aiMOOC

Eine Systemänderung mit Testfällen absichern - Vernetztes Hubsystem als Lernmodell - Ausbildung

QR-Code

Einleitung

Ausbildungsjahr einordnen: Der KMK-Rahmenlehrplan Mechatronik bündelt die Lernfelder 9–13 im dritten und vierten Ausbildungsjahr. Die Jahreszuordnung in diesem Lernweg ist eine redaktionelle Lernempfehlung, keine verbindliche Trennung durch die KMK. Das vierte Ausbildungsjahr umfasst bei 3½ Jahren die Abschlussphase im siebten Halbjahr. Reihenfolge mit Berufsschule und betrieblichem Ausbildungsplan abstimmen. Du bist im dritten Ausbildungsjahr der Mechatronik. In diesem vollständigen aiMOOC sicherst du die Änderung eines rein fiktiven, digital simulierten Hubsystems durch überprüfbare Testfälle ab. Du verknüpfst Mechanik, Hydraulik, Sensor, SPS, Datenkommunikation und Qualitätsmanagement. Am Ende kannst du Anforderungen in messbare Akzeptanzkriterien übersetzen, positive und negative Tests konstruieren, Soll-Ist-Abweichungen auswerten und eine begründete Entscheidung dokumentieren.

Sicherheit und Geltungsbereich: Alle Lasten, Drücke, Leitungen, Sensoren, Verriegelungen und Signale sind Modellwerte ohne reale Energieversorgung. Es gibt hier weder eine Kranprüfung noch eine Anleitung zur eigenständigen Inbetriebnahme einer elektrischen, hydraulischen oder lasttragenden Anlage. Änderungen an realen Systemen, Sicherheitsfunktionen und Prüfungen dürfen nur unter qualifizierter Aufsicht gemäß Gefährdungsbeurteilung, betrieblichen Vorgaben und erforderlicher Befähigung erfolgen. Eine bestandene Modellprüfung ist weder Sicherheitsfreigabe noch Befähigungsnachweis.

Ausbildungsbezug: Der schulische KMK-Rahmenlehrplan für Mechatronikerinnen und Mechatroniker (Beschluss 30.01.1998, Fassung 23.02.2018) nennt im Lernfeld 11: Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung des dritten Ausbildungsjahres unter anderem Systemparameter, Schnittstellen, Fehlerprotokolle, Schutzmaßnahmen, Programmfehler und Qualitätssicherung. Daneben regelt die Mechatroniker-Ausbildungsverordnung die betriebliche Ausbildung (Neufassung vom 28.06.2018, Stand der hier geprüften konsolidierten Fassung). Schulischer Rahmenlehrplan und betriebliche Ausbildungsordnung sind nicht dasselbe Dokument. Die Fallaufgabe ist didaktisch erfunden, keine offizielle Prüfungsaufgabe.

Kapitel 1: Änderungsauftrag und Systemgrenzen

Der fiktive Lernfall „LiftLab H24“

Ein Ausbildungsbetrieb soll ausschließlich im Simulationsprogramm ein Modell für den Transport von Musterpaketen zwischen zwei Stationen aktualisieren. Die alte virtuelle Hubgeschwindigkeit beträgt 0,05 m/s. Der Wunsch lautet: „Schneller heben, aber Fehler weiterhin erkennen und zuverlässig anhalten.“ Die neue Sollgeschwindigkeit beträgt 0,08 m/s. Ohne Testplan wäre unklar, ob die Änderung neben der Taktzeit auch Grenzlagenüberwachung, Druckbedingungen und Störungsbehandlung beeinflusst.

Die Modellgrenzen sind ausdrücklich: virtuelles Hubgewicht m = 12 kg, Hubweg s = 0,240 m, modellierter Kolbendurchmesser d = 20 mm, angenommener Hydraulikdruck p = 6,0 bar, idealisierte Gravitation g = 9,81 m/s², modellierte Versorgung 24 V als logischer Simulationsstatus. Das Hubsystem ist kein maßstäblicher Entwurf und kein für Personen oder Lasten freigegebenes Gerät. Alle Modellwerte und Kennungen gehören zu diesem fiktiven Fall.

Funktionen, Schnittstellen und Änderungsumfang

Das Gesamtsystem besitzt die Modellblöcke Bedienwunsch → virtuelle SPS-Logik → simuliertes Wegeventil → Zylinderbewegung → Hubplattform. Rückmeldungen stammen aus einem virtuellen oberen Positionssensor, einem unteren Positionssensor, einer Druckmeldung und einem Kommunikationsstatus. Ein zusätzliches, separat modelliertes Weggrenzen-Ereignis dient nur der unabhängigen Plausibilisierung in der Simulation, nicht als reale Sicherheitsschaltung.

Change-Request CR-07: Die Bewegungsgeschwindigkeit soll von 0,05 auf 0,08 m/s steigen. Geändert werden die Bewegungsparameter und die zugehörige Zeitüberwachung. Die Logik für Druckfreigabe, Grenzlagen, verlorene Kommunikation, Wiederanlauf und Störspeicher muss nach der Änderung durch Regressionstests überprüft werden. Regressionstest bedeutet: Vorher funktionierende Eigenschaften nach einer Änderung nochmals nachweisen.

Medienhinweis: Die Aufnahme erläutert Hebelkinematik eines Hubwagens als Mechanikvergleich, sie stellt nicht den fiktiven LiftLab-Aufbau dar. Schrauber5, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Kapitel 2: Mechanik, Hydraulik und Signale im Zusammenhang

Kräfte und Einheiten sauber berechnen

Die gedachte Gewichtskraft ist F_G = m · g = 12 kg · 9,81 m/s² = 117,72 N. Die Modellkolbenfläche ist A = π · d² / 4 = π · (0,020 m)² / 4 = 0,00031416 m² = 314,16 mm². Mit 6,0 bar = 600 000 Pa folgt die ideale hydraulische Kolbenkraft F_H = p · A = 188,50 N. Der rein rechnerische Quotient F_H / F_G ≈ 1,60 ist keine ausreichende Sicherheitskennzahl: Reibung, Druckverluste, Dynamik, mechanische Tragfähigkeit und Fehlfunktionen fehlen im Idealmodell. Auch bei rechnerischem Kraftüberschuss ist eine reale Hubfähigkeit keineswegs nachgewiesen.

Die nominelle Fahrzeit ohne Rampen und Verzögerungen ist alt t_alt = 0,240 m / (0,05 m/s) = 4,80 s und neu t_neu = 0,240 m / (0,08 m/s) = 3,00 s. Die ideale Einsparung beträgt 1,80 s oder 37,5 Prozent der alten Fahrzeit. Diese Zahlen stammen aus dem Modell und gelten nicht als Herstellerdaten.

Die Animation zeigt idealisierte hydraulische Kraftübertragung, nicht die konkrete Steuerung des Falls. Orion 8, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Sensorik, Aktorik und logische Signale

Ein Aktor setzt Steuerbefehle in Wirkung um, hier simuliert das Ventil die Bewegung. Ein Sensor liefert Prozessinformationen. Der simulierte obere induktive Positionssensor meldet bei x ≥ 0,230 m; der erwartete Signalzeitpunkt bei konstanter Geschwindigkeit ist 0,230 m / 0,08 m/s = 2,875 s. Die Steuerlogik schaltet das Bewegungskommando daraufhin ab. Als idealisierte Prüfvorgabe wird eine Verzögerung von höchstens 0,05 s zwischen Signal und wirksamer Bewegungsbeendigung angenommen: maximaler zusätzlicher Modellweg 0,08 m/s · 0,05 s = 0,004 m, somit x ≤ 0,234 m. Die Akzeptanzgrenze x ≤ 0,235 m enthält 1 mm rechnerischen Simulationsspielraum, nicht eine reale Sicherheitsreserve.

Beispiel eines realen induktiven Näherungsschalters als Anschauungsobjekt; keine Aussage über die Eignung als Sicherheitsbauteil. Ekbsensor, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Abgebildete mechanische Endschalter illustrieren ein anderes Sensorkonzept. Mixabest, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Zustände und unabhängige Plausibilität

Das vereinfachte Zustandsmodell unterscheidet BEREIT, HEBEN, OBEN, SENKEN und STÖRUNG. Eine Startanforderung ist nur bei bestätigter unterer Position, gültigem Kommunikationsstatus und Druckmeldung mindestens 4,5 bar im Modell zulässig. Eine Druckmeldung unterhalb dieses Wertes sperrt den nächsten Start und beendet einen simulierten aktiven Fahrbefehl. Der Modellwert 4,5 bar ist ein didaktischer Grenzwert, nicht ein zulässiger Druck für reale Lasten.

Im Fehlerfall „oberer Positionssensor bleibt 0“ hält ein im Simulationsmodell unabhängig berechnetes Weggrenzen-Ereignis die virtuelle Bewegung spätestens bei x = 0,235 m an, setzt STÖRUNG und protokolliert die Abweichung. Diese zweite Modellbeobachtung ist kein Ersatz für ein normgerecht entwickeltes unabhängiges Schutzsystem. Nach Störung wird ein automatischer Neustart verhindert; ein absichtlicher Bedienvorgang und eine erneute Prüfung der Voraussetzungen sind nötig.

Kapitel 3: Risiken in Testfälle übersetzen

Von der Anforderung zum Prüfbeweis

Eine Anforderung beschreibt eine erwartete Eigenschaft. Ein Akzeptanzkriterium benennt einen objektiv überprüfbaren Sollwert. Ein Testfall enthält Kennung, Vorbedingung, Eingang/Aktion, erwartete Beobachtung und Bestehensregel. Eine Testabdeckung prüft, ob relevante Anforderungen überhaupt durch Tests erfasst sind. Eine Rückverfolgbarkeitsmatrix verbindet Änderungswunsch, technische Anforderung, Risikohypothese, Test und Ergebnis.

Anforderung	Messbares Akzeptanzkriterium	Fall
A1 Fahrzeit verbessert	Virtuelles Sensorsignal oben nach 2,875 s ± 0,05 s	T01
A2 Obergrenze eingehalten	x_max ≤ 0,235 m im simulierten Nennlauf	T01 und T02
A3 Start nur bei geeignetem Modellstatus	Bei p < 4,5 bar kein Fahrbefehl	T03
A4 Kommunikationsfehler erkennen	Fahrbefehl AUS und Diagnose COM_LOST	T04
A5 Kein unerwarteter Wiederanlauf	Nach Störung explizite Quittierung und neuer Start nötig	T06
A6 Geschwindigkeit begrenzt	Bei v = 0,09 m/s Fehlbefund zu A1	T07

Äquivalenzklassen fassen vergleichbare Eingaben zusammen, etwa Druck unter bzw. über einer Schwelle. Die Grenzwertanalyse betrachtet den Übergang nahe 4,5 bar. Fehlerinjektion bedeutet hier allein das gezielte Verändern virtueller Eingangssignale. In realen Anlagen sind solche Eingriffe ohne geeignete Freigabe und sachkundige Aufsicht unzulässig.

Konkrete Testfallsammlung

Test	Vorbedingung und virtuelle Eingabe	Erwartung	Nachweis
T01 Nennlauf	unten aktiv, 6,0 bar, Kommunikation OK, v = 0,08 m/s	Signal oben 2,875 ± 0,05 s; x_max ≤ 0,235 m; Endzustand OBEN	Zeit- und Weglog
T02 Sensorfehler	oberer Sensor dauerhaft 0, sonst Nennwerte	Unabhängiges Modell-Wegereignis bei spätestens 0,235 m; STÖRUNG und UPPER_SENSOR_MISSING	Ereignislog
T03 Drucksperre	Druck vor Start 4,49 bar	Kein Fahrbefehl, Meldung PRESSURE_LOW	Statuslog
T04 Verbindungsverlust	Kommunikation wird während HEBEN auf AUS gesetzt	virtuelles Fahrkommando AUS, COM_LOST, STÖRUNG	Kommunikations-/Befehlslog
T05 Versorgungsausfall	logischer 24-V-Status fällt während HEBEN aus	kein Fahrkommando; passive Lastsicherung wird ausschließlich als idealer Modellzustand angenommen	Zustandslog und Annahmenliste
T06 Wiederanlauf	Kommunikationsstatus wieder OK, Störung noch nicht quittiert	kein selbsttätiger Neustart; nach Quittierung nur mit neuer Startaktion	Befehlsfolgenlog
T07 Geschwindigkeitsfehler	virtuelle Geschwindigkeit 0,09 m/s	Test nicht bestanden, Soll v ≤ 0,08 m/s verletzt	Parameterauszug
T08 Regression	v = 0,08 m/s, Unterendsensor und SENKEN nach Sollablauf	untere Position erkannt, keine neue Störung, Rücksetzen der Bewegung korrekt	Vorher-Nachher-Vergleich

Wichtig: Für jeden Test wird vorher die erwartete Ausgabe festgehalten. Wer den Sollwert erst nach dem Simulationslauf anpasst, prüft nicht unabhängig. Auch ein fehlgeschlagener Test ist ein wertvolles Ergebnis, solange er nachvollziehbar dokumentiert wird.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Allgemeines SPS-Blockdiagramm als Anschauung der Signalverarbeitung; keine konkrete LiftLab-Schaltung. mithil kadam, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Kapitel 4: Simulation, Messung und Diagnose

Testablauf und Messgrößen

Arbeite an einem digitalen Modell mit eingefrorener Anfangskonfiguration. Erstelle zuerst eine Baseline mit Versionskennung V1.0 und prüfe reproduzierbare Startbedingungen. Dokumentiere anschließend die geänderten Parameter als V1.1. Das Testorakel ist die vorab definierte Soll-Erwartung; ohne sie liefert ein Log nur Beobachtungen, aber kein Bestehensurteil.

Erfasse je Fall Zeit t in Sekunden, Weg x in Metern, Geschwindigkeit v in m/s, Druck p in bar, Positionseingänge als 0 oder 1, Kommunikation OK/AUS sowie Steuerzustand. Halte bei jeder Abweichung Eingabefolge, Modellversion, erwartete Ausgabe, beobachtete Ausgabe und einen reproduzierbaren Fehlerbericht fest.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Beispielbild einer realen SPS zum Vergleich mit der virtuellen Steuerfunktion. Palatinatian, CC BY 3.0, Wikimedia Commons. Kein Produktsponsoring.

Muster-Messprotokoll mit Auswertung

Die folgenden Messwerte sind synthetisch und keine real erhobenen Messdaten.

Test	Beobachtung im Modell	Beurteilung
T01	Sensor bei 2,89 s; x_max = 0,233 m	Bestanden: 2,89 s liegt in 2,825–2,925 s und 0,233 ≤ 0,235 m
T02	Sensor meldet nie; Modellgrenze x = 0,235 m stoppt und schreibt UPPER_SENSOR_MISSING	Bestanden im definierten Modell
T03	Druck 4,49 bar; Fahrkommando bleibt AUS	Bestanden
T04	Nach Kommunikationsverlust erfasstes Kommando weiter EIN	Nicht bestanden: A4 verletzt, Änderungsfreigabe gesperrt
T06	Kein Neustart ohne Quittierung, neuer Bedienwunsch erforderlich	Bestanden
T07	Parameterauszug zeigt 0,09 m/s	Nicht bestanden: A6 verletzt

Die Fehlerhypothese zu T04 lautet: Die neue Ablaufvariable bleibt beim Verlust des Kommunikationssignals gespeichert. Ein guter Korrekturschritt wäre eine softwareseitige Logikprüfung in der Simulation mit anschließendem erneuten Durchlauf von T04 und aller betroffenen Regressionstests. Der Softwaretest ersetzt keine technische Sicherheitsbewertung eines realen Systems. Für T07 wäre der Parameter vor einer erneuten vollständigen Prüfung auf den freigegebenen Modell-Sollwert zurückzuführen.

Diagnosegeräusch als Hörbeispiel: Datei:Pump.ogg ist eine frei verfügbare Aufnahme einer anderen motorgetriebenen Pumpe bzw. eines Kompressors und kein Geräusch von LiftLab oder Nachweis eines Fehlerzustands. Quelle: PDSounds/Commons, Künstlerangabe ezwa und Aufnahmekommentar Ianmeyer, gemeinfrei; Dateidatensatz. Höre Unterschiede nur als allgemeine Wahrnehmungsübung, nie zur Ferndiagnose eines realen Hydrauliksystems.

Kapitel 5: Änderungsnachweis und verantwortliche Entscheidung

Rückverfolgbarkeit und Freigabekriterien

Ein vollständiges Änderungsprotokoll enthält: CR-07, Modellversionen, Anforderungen A1–A6, Risikoliste, Testfälle T01–T08, Zeitstempel, Messwerte, Abweichungen, Bearbeitungsstand und Unterschriftsfeld einer fiktiven Modellprüfung. Bestanden bedeutet nur, dass eine vorab festgelegte Modellregel erfüllt wurde. Nicht bestanden muss eine konkrete Nacharbeit auslösen.

Im Musterstand V1.1 sind T04 und T07 offen bzw. fehlgeschlagen. Damit lautet die nachvollziehbare Entscheidung: Änderung im Lernmodell nicht akzeptieren; weitere Simulation und erneute Regression erforderlich. Ein rein didaktisches Prüfgremium kann den Bericht bewerten, aber damit keine reale Maschine freigeben.

Schutz vor falscher Übertragung

Die Begriffe Not-Halt, tragende Bauteile, Stromversorgung, Druckbeaufschlagung und Restenergie betreffen außerhalb des Modells kritische Sachverhalte. Die in diesem Kurs vereinfachte Zustandslogik garantiert weder ein definiertes Bremsverhalten noch sichere Lastaufnahme, Redundanz oder Fehlersicherheit. Für reale Geräte braucht es eine eigenständige Gefährdungsbeurteilung, qualifizierte Fachpersonen, Herstellerunterlagen und gültige betriebliche Prüf- und Schutzverfahren. Es werden bewusst keine ungeprüften konkreten Normnummern oder verbindlichen Prüfgrenzwerte behauptet.

Transfer: Eine Systemänderung ist nicht erst dann ausreichend abgesichert, wenn der neue Normalbetrieb funktioniert, sondern wenn auch Schnittstellen, Grenzwerte, Fehlerfälle, Dokumentation und zuvor gültige Anforderungen überprüft wurden.

Ergänzende Lernvideos, deutschsprachig (keine Sicherheits- oder Herstellerfreigabe):

Erläuterung einer hydraulischen Hebebühne, Videoreferenz aus Unterrichtsmaterialien und Videoindex, Urheber/Anbieter laut verlinkter Beschreibung physikdigital.de; Nutzungsrechte beim jeweiligen Anbieter, keine offene Videolizenz nachgewiesen.

Grundlagen Hydraulik und Pascalsches Prinzip, Beschreibung/Anbieter WIKAgroup laut Videoindex; Nutzungsrechte beim jeweiligen Anbieter, keine offene Videolizenz nachgewiesen.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz

Welche Änderung verlangt CR-07 im Modell? (Die Sollgeschwindigkeit von 0,05 auf 0,08 m/s erhöhen) (!Den Kolbendurchmesser beliebig verdoppeln) (!Die obere Positionsmeldung abschalten) (!Die Lastgrenze real freigeben)

Begründete Rückmeldung: CR-07 beschreibt eine einzige Geschwindigkeitsänderung. Trotzdem müssen die abhängigen Zustände und Fehlerfälle erneut geprüft werden.

Wie groß ist die Modellgewichtskraft bei 12 kg und 9,81 m/s²? (117,72 N) (!12 N) (!9,81 N) (!117,72 bar)

Begründete Rückmeldung: Gewichtskraft berechnet sich aus Masse mal Erdbeschleunigung; kg mal m/s² ergibt Newton.

Welche ideale Kolbenkraft folgt aus 6,0 bar und 314,16 mm²? (Etwa 188,5 N) (!Etwa 18,9 N) (!Etwa 188,5 kN) (!Genau 117,72 N)

Begründete Rückmeldung: 6 bar entsprechen 0,6 N je Quadratmillimeter; 0,6 mal 314,16 ergibt ungefähr 188,5 N.

Wann wird die obere Modellposition bei 0,230 m und 0,08 m/s erreicht? (Nach etwa 2,875 s) (!Nach genau 4,80 s) (!Nach 0,184 s) (!Erst nach 8 s)

Begründete Rückmeldung: Bei konstanter Geschwindigkeit gilt Zeit gleich Strecke geteilt durch Geschwindigkeit.

Wozu dient ein Regressionstest? (Frühere Funktionen nach einer Änderung erneut prüfen) (!Nur neue Funktionen präsentieren) (!Messwerte nachträglich anpassen) (!Die Dokumentation ersetzen)

Begründete Rückmeldung: Geänderte Parameter können auch bisher funktionierende Teilbereiche beeinträchtigen; deshalb braucht es Vergleichstests.

Welche Bedingung sperrt laut Test T03 den virtuellen Start? (Ein Modelldruck von 4,49 bar) (!Eine Kommunikation mit Status OK) (!Eine bestätigte untere Position) (!Ein quittierter Fehler mit neuem Startwunsch)

Begründete Rückmeldung: Der fiktive Freigabegrenzwert liegt bei 4,5 bar; 4,49 bar liegt darunter und sperrt den Start.

Was wird bei Ausfall des oberen Sensors in T02 erwartet? (Simulierter Grenzstopp mit Störmeldung) (!Unbegrenztes Weiterfahren) (!Automatischer Neustart) (!Ignorieren des Ereignislogs)

Begründete Rückmeldung: Eine getrennte Wegbeobachtung im Modell begrenzt die simulierte Bewegung und meldet die fehlende Positionsrückmeldung.

Welcher Befund ist in T04 nicht akzeptabel? (Fahrkommando bleibt nach Kommunikationsverlust EIN) (!Fahrkommando wird AUS) (!Diagnose COM_LOST wird gesetzt) (!Steuerzustand geht auf STÖRUNG)

Begründete Rückmeldung: Ohne Kommunikationsstatus fehlt die vereinbarte Freigabebedingung. Ein fortgesetzter Fahrbefehl verletzt A4.

Welche Messung zeigt einen Verstoß gegen A6? (Ein Parameterwert von 0,09 m/s) (!Ein Parameterwert von 0,08 m/s) (!Ein Druck von 6,0 bar) (!Ein Hubweg von 0,230 m)

Begründete Rückmeldung: A6 begrenzt die geänderte Geschwindigkeit auf 0,08 m/s. 0,09 m/s liegt darüber.

Welche Schlussfolgerung ist nach T04 und T07 sachgerecht? (Modelländerung vorerst nicht akzeptieren) (!Reales Hubsystem freigeben) (!Fehlerfälle löschen und nur T01 zählen) (!Testkriterien rückwirkend lockern)

Begründete Rückmeldung: Zwei relevante Anforderungen sind verletzt; die Änderung braucht Korrektur und wiederholte Prüfungen, nicht eine ungeprüfte Freigabe.

Memory

Finde die sechs passenden Paare. Jede Definition gehört genau zu einem Fachbegriff.

Akzeptanzkriterium	Objektiv überprüfbare Sollbedingung eines Tests
Regressionstest	Wiederholte Prüfung bislang gültiger Eigenschaften
Testorakel	Vorab bestimmte erwartete Testausgabe
Fehlerinjektion	Gezielte Veränderung eines virtuellen Signals
Rückverfolgbarkeit	Zuordnung von Anforderungen zu Testnachweisen
Störprotokoll	Dokumentierte Ereignisse und Fehler einer Simulation

Drag-and-Drop

Ordne die Testziele den passenden Beobachtungen zu.

Passenden Prüfzweck zuordnen	Beobachtete Modellreaktion
Grenzwertprüfung	Druckmeldung knapp unter Startschwelle
Kommunikationstest	Verbindung fällt während des Hebens aus
Sensorfehlerprüfung	Obere Positionsmeldung bleibt dauerhaft aus
Wiederanlaufprüfung	Startanforderung folgt auf nicht quittierte Störung
Regressionstest	Untere Positionsmeldung nach Geschwindigkeitsänderung erneut kontrolliert

Kreuzworträtsel

Trage die sechs gesuchten Fachbegriffe ohne Leerzeichen ein.

Regression	Wie heißt die erneute Prüfung früher funktionierender Eigenschaften?
Grenzwert	Welche Art von Wert markiert eine zulässige Obergrenze?
Sensorik	Welcher Fachbereich befasst sich mit dem Erfassen von Prozessgrößen?
Prüfplan	Welches Dokument sammelt geplante Testfälle und Erwartungen?
Hydraulik	Welches technische Gebiet überträgt Leistung durch Flüssigkeitsdruck?
Freigabe	Wie heißt eine formale positive Entscheidung nach ausreichenden Nachweisen?

LearningApps

Ergänze die Übungen durch eine thematisch passende Suche; die Suchseite ist keine Behauptung über eine bestimmte bereits erstellte App.

Lückentext

Die unveränderten und geänderten Anforderungen verknüpft eine

.

Der gezielte Test alter Funktionen nach einem Softwarewechsel heißt

.

Die fiktive Hubmasse beträgt

Kilogramm.

Bei 0,240 Metern Weg und 0,08 Metern pro Sekunde ergibt sich eine ideale Fahrzeit von

Sekunden.

Der obere Positionssensor meldet im Nennmodell bei

Metern.

Die zulässige Modellobergrenze beträgt

Meter.

Bei einem Modelldruck unter 4,5 bar muss der Start

werden.

Bleibt das Kommunikationssignal aus, wird der Fahrbefehl

.

Alle beobachteten Abweichungen gehören in ein

.

Die fiktive Änderung darf bei offenen Fehltests nicht

werden.

Offene Aufgaben

Leicht

Anforderungsanalyse: Formuliere aus CR-07 drei Anforderungen samt Einheit, Sollwert und möglichem Messnachweis.
Funktionsblock: Zeichne die Signalfolge von Bedienwunsch über Steuerung und Ventil bis zur Hubbewegung und markiere die Rückmeldung des Sensors.
Grundlagen der Hydraulik: Berechne aus 12 kg die Gewichtskraft und aus 20 mm Kolbendurchmesser die Fläche; dokumentiere Einheiten und Zwischenschritte.
Messprotokoll: Überführe die synthetischen Ergebnisse aus T01, T03 und T07 in eine kurze Tabelle mit Soll, Ist und Urteil.

Standard

Grenzwertanalyse: Entwirf drei digitale Tests für p = 4,49 bar, p = 4,50 bar und p = 4,51 bar. Begründe, welche Starts im fiktiven Modell zulässig sind.
Ursachenanalyse: Zeichne einen Fehlerbaum für das Ereignis „obere Positionsmeldung fehlt“ und kennzeichne Sensor-, Verdrahtungs- und Softwarehypothesen, ohne eine reale Anlage zu manipulieren.
Testfallentwurf: Ergänze T04 um Vorbedingung, Einspeisung, Sollsignal, Timeout-Vereinbarung, Evidenzdatei und nachvollziehbare Befundbeschreibung.
Änderungsdokumentation: Erstelle einen Versionsvergleich V1.0 zu V1.1, der sowohl geänderte Werte als auch unverändert erforderliche Funktionen enthält.

Schwer

Risikobewertung: Ordne den acht Modelltests mögliche Fehlerfolgen, Entdeckbarkeit und zusätzliche Simulationsnachweise zu; beschreibe ausdrücklich die Grenzen dieser Risikomatrix.
Zustandsautomat: Entwickle einen virtuellen Zustandsautomaten für BEREIT, HEBEN, OBEN und STÖRUNG und weise nach, warum ein nicht quittierter Fehler keinen automatischen Neustart auslöst.
Testabdeckung: Entwerfe eine Rückverfolgbarkeitsmatrix für A1 bis A6 und T01 bis T08. Begründe die noch ungenügend nachgewiesenen Eigenschaften.
Projektpräsentation: Produziere ein eigenes Erklärvideo oder einen bebilderten Bericht mit ausschließlich selbst erstellten Diagrammen und fiktiven Daten zur Frage, warum zwei fehlgeschlagene Testfälle eine Modellannahme blockieren.

Lernkontrolle

Rechenprüfung: Berechne die ideale Fahrzeit bei v = 0,06 m/s für 0,240 m, vergleiche sie mit 0,08 m/s und erläutere, warum eine bessere Fahrzeit allein nicht genügt.
Abweichungsbewertung: Prüfe, ob eine beobachtete obere Weglage x = 0,236 m das Akzeptanzkriterium verletzt, und entwirf einen reproduzierbaren Befundbericht.
Fehlerverknüpfung: Erkläre, wie Sensorzustand, logische Verriegelung, Druckmeldung und Kommunikation eine Startentscheidung gemeinsam bestimmen.
Teststrategie: Wähle für die veränderte Geschwindigkeit mindestens einen Positivtest, einen Grenzwerttest, einen Fehlerinjektionstest und einen Regressionstest und begründe die Auswahl.
Entscheidungsvorlage: Beurteile anhand von T04 und T07 die Änderung V1.1, benenne konkrete Nacharbeiten und trenne Modellakzeptanz von der Sicherheitsfreigabe einer realen Maschine.
Transferaufgabe: Übertrage das Vorgehen auf eine simulierte Förderstrecke mit Lichtschranke und Motor und benenne drei Anforderungen, die erneut geprüft werden müssten.

Lernnachweis

Wissen: Du erklärst Testfall, Grenzwertanalyse, Regressionstest, Fehlerinjektion, Schnittstelle und Rückverfolgbarkeit fachlich korrekt.

Fertigkeiten: Du rechnest mit N, Pa, bar, mm², m und s, leitest passende Tests ab, unterscheidest Soll- und Istwerte und dokumentierst reproduzierbare Fehler.

Produkte: Ein Anforderungsblatt, ein Funktionsblockdiagramm, eine Tabelle der acht Testfälle, ein nachvollziehbares Messprotokoll, eine Versionsübersicht und eine begründete Entscheidung.

Transfer: Du begründest, warum ein bestandener Funktionslauf keine Sicherheitsfreigabe ersetzt, und wann qualifizierte Aufsicht sowie betriebliche Prüfverfahren erforderlich sind.

OER und Wikipedia

Amtliche und fachliche Orientierung (Abruf Oktober 2026):

KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/Mechatronikerin, Fassung 23.02.2018, insbesondere Lernfeld 11. Der Link entspricht dem amtlichen Download; Sonderzeichen in der externen Verlinkung sind kodiert.
Mechatroniker-Ausbildungsverordnung, konsolidierte Gesetzesdarstellung, Neufassung 28.06.2018.
BIBB-Berufsprofil Mechatroniker/-in mit Dauer, Rechtsgrundlagen und betrieblichen Ausbildungsinhalten.
Hydraulikzylinder für die idealisierte Relation zwischen Druck, Kolbenfläche und Kraft.
Mechatronik als fachübergreifender Überblick, gemeinschaftlich gepflegt und nicht als amtliche Quelle zu verstehen.

Nachgewiesene Medien, Urheber und Lizenzstatus:

Eingebundene Datei / Video	Nachweis der Originalquelle	Genannter Urheber	Lizenz / Nutzungsstatus
File:Hubwagen Funktion.jpg	Commons-Dateiseite	Schrauber5	CC BY-SA 4.0
File:Hidraulic press anim 1.gif	Commons-Dateiseite	Orion 8	CC BY-SA 3.0
File:Inductive proximity sensor.jpg	Commons-Dateiseite	Ekbsensor	CC BY-SA 4.0
File:Limit Switches.JPG	Commons-Dateiseite	Mixabest	CC BY-SA 3.0
File:PLC Block Diagram.jpg	Commons-Dateiseite	mithil kadam	CC BY-SA 4.0
File:S71500.JPG	Commons-Dateiseite	Palatinatian (Dateiseite; Metadaten Ulli Ziegenfuss)	CC BY 3.0
File:Pump.ogg	Commons-Dateiseite	ezwa / PDSounds, Aufnahme laut Kommentar Ianmeyer	Gemeinfrei nach Commons-Datensatz
https://www.youtube.com/watch?v=4RBa8IXMZdo	Referenz mit Videotitel	physikdigital.de laut Quellenbeschreibung	Keine freie Lizenz verifiziert; Rechte bei Anbieter
https://www.youtube.com/watch?v=lqY7hO5MQxM	Referenz mit Videobeschreibung	WIKAgroup laut Quellenbeschreibung	Keine freie Lizenz verifiziert; Rechte bei Anbieter

Lizenzhinweis: Originaldateien werden ohne inhaltliche Bearbeitung eingebunden; Urheber, Quelle und Lizenz gelten entsprechend den jeweils verlinkten Dateibeschreibungen. Videoeinbettungen erteilen keine Nachnutzungsrechte. Insbesondere bei Videos sind eingebettete Inhalte externe Medien, keine OER-Zusage.