angeboten. Fügetechnik zählt mit ca. 90 Studierenden je Semester zu den beliebtesten Fächern und erfüllt gleichzeitig die Forderung der Hochschule nach Interdisziplinarität und einer Departments übergreifenden Vernetzung. Derzeit können nur wenige Studierende sich für die Ausbildung zum Schweißfachingenieur qualifizieren, da als Zulassungsvoraussetzung die Klausur „Fügetechnik“ mit der Note 2,0 oder besser absolviert werden muss. Im letzten Semester hatten nur wenige Personen die Möglichkeit, die mit 50 % subventionierte Zusatzqualifikation zum Schweißfachingenieur zu starten. Der Grund für die geringe Anzahl der Kandidaten liegt zum einen in der Komplexität des Faches und zum anderen in der traditionellen Art der Vermittlung der Lehrinhalte. Fügetechnik wird als eine Kombination aus Vorlesung und Laborübungen angeboten. Aus Kapazitäts- und Kostengründen können die Studierenden die Lehrinhalte nicht eigenständig in Laborübungen vertiefen. 

Im Rahmen dieses Projektes soll den Studierenden durch den Einsatz moderner Medien die Schweißtechnik effektiver vermittelt werden. Die Studierenden sollen die Möglichkeit erhalten, in Kleingruppen die Wechselwirkungen (Werkstoff, Prozess, Parameter und Nahtvorbereitung) in der Schweißtechnik auszuarbeiten und nachhaltig zu verinnerlichen. Somit wird eine Ergänzung bzw. Erweiterung der aktuellen Vorlesung und Laborübungen erreicht, ohne die Kapazitäts- oder Kostengrenzen zu sprengen. Ferner werden durch die Einführung der modernen Technologie Berührungsängste mit der Schweißtechnik abgebaut werden, da insbesondere zusätzlich die Möglichkeit des Übens ohne Lehrende/Aufsicht ermöglicht wird. Insgesamt steht somit eine Verbesserung der Lernsituation für Studierende im Fokus der Projektidee. Dadurch würden auch mehr Studierende die Möglichkeit erhalten, diesubventionierte Zusatzausbildung zum Schweißfachingenieur in Anspruch nehmen zu können. Gleichwohl die Projektidee einen sehr fokussierten Bereich des Ingenieurstudiums adressiert, hat das Fach eine sehr hohe Bedeutung für die Industrie. Fast jedes Produkt (von Textilien bis zum Flugzeug) hat einen direkten oder indirekten Bezug zur Fügetechnik. Daher ist der Bedarf an entsprechend qualifizierten Absolventen enorm hoch.

Ausgangssituation
Das Fach Fügetechnik besteht zu 90 % aus der Schweißtechnik und befasst sich mit den Grundlagen und Anforderungen an die verschiedenen Schweißprozesse, der Metallurgie (Werkstoffkunde), der Nahtausführung (Konstruktion) und der Qualitätssicherung. Fügetechnik wird im Bachelorstudium Studienrichtungsübergreifend angeboten. Studierende der unterschiedlichsten Fachrichtungen und Departments, wie z. B.
 - Energie und Anlagensysteme, 
 - Entwicklung und Konstruktion,
 - Produktionstechnik und -management,
 - Mechatronik,
 - Fahrzeugbau und Flugzeugbau 
belegen Fügetechnik als Wahlfach. Bei den Studierenden handelt es sich überwiegend um männliche Personen. Der Anteil an Studentinnen beträgt etwa 20%. Je Semester nehmen zwei bis vier Studierende mit Hör- und Sprachbeeinträchtigungen an der Veranstaltung teil. Diese werden durch Dolmetscher entsprechend begleitet. Darüber hinaus wird das Modul von bis zu drei Studierenden der HafenCity Universität und der Technischen Universität Hamburg-Harburg besucht. 

Somit handelt es sich bei dem Fach Fügetechnik um ein Modul, welches über die Grenzen des Departments und der Hochschule hinaus auf Interesse von Studierenden stößt. Es ist dabei zu betonen, dass es sich hierbei um ein Wahlfach handelt. 

Problemstellung
In der Vorlesung wird die Theorie der Fügetechnik traditionell (derzeit keine Gruppenarbeit oder projektbezogenes interaktives Lernen) vermittelt. Die Laboreinheiten tragen mit praktischen Übungen zur Anwendung und Vertiefung der Theorie bei, um die Materie dieses Prozesses besser verstehen zu können. Aufgrund der Anzahl der Studenten und der begrenzten Ressourcen erfolgt die praktische Wissensvermittlung nicht für alle Teilnehmer in der gleichen Qualität. Studentengruppen von bis zu 15 Personen bilden eine Laborgruppe. Diese Gruppe wird von einem Labormitarbeiter in die praktische Schweißtechnik eingeführt. Die  Abbildung stellt eine typische Situation während einer Laborübung dar. Es ist dabei zu beachten, dass der Labormitarbeiter während der Vorführung die Handhabung des Schweißbrenners erläutert und dabei auf die Wechselwirkungen zu Schweißfehlern hinweist. Fraglich ist, wieviel von seinen Erläuterungen aufgrund der hohen Gruppengröße die Teilnehmer erreicht. Dabei sollen die künftigen Ingenieure die Wechselwirkung zwischen Prozess, Handhabung und Fehlerarten anschließend durch das praktische Üben selbst erfahren. Während der Laborübung werden die Studierenden und Lehrenden mit folgenden Problemstellungen konfrontiert:

Behinderung der Sicht

Die Studierenden können aufgrund der Gruppenstärke die praktische Demonstration nicht vollständig erfahren. Nur die wenigen, die ganz vorne beim Schweißen eine freie Sicht haben, sind in der Lage, die Übung zu verfolgen. Während des Schweißens muss zum Schutz der Augen ein Schweißspiegel oder ein Schweißhelm getragen werden. Dadurch kann zwar der Lichtbogen ohne Gefahr für die Augen beobachtet werden, jedoch sind die Phänomene, wie zum Beispiel Brennerabstand und Brennerführung, nicht ausreichend erkennbar. Die Sicht wird ferner durch die Rauchgasentwicklung beim Schweißen erschwert. Somit können wichtige Erläuterungen nur unvollständig von den Studierenden aufgenommen werden. 

Akustik

Für die Durchführung der Laborübungen muss zur Abführung der Rauchgase die Lüftungsanlage eingeschaltet werden. Die dadurch auftretende Geräuschkulisse und die beim Schweißen auftretenden Geräusche erschweren das Verstehen der Erläuterungen und belasten den Lehrenden. Der Lehrende erläutert während des Schweißens die wichtigen Aspekte. Dabei trägt er zum Schutz der Augen einen Schweißhelm. Seine Erläuterungen werden durch den Helm gedämpft und durch die Geräuschkulisse überlagert. Demnach können nur die ganz aufmerksamen Studenten in unmittelbarer Nähe des Lehrenden alle wichtigen Hinweise akustisch aufnehmen.

Sprache

Bei vielen Kursteilnehmern handelt es sich um Studenten mit Migrationshintergrund. Einige Erklärungen können von diesen aufgrund mangelnder Sprachkenntnisse nicht vollständig erfasst werden. Dies wird durch die für das Schweißen typischen Fachbegriffe noch weiter erschwert. Im Falle der Studierenden mit Hör- und Sprachschäden muss der Lehrinhalt durch den Dolmetscher übersetzt werden, so dass die Vollständigkeit und Aktualität der übersetzten Information vom Dolmetscher abhängig ist. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Sichtbehinderung sowie die akustischen und sprachlichen Problemstellungen die effektive Aufnahme und Vermittlung des Wissens erschweren. Die Reflexion der Laborübungen innerhalb der Studentengruppen sowie mit dem lehrenden Professor ist derzeit nicht möglich. Ferner sind Laborübungen kostenintensiv; daher können nur wenige Proben je Laborgruppe verarbeitet werden. Ein individuelles Üben mit unterschiedlichen Werkstoffen ist derzeit nicht möglich. Die dargestellten Problemfelder erhöhen die Hemmschwelle insbesondere für Studentinnen sich mit dem Gebiet der Schweißtechnik zu befassen. 

Geplante Lösung
Der Einsatz computerbasierter Wissensvermittlung entspricht in vielen Bereichen dem Stand der Technik. Für die Schweißtechnik hat sich der Einsatz von sogenannten virtuellen Schweißtrainern bewährt. Dabei lernen und erleben die Anwender durch den Einsatz der Augmented Reality (Kombination von realen Videoaufnahmen durch virtuelle Objekte und Zusatzinformationen) eigenständig die Wechselwirkung zwischen Schweißprozess, Handhabung und Fehlerentstehung. Das System verfügt über mehrsprachige Erläuterungen und erlaubt eine nachträgliche Bewertung der durchgeführten Schweißaufgabe. Der Lehrende hat die Möglichkeit, seine Erläuterung jedem Teilnehmer in gleich guter Qualität zu vermitteln und kann in Reflexionsphasen das Erläuterte durch die Studenten vorführen und erklären lassen. Dadurch wird die Distanz zwischen Theorie und Praxis deutlich reduziert. Ferner haben die Studierenden die Möglichkeit, sich unabhängig von festen Vorlesungs- und Laborzeiten jederzeit mit dem Thema zu befassen. Diese Technologie wird seit einigen Jahren in Firmen wie VW, ArcelorMittal, Daimler AG Bremen GSI Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH u. a. in der Ausbildung vom schweißtechnischen Personal  erfolgreich eingesetzt. Die GSI und Institut für Werkstofftechnik und Schweißtechnik der Fakultät Maschinenbau an der Universität Danzig werden sind Schweißsimulatoren Bestandteil der Ausbildung von Schweißfachingenieuren. Derzeit wird der Einsatz dieser Technologie auch im Bereich des roboterbasierten Schweißens bei der Firma Fanuc geprüft. 

Augmented Reality beruht ähnlich wie moderne Videospiele auf dem Prinzip eines Eintauchens in eine 3D-Simualtion mit eingebetteten Interaktionsmöglichkeiten des Bedieners. Dieser spielähnliche Charakter der Schweißsimulatoren ist besonders für junge Leute interessant, denn sie können dadurch ohne Scheu auf eine spielerische Art und Weise das Schweißen ausprobieren und die Wechselwirkungen kennenlernen. Auch die Gefahrenpotenziale des realen Schweißens wie Verbrennungsgefahr und Schädigung der Augen durch den Lichtbogen sind ausgeschlossen. Ferner können alle möglichen Schweißpositionen geübt bzw. untersucht werden, die in den realen Schweißübungen aus Gründen der Sicherheit und Ressourcenknappheit nicht möglich sind. Die ersten Schweißversuche können in der sauberen Umgebung eines Schulungsraums durchgeführt werden und ermöglichen einen angstfreien Einstieg in die Thematik. Ein weiterer Aspekt, der die Attraktivität des virtuellen Schweißtrainers erhöht, ist die Entstehung von gruppendynamischen Effekten. Das Lernen mit den virtuellen Schweißtrainern findet in Gruppen von bis zu vier Personen statt. Der Austausch über die Qualität der Schweißnaht, mögliche Fehlerquellen und vor allem die Ausführung des Schweißprozesses wird maßgeblich durch entstehende Gruppendiskussionen gefördert und kann von dem Lehrenden mit Fachwissen ergänzt werden. Wartezeiten, die beim Arbeiten mehrerer Personen an einem Trainer entstehen, können für das Selbststudium der Theorieinhalte oder das Beobachten und Unterstützen des Ausführenden genutzt werden. Durch das Erklären der Sachverhalte in Gruppen erlernen Studierende die Zusammenhänge besser. Ein Vorteil für die Studenten besteht darin, dass im Vergleich zur Realität deutlich mehr Schweißnähte produziert werden können. Somit erhalten die Studierenden die Möglichkeit, sich spielerisch länger mit der Materie zu befassen und sind so besser für die Durchführung der tatsächlichen realen Laborübungen vorbereitet.

Eine weitere Verbesserung stellt die objektive Bewertung der Schweißnaht dar. In der aktuellen Ausbildung der Studenten erfolgt die Bewertung eines Lernenden ausschließlich durch die subjektive, optische Betrachtung der Schweißnaht durch den Schweißlehrer, sofern dies aus zeitlichen Gründen bei jedem Studenten überhaupt möglich ist. Beim Einsatz von virtuellen Schweißtrainern wird nicht nur die fertige Schweißnaht bewertet, sondern der gesamte Schweißprozess. Jeder Schweißparameter wird während des Schweißens überwacht, aufgezeichnet und objektiv bewertet. Das Ergebnis kann durch den Lernenden im Anschluss einzeln nachvollzogen werden, sodass er dadurch selbstständig Fehler erkennen und Korrekturmaßnahmen einleiten kann. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Ergebnis mit dem anderer Teilnehmer zu vergleichen und miteinander zu diskutieren. 

 

Der Lehrende bekommt durch den virtuellen Schweißtrainer die Möglichkeit, gezielt zu lehren und auf Wechselwirkungen aufmerksam zu machen, da er diese direkt und ohne Einschränkung während des Schweißprozesses beobachten kann. Die freie Sicht war ihm bisher wegen der Verdunklung durch den Sichtschutz verwehrt. Beim Schweißen mit dem virtuellen Schweißtrainer kann der Lehrende schon während des Schweißprozesses den Lernenden auf Fehler hinweisen und korrigierend eingreifen. Diese umgehende Rückmeldung an den Studenten verbessert dessen Lernerfolg. Darüber hinaus können andere den Sachverhalt über einen Bildschirm verfolgen und dadurch aus Fehlern lernen. 

 

Die Videoanalyse schafft zudem weitere effektive Möglichkeiten zur Prozessverbesserung und Fokussierung der Aufmerksamkeit des Studierenden auf wichtige Details bzw. Positionen während des Schweißvorgangs. Beispiele hierfür wären die Vergrößerung von Details, vor- und zurückspulen einer bestimmten Videosequenz oder die Kennzeichnung von bestimmten Bildbereichen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass virtuelle Schweißtrainer einen großen Beitrag für eine effiziente und moderne Lehre in der Schweißtechnik leisten können. Insbesondere kann die Materie ohne störende Einflussfaktoren wie Rauchentwicklung, Geräuschkulisse und Sichtbehinderung spielerisch vermittelt und erlernt werden. Zusätzlich wird durch die Mehrsprachigkeit des Systems die sprachliche Unzulänglichkeit reduziert. Die virtuellen Schweißtrainer sollen die vorhandenen Laborübungen ergänzen, nicht jedoch diese ersetzen. Durch das geführte und eigenständige Trainieren kann die Materie aus der Vorlesung besser in den realen Laboren nachvollzogen werden. Somit werden durch die Umsetzung dieser Projektidee folgende Ziele realisiert: 

1.  Die eigenständige und selbstständige Übung der Lerninhalte wird gefördert. 

2.  Die Möglichkeit zur Selbstreflexion von studentischen Laborübungen wird angeboten. 

3.  Optimierung des Zugangs zum Fach Schweißtechnik für Studenten und insbesondere Studentinnen. 

4.  Erhöhung des Lernerfolges durch das forschende Lernen. 

5.  Die nichttechnischen Kompetenzen für die Durchführung von Projekten werden eigenständig trainiert und optimiert. 

6.  Optimierung der Wissensvermittlung für hörgeschädigten Studenten und Studentinnen. 

7.  Reduzierung von Berührungsängste im Umgang mit dem Fach Schweißtechnik 

8.  Die fachübergreifende Netzwerkbildung zwischen den unterschiedlichen Departments und Hochschulen wird deutlich verstärkt. 

9.  Schaffung von Schnittstellen zum Modul „Virtuelle Produktentwicklung“. 

10.  Ausarbeitung von studentischen Projekten zum Studienfach Mechatronik. Für die Umsetzung des Projektes sind folgende Meilensteine vorgesehen:

 

Meilenstein 1: Beschaffung der Anlagen 

Für die praktische Durchführbarkeit der neuen Lehr- und Lernmethode müssen mindestens drei virtuelle Trainer erworben werden. In der Literatur wurden verschiedene am Markt erhältliche Systeme (Soldamatic, Fronius Virtual Welding, GSI SLV Welding Trainer , EWM Virtual Welding Trainer) getestet und miteinander verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass Soldamatic hinsichtlich der technischen Ausstattung, der Lernsoftware, der Bedienbarkeit und Wirtschaftlichkeit die Anforderungen am besten erfüllt. Ferner sind jedoch entsprechende Peripheriegeräte und Anlagen wie ein Beamer oder ein großer Bildschirm sowie drei 24-Zoll-Monitore erforderlich. Darüber hinaus müssen die einzelnen Schweißsimulatoren über einen Server mit einer vernetzt werden, um strukturierte Übungen in Kleingruppen durchführen zu können. Dadurch kann die Augmented Reality von einem Gerät auf den Bildschirm/Beamer für alle Teilnehmer übertragen werden. Die Teilnehmer sehen exakt das, was der Lehrende erläutert und vorführt. Ferner können bei Kleingruppenübungen die nicht aktiv übenden Studenten über die jeweiligen Monitore das Schweißen des aktiven Gruppenteilnehmers beobachten und analysieren. Damit wird in der späteren Diskussionsphase qualifiziert und faktenbasiert auf die Wechselwirkungen eingegangen. Darüber hinaus wird das Department Maschinenbau und Produktion die Umnutzung des Raumes für die Aufstellung und Inbetriebnahme der Trainer im Gebäude D (Berliner Tor 11) ermöglichen. Dadurch ist eine Beeinträchtigung der virtuellen Trainer durch Schweißemissionen nicht zu befürchten und die Studenten können den Raum ohne Gefährdung benutzen. Der Raum wird derzeit verwendet um Reinigungsversuche durchzuführen. Aufgrund der Bedeutung der Projektidee haben das Department und das Institut einer Umnutzung des Raumes und der dafür erforderlichen Baumaßnahmen zugestimmt. Im Falle einer Bewilligung des Projektes werden seitens des Departments die erforderlichen Monitore, der Beamer und der Server finanziert. 

Meilenstein 2: Erarbeitung eines alternativen Lehrkonzeptes

Das Lehrkonzept mit den virtuellen Trainern wird zweistufig entwickelt und eingeführt. In der ersten Stufe werden die Mitarbeiter des Institutes im Umgang mit den Geräten geschult und mit der neuen Methode der Wissensvermittlung vertraut gemacht. Die Schweißtrainer sollen sowohl in der Vorlesung als auch in den Laborübungen eingesetzt werden. Die Laborübungen sind unterteilt in realen Ausführungen des Schweißprozesses und in die der virtuellen Ausführung über die Schweißtrainer; somit werden die realen Schweißversuche durch die virtuellen ergänzt und deutlich erweitert. Zusätzlich werden die virtuellen Trainer den Studierenden des Kurses zum Eigenstudium außerhalb der Laborzeiten zur Verfügung gestellt, bzw. die Räumlichkeit ist innerhalb der Öffnungszeiten der Hochschule für die Studierenden des Moduls Fügetechnik frei zugänglich. Hierzu werden Problemstellungen/ Aufgabenstellungen definiert, um den Lernerfolg der Studierenden gezielt zu steigern. Die nächste Stufe wird gemeinsam mit Studentengruppen realisiert. Hierzu werden sowohl studentische Hilfskräfte des Institutes als auch Studentengruppen im Rahmen von Bachelorprojekten involviert. Die studentischen Hilfskräfte werden im ersten Schritt eine vereinfachte Bedienungsanleitung für den Umgang mit dem Trainer erstellen. Dadurch soll die Möglichkeit geschaffen werden, dass künftige Studentengenerationen auch ohne Aufsichtspersonen eigenverantwortlich das Gelernte an den Geräten üben können. Im Rahmen von Bachelorprojekten gilt es, Aufgabenstellungen wie z. B. unterschiedliche Schweißpositionen oder unterschiedliche Zugänglichkeitsprobleme oder verschiedene Grundwerkstoffe mit den virtuellen Schweißtrainern zu erproben, umzusetzen und zu optimieren. Dabei sollen Problemstellungen sowohl aus der Sicht der Mitarbeiter als auch aus der Sicht der Studenten erarbeitet werden. In regelmäßigen Feedbackrunden werden die Erfahrungen der Studierenden diskutiert und ausgewertet. Ziel ist es, ein neues Lehrkonzept zu entwickeln, welches den Anwender spielerisch und intuitiv durch die Materie begleitet und dessen Neugierde fördert. Ferner sollen Tutorien auf Web-Basis entwickelt werden, damit künftige Studierende sich im Vorfeld mit dem Thema befassen. Das Ziel der Tutorien ist es, die Studenten mit der Technologie vertraut zu machen, um ausgewogene Projektteams bilden zu können. 

Meilenstein 3: Umstellung auf das neue Konzept 

Das Fach Fügetechnik wird entsprechend ergänzt. Die Studierenden des Wahlfaches werden nach dem folgenden Konzept unterrichtet: 

1.  Die Einführung und die Vermittlung der grundlegenden Wechselwirkungen erfolgt seminaristisch. Hierzu werden die Möglichkeiten des Trainers in der Vorlesung berücksichtigt. Hierbei handelt es sich um die interaktive Lehre, welche im Wechsel aus kurzweiliger Theorievermittlung und praktischer Vorführung und Analyse besteht. 

2.  Studentengruppen von vier bis sechs Personen befassen sich mit unterschiedlichen Problemstellungen und erarbeiten Lösungsvorschläge durch die Anwendung der virtuellen Schweißtrainer. 

3.  Die Ergebnisse der Studentengruppen werden innerhalb des Kurses durch die jeweiligen Gruppen vorgestellt und mit Studenten anderer Gruppen diskutiert. Diese Veranstaltung wird durch den Lehrenden moderiert. Dieser Schritt hat den Ansporn, einen Charakter in Form von Meetings und Coachings entstehen zu lassen und den Studierenden mit einer aktiven Auseinandersetzung der Ergebnisse zu motivieren. 

4.  Im theoretischen Teil werden weitere Aspekte unterrichtet und Projekte für die nächste praktische Phase definiert. Die Projekte werden derart definiert, dass die Erkenntnisse aus dem Meilenstein 2 kontinuierlich berücksichtigt und falls erforderlich angepasst und optimiert werden. 

5.  Reale Ausführung und Bewertung von Schweißnähten (konventionelle Laborübungen). 

6.  Studentenwettbewerbe dienen der spielerischen Vertiefung der Materie, da es im Unterschied zur Prüfungssituation nur Gewinner geben kann. Misserfolge haben keinen Einfluss auf die Benotung des Moduls. 

Meilenstein 4: Schweißfachingenieurausbildung

Ziel ist es, durch die Einführung des neuen Lehr- und Lernkonzeptes die Anzahl der Studierenden, die sich für die subventionierte Schweißfachingenieurausbildung qualifizieren, um mindestens 50 % zu steigern. Somit wird durch dieses Projekt die Qualität der Lehre deutlich verbessert. Meilenstein 5: Definition von Abschlussarbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten) Durch Bachelor- und Masterarbeiten soll das Lehrkonzept weiterentwickelt bzw. die virtuellen Trainer in andere Fächer und Disziplinen eingebunden werden. Erste Ansatzpunkte bieten sich derzeit im Bereich der Konstruktion, der virtuellen Produktentwicklung und des Gesundheitsmanagements an. Ferner sollen dadurch Grundlagen für Forschungsvorhaben realisiert werden. Insbesondere der Einsatz der Schweißsimulatoren in der Robotertechnologie bietet ein sehr großes Potenzial in der Zusammenarbeit mit der Studienrichtung Mechatronik des Departments Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau. 

 

Nachhaltigkeit
Die Nachhaltigkeit des Projektes ist durch die Integration der Anlagen ins Curriculum des Faches Fügetechnik gesichert. Ferner wird durch den Meilenstein 4 die kontinuierliche Verbesserung der Lehre angestrebt. Die Durchführung von Forschungsvorhaben und die Einbeziehung von Studierenden motiviert diese und ermöglicht die Aktualität der Aufgabenstellungen für die Lehre. Ferner sind die virtuellen Schweißtrainer hervorragend geeignet, um Schüler, insbesondere Schülerinnen, frühzeitig für Technik zu begeistern. Die Begeisterung der Schüler für Technik wird durch zwei Aspekte gefördert. Erstens entstehen keine Gefahren, da keine Rauchgase, Spritzer oder Lichtbogen im Umgang mit den Simulatoren vorhanden sind. Dadurch sinkt die Hemmschwelle, sich mit der Technik auseinanderzusetzen. Zweitens erinnert der Umgang mit dem Trainer an ein Computerspiel und somit an eine den meisten Schülern/Jugendlichen bekannte Umgebung. Somit handelt es sich um eine Technologie mit der die meisten Modulteilnehmer aufgewachsen und vertraut sind. Für die eigenständige Anwendung der virtuellen Schweißtrainer wird in Zusammenarbeit mit dem Team StudienEinstieg (TSE) an unserer Hochschule ein Konzept erarbeitet, wie ein Fachtutorium eingeführt werden kann (am Bsp. des „Fachtutorium plus“ (FT+) s. (www.haw-hamburg.de/studium/bachelor/erfolgreicherstudieneinstieg/studieneinstieg/ft-fachtutorien-fuer-studierende-in-der-studieneingangsphase.html“). Beim Fachtutorium handelt es sich um ein spezielles Angebot im ersten Semester, in dem fachliche und überfachliche Kompetenzen unter studentischer Anleitung vermittelt und geübt werden. Die studentischen Hilfskräfte, die an der Ausarbeitung des neuen Unterrichtskonzeptes beteiligt sind, wären für die Umsetzung/Lehre o.ä. die geeigneten Kandidaten. 


 

Redakteur: Shahram Sheikhi

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Nun, da ein grober Projektplan erarbeitet wurde, mussten wir die zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten finden und herrichten. Glücklicherweise wurde ein anderes Projekt zeitnah beendet und wir haben einen Raum gefunden, indem fortan Studierende an den Schweißsimulatoren üben können; und zwar nahezu jederzeit zugänglich, wann es in den jeweiligen individuellen Vorlesungsplan passt.
Doch es steht noch viel Arbeit vor uns, bevor sich der neue Raum nutzen lassen wird - passend, wir sind sehr motiviert. Wir ordnen Materialien nach Brauchbarkeit und lagern sie, beseitigen, was beseitigt werden muss und schauen in welchem Zustand der Raum im Allgemeinen ist und wie er sein sollte für eine belebende und lernfreundliche Atmosphäre.
Wir freuen uns zudem über zwei Neuzugänge in unserem Team und heißen Herrn B. Sc. Ulrik Jensen und Herrn Florian Lawrenz  willkommen. Herr Jensen wird im Rahmen seines Masterprojektes einen Teil des Lernkonzeptes optimieren. Herr Lawrenz wird im Rahmen seiner Studienarbeit eine allgemeine Bedienungsanleitung erstellen und ein Übungskonzept für Studierende erstellen.

In den nächsten Wochen (spätestens im September 2018) werden studentische Hilfskräfte in unserem neuen Raum einiges umgestalten. Als nächstes stehen Umbauarbeiten an, die dem Lernkonzept und der neuen Funktion des Raumes als frei zugänglicher Lern- und Versuchsraum für unsere Studierenden gerecht werden und wir bemühen uns um eine Onlineplattform als einen weiteren Zugang zu den theoretischen Teilen der Übungen.

Redakteur: Shahram Sheikhi

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Wir haben uns Entschieden! Zur Auswahl für die Hardware des neuen Konzeptes für unsere Studierenden standen unterschiedliche Anbieter (u. A. Fronius Virtual Welding, GSI SLV Welding Trainer, EWM Virtual Welding Trainer, Soldamatic). Eine Studierendengruppe (Frau Dimitrowa, Herr Bayat und Herr Jacobsson) hat im Rahmen eines Projektes die unterschiedlichen Systeme für das virtuelle Schweißen anhand der nachfolgenden Merkmale miteinander verglichen:
1.    Schweißpositionen frei im Raum
2.    Mobilität des Simulators
3.    Integriertes Lern-System
4.    Erweiterbarkeit der Datenbank
5.    Bedienung / Handling
6.    Preis-Leistungsverhältnis
Die Soldamatic-Schweißsimulatoren überzeugten die Gruppe am meisten. Der Soldamatic ist aufgrund seiner Abmessungen sehr für den mobilen Einsatz - auch in der Vorlesung - geeignet; er lässt sich sehr leicht transportieren und aufbauen. Mit diesem System können die wichtigsten Schweißprozesse simuliert und in Augmented Reality (AR) dargestellt werden. Im Vergleich zur herkömmlichen 3D-Technologie wird bei der AR-Technologie nur das Werkstück animiert, die Umgebung des Schweißers bleibt real. Alle Schweißpositionen können frei im Raum trainiert und jegliche Zwangslage abgebildet werden. Dies fördert das Lernen in realistischer Umgebung, vermeidet die so genannte 3D-Krankheit (Schwindel bei längerem Arbeiten mit 3D-Animation) und fördert die Arbeitssicherheit am Arbeitsplatz. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, individuelles Lehrmaterial, Theorie und Wissenstests und praktischen Schweißaufgaben in das System selbst zu integrieren. Insbesondere die Möglichkeit des „Distance Learning“ überzeugte die Gruppe: Damit haben Studierende die Möglichkeit sich von überall auf das System einzuloggen und die Materie vor- oder nachzubereiten. Durch die Bewilligung des Antrages können vier Simulatoren gekauft werden. Weiter wurde das Konzept des virtuellen Schweißens dem Department und dem Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (IWS) vorgestellt. Dieses Konzept stellt den ersten Schritt in Richtung der Digitalisierung der Lehre im IWS dar und daher wurden seitens des Departments und des Instituts zwei weitere Simulatoren bewilligt und insgesamt sechs Simulatoren bestellt. Die Lieferung und der Aufbau sind für den 10.03.2018 vorgesehen.

Redakteur: Shahram Sheikhi

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Nachdem wir die Zusage der Claussen-Simon-Stiftung bekommen haben, bildeten wir am 10.12.2017 eine Gruppe, die sich um die nähere Entwicklung und Umsetzung des Projektes „Erhöhung des Lernerfolges durch den Einsatz virtueller Schweißtrainier im Fach Fügetechnik - E-Learn“ kümmern wird.
Die Gruppe besteht aus Studenten der Orientierungseinheit des Departments Technik und Informatik, Maschinenbau und Produktion (repräsentiert durch Herrn Arthur Nikolas), studentischen Hilfskräften (repräsentiert durch Herrn Ardalan Samin Bayat) und wissenschaftlichen Mitarbeitern des Institutes für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (Herrn M. Sc. Konstantin Bronstein, Herrn M.Sc. Eduard Mayer, Herrn Thomas Hilbrecht, Herrn Sven Trapp sowie Herrn Prof. Dr.-Ing. Shahram Sheikhi). Diese Gruppe wird im Bedarfsfall um weitere Studenten und Mitarbeiter ergänzt bzw. erweitert.
Das virtuelle Schweißtraining soll den Studierenden den Spaß am Schweißen zeitgemäß und spielerisch näherbringen und sie vor gesundheitlichen Gefahren, wie z. B. Verbrennungen oder das Einatmen giftiger Substanzen, schützen. Durch die Schweißsimulatoren ist es den Studierenden weiterhin möglich, die Erstellung einer Schweißnaht wesentlich öfter und weniger kostenintensiv zu üben, als es ihnen beim realen Schweißen möglich wäre. Die Gruppe hat folgende Aufgaben erhalten:
1.    Auswahl des Simulators
2.    Vorschläge für mögliche Anwendungen im Rahmen der Lehre
3.    Vorschläge für die Anwendung durch die Studenten Anfang des Jahres werden wir uns für einen Anbieter entscheiden und dann bestellen.

Redaktion: Claussen-Simon-Stiftung

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Die Claussen-Simon-Stiftung gratuliert den Beteiligten des Projekts "Erhöhung des Lernerfolges durch den Einsatz virtueller Schweißtrainer im Fach Fügetechnik – E-Learn" der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg und wünscht allen Studierenden eine spannende und interessante Projektzeit!