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Liebherr Tech-Center Kempten – Übergabe zwischen FTS und Linearroboter verriegeln

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Zielgruppe: Auszubildende im 3. Ausbildungsjahr der Berufe Mechatroniker/-in, Elektroniker/-in für Betriebstechnik und Fachinformatiker/-in. Die Einordnung in dieses Ausbildungsjahr ist eine redaktionelle Lernempfehlung und wird mit Ausbildungsbetrieb und Berufsschule abgestimmt.

Quellenstand des Maschinenbezugs: Liebherr Tech-Center Kempten, öffentlich dokumentierter Versuchs- und Demonstrationsbetrieb 2020. Alle Signalnamen, Zeitwerte, Ereignisse, Testprotokolle und Prozessabläufe dieses Kurses sind eigens entwickelte, synthetische Lehrmodelle und ausdrücklich weder reale LP-100-Schnittstellen noch Herstellerparameter oder Bedienfreigaben. Ergänzendes Lernen, kein offizieller Liebherr-Lehrgang und kein Ersatz für Betriebsanweisungen. An echten Maschinen dürfen Tätigkeiten nur nach betrieblicher Unterweisung und unter qualifizierter Anleitung erfolgen.

Einleitung

Wie verhindert eine automatisierte Fertigungszelle, dass ein fahrerloses Transportsystem (FTS) eine Übergabestation verlässt, während ein Linearroboter eine Last übergibt? Du entwirfst und testest dazu in einer reinen Simulation ein vereinfachtes Handshake-Modell mit vier fachlichen Hauptzuständen: bereit, positioniert, Übergabe freigegeben und Übergabe abgeschlossen. Du verknüpfst die Betriebsfreigabe mit Plausibilitätsprüfungen, Überwachung der Kommunikation und definierten Störungszuständen. Fehlende oder widersprüchliche Informationen führen zu gesperrter Übergabe. Ein Sicherheitskonzept für eine echte Anlage muss unabhängig davon von qualifizierten Fachleuten risikobasiert entwickelt und geprüft werden.

Als realer Kontext, nicht als nachgebildete Originalsteuerung, dient der 2020 von Liebherr beschriebene Versuchsbetrieb in Kempten: Dort wurden unter anderem eine flexible Zelle mit einem fahrerlosen Transportsystem und dem Linearroboter LP 100 sowie zwei Bin-Picking-Versuchszellen getestet. Die Herstellerquelle belegt keine konkrete Kommunikationsschnittstelle und keine Serieninstallation unseres Handshake-Modells. Primärquelle Liebherr, Kundenmagazin 2020; Liebherr-Pressemitteilung vom 13.05.2020.

Lernziele: Du erläuterst den Unterschied zwischen Bewegungskoordination und sicherheitsgerichteter Verriegelung, definierst Signale mit eindeutigem Eigentümer, konstruierst eine Zustandsfolge, rechnest exemplarische Überwachungszeiten aus, testest Fehlerfälle und dokumentierst eine nachvollziehbare Freigabeentscheidung.

Versuchszelle, FTS und Übergabepunkt

Belegter Kontext und Grenzen der Quelle

Die Primärquelle beschreibt eine rund 700 Quadratmeter große Versuchshalle für Prototypen, Machbarkeitsuntersuchungen und Demonstrationen. 2020 werden neben Palettenhandhabung ein LP-100-Linearroboter mit FTS in einer flexiblen Versuchszelle und zwei separate Bin-Picking-Testzellen erwähnt. Daraus darfst du weder auf eine einzelne zusammenhängende Serienfertigung noch auf die Signalbelegung einer realen Liebherr-Anlage schließen. Weitere Roboter- oder FTS-Typen bleiben hier bewusst unbenannt. Im Kurs bezeichnet LP 100 ausschließlich den belegten Maschinenmodellbezug aus dem historischen Bericht.

Begriffe: Ein FTS ist das Gesamtsystem aus Fahrzeugen, Leitsteuerung und Infrastruktur; ein FTF ist ein einzelnes fahrerloses Transportfahrzeug. Ein Linearroboter bewegt seine Achsen linear; Bin Picking meint die automatisierte Entnahme ungeordneter Teile. Eine Übergabestation ist ein definierter Bereich für Materialfluss und Signalabstimmung. Eine Verriegelung ist eine Bedingung, die eine Aktion sperrt, bis festgelegte Voraussetzungen erfüllt sind. Der Begriff allein sagt noch nichts über die erreichte funktionale Sicherheit aus.

Beispielabbildung eines fahrerlosen Fahrzeugs, kein Liebherr-FTS und kein Foto der Kemptener Versuchszelle (Mizael Contreras, CC BY-SA 4.0; Quellen-/Lizenznachweis unten).

Veranschaulichung eines Portal-/Linearroboters eines anderen Herstellers; ausdrücklich nicht LP 100 (Tecnowey, CC BY 3.0).

Eigene Prinzipskizze: Grenzen und Verantwortlichkeiten

Element im Lehrmodell	Aufgabe	Informationsfluss	Abgrenzung
FTS-Teilmodell	meldet synthetische Anfahrt und Stillstand	Positioniert an Koordinator	kein realer FTS-Antrieb
Übergabekoordinator	führt Zustandsprüfung und Ablaufprotokoll	empfängt Bereit und Positioniert, erzeugt Freigabe	reine Funktionssimulation
LP-100-Stationsmodell	meldet Bereitschaft und Abschluss	Bereit/Abgeschlossen an Koordinator	keine Originalschnittstelle
Sicherheitsumgebung	liefert im Modell die Bedingung SchutzOK	von unabhängiger Prüfebene an Koordinator	simuliertes Eingangsmerkmal, keine nachgebildete Sicherheitssteuerung

Schematische Leserichtung des selbst entwickelten Lehrmodells: FTS-Teilmodell → Positionsmeldung → Koordinator ← Bereitschaft ← Roboter-Teilmodell; Koordinator → Übergabefreigabe → simulierte Stationslogik; Stationslogik → Abschlussmeldung → Koordinator. Der Koordinator hält die Freigabe zunächst gesperrt. Physische Fahr-/Roboterbewegungen werden nicht erzeugt.

Allgemeine Kinematikdarstellung eines kartesischen Roboters, keine dokumentierte LP-100-Konstruktion (Nikola Smolenski, CC BY-SA 3.0).

Transferfrage: Welche zusätzliche fachliche Prüfung wäre nötig, bevor ein reales fahrerloses Fahrzeug in die Übergabeposition fahren darf? Erwartet werden z. B. gesonderte Gefährdungsbeurteilung, abgestimmte Schutzzonen und definierte Verantwortlichkeiten, nicht das Umschreiben der hier erfundenen Signalnamen in eine Maschinensteuerung.

Handshake-Signale und boolesche Freigabelogik

Vier Hauptsignale mit eindeutiger Bedeutung

Symbol	Lehrmodell-Signal	Wer meldet oder erzeugt es?	Interpretation von TRUE	FALSE bzw. unbekannt
B	Bereit	simuliertes Roboter-/Stationsmodell	Übergabebereitschaft ist bestätigt	keine Freigabe
P	Positioniert	simuliertes FTS- und Stationsmodell nach Plausibilitätsabgleich	FTS steht am modellierten Übergabepunkt	keine Freigabe
G	Übergabe freigegeben	Übergabekoordinator	Ablauf darf im Modell starten bzw. fortgesetzt werden	Übergabe bleibt gesperrt
A	Übergabe abgeschlossen	Roboter-/Stationsmodell mit bestätigtem Empfang	eindeutiger Abschluss für aktuellen Auftrag	kein Abschlussnachweis

Wichtig: B und P sind nur Ablaufmeldungen. Ein Bit TRUE ist ohne Quelle, Zeitbezug und Plausibilität kein zuverlässiger Nachweis. A muss zum aktuellen Auftragskennzeichen gehören. Eine verspätete Abschlussmeldung aus einem vorigen Auftrag darf eine neue Übergabe niemals beenden.

Zusätzliche Prüfmerkmale und Wahrheitstabelle

Für die Übung benutzen wir zusätzlich K (Kommunikation aktuell), S (separat geprüfte Schutzbedingung im Simulator), V (alle Meldungen plausibel), O (passender Auftrag aktiv) und F (Störung gespeichert). Die Berechtigungsbedingung vor dem Start lautet:

$G_{s t a r t} = B \land P \land K \land S \land V \land O \land \neg F \land \neg A$

Das ist eine Unterrichtsformel für Funktionsabläufe, keine Sicherheitsfunktion. Während einer begonnenen Übergabe verwaltet ein Zustandsautomat die Freigabe; die Bedingung wird nicht als naive, ungeprüfte Ein-Zeilen-SPS-Freigabe an echte Antriebe angeschlossen. Der Automat sperrt bei jedem Verlust von K, S oder V. Ein Abbruchbefehl ersetzt nicht das tatsächlich nachgewiesene sichere Stillsetzen durch geeignete Schutzeinrichtungen.

B	P	K	S	V	O	F	A	G beim Start	Grund
1	1	1	1	1	1	0	0	1	alle Modellbedingungen erfüllt
1	0	1	1	1	1	0	0	0	Fahrzeug nicht positioniert
1	1	0	1	1	1	0	0	0	Kommunikation nicht aktuell
1	1	1	0	1	1	0	0	0	Schutzbedingung fehlt
1	1	1	1	0	1	0	0	0	unplausible Kombination
1	1	1	1	1	1	1	0	0	Störung gespeichert
1	1	1	1	1	1	0	1	0	Abschluss zu früh oder alter Zyklus

Typische Fehler: B und P durch eine ODER-Verknüpfung ersetzen; unbekannte Zustände als TRUE behandeln; G vor der Plausibilitätsprüfung setzen; ein altes A ungeprüft übernehmen; den Verlust eines Verbindungssignals ignorieren. Korrektur: eindeutig definierte Quellen, konservative Standardwerte, Auftragskennung, Zeitstempel und explizite Negativtests.

Symbolbild einer speicherprogrammierbaren Steuerung, nicht die in Kempten eingesetzte Technik (Palatinatian, CC BY 3.0).

Ablauf, Zustandsautomat und Quittierung

Eigener Zustandsgraph des Lehrmodells

Für eine deterministische Zustandsmaschine definieren wir fünf Zustände. Ein Übergang ist nur bei expliziter Bedingung zulässig. Abgeschlossen ist ein bestätigtes Ereignis des aktuellen Auftrags, nicht bloß das Verstreichen einer Zeit.

Ausgangszustand	Übergangsbedingung	Folgezustand	G	Aktion im Simulator
Z0 Gesperrt/Leerlauf	neuer gültiger Auftrag	Z1 Prüfen	0	Auftragskennung setzen, alte Quittung zurücksetzen
Z1 Prüfen	B und P und K und S und V gültig, keine Störung	Z2 Freigegeben	1	Freigabe mit Auftragskennung protokollieren
Z1 Prüfen	Bedingung nicht erfüllt	Z1 Prüfen	0	warten, keine Bewegungsfreigabe
Z2 Freigegeben	A passt zum Auftrag und Abschluss bestätigt	Z3 Abschluss prüfen	0	Abschluss einmalig übernehmen
Z3 Abschluss prüfen	Abschluss beidseitig quittiert, Signale rückgesetzt	Z0 Gesperrt/Leerlauf	0	Auftrag archivieren
jeder Zustand	Kommunikation verloren, Widerspruch, Schutzbedingung fehlt oder Zeitüberschreitung	Z4 Störung	0	weitere Übergaben blockieren, Fehler erfassen
Z4 Störung	Fehlerursache beseitigt, Zustandsabgleich und bewusste Quittierung	Z0 Gesperrt/Leerlauf	0	kein automatischer Wiederanlauf

Eigener Zustandsdiagramm-Ersatz in Tabellenform: Z0 → Z1 → Z2 → Z3 → Z0; jeder Zustand → Z4 bei Fehler; Z4 → Z0 erst nach dokumentierter Rücksetzung. Ein eingeschränkter Satz von Übergängen ist fachlich sinnvoller als beliebiges Springen zwischen Zuständen.

Abbildung eines allgemeinen endlichen Automaten zur Methodeneinführung, nicht der eben definierten Zustandsmaschine (Maggyero, CC BY-SA 4.0).

Vier-Phasen-Handshake mit Bestätigung

Phase 1 – Anfordern: Die simulierte Leitsteuerung legt Auftrag Q17 an. B = 1, P zunächst 0. G = 0. Phase 2 – Prüfen: P wechselt bei bestätigter Position und konsistenter Meldung auf 1; K, S und V müssen ebenfalls aktuell positiv sein. Phase 3 – Freigeben: Der Koordinator setzt G mit Bezug auf Q17 auf 1. In der Übung folgt eine simulierte Übergabe; ein Timeout oder Widerspruch setzt G auf 0 und führt in Z4. Phase 4 – Quittieren: Das Stationsmodell sendet A = 1 zusammen mit Q17, das FTS-Teilmodell bestätigt den Empfang. Erst dann wird Q17 abgeschlossen; G bleibt 0, A wird für den nächsten Auftrag quittiert zurückgesetzt.

Flanken und Quittierungen: Eine steigende Flanke ist der Übergang von 0 auf 1. Werden Zustandsbits nur als dauerhafte Pegel gelesen, kann ein altes A einen neuen Zyklus fälschlich abschließen. Deshalb vergleicht die Lernsimulation Auftragskennung, Flankenereignis und Zeitstempel. Ein zweites A für denselben Auftrag wird als Duplikat erkannt; es darf keinen zweiten Materialtransfer auslösen. Die fiktive Kennung Q17 ist keine Firmen- oder Chargeninformation.

Geprüfter Fremdbeitrag: Errico Gioia, simulierte Fertigungslinie mit SPS und Handshake zwischen Funktionsblöcken (englisch); fachliche Illustration, keine Liebherr-Anlage, keine Übernahme als Sicherheitssoftware. Originalrechte liegen beim Urheber; Rechtehinweis in der Medientabelle.

Kommunikationsfehler, Widersprüche und Schutz

Fail-closed im Ablaufmodell

Fail-closed bedeutet hier: Bei fehlender Prüfbarkeit wird die Ablauf-Freigabe gesperrt. Das Modell erkennt nicht allein sämtliche realen Maschinengefahren. Besonders kritisch sind veraltete Telegramme, ungültige Auftragskennungen, gleichzeitige Positioniert- und Abfahrmeldung, unerwartetes A vor G sowie eine Positionsrücknahme während der simulierten Übergabe. Diese Situationen führen zu Z4 mit G = 0. Eine positive Fehlerquittierung setzt weder Schutztürüberwachung noch Risikobeurteilung außer Kraft.

Beobachtung im Test	Widerspruch/Fehler	Reaktion des Modells	Diagnoseeintrag
P=1 und FTS fährt laut zweiter Quelle	Position nicht glaubwürdig	G=0, Z4	POSITION_KONFLIKT
kein aktuelles Lebenszeichen	Verbindung oder Partner ausgefallen	G=0, Z4	KOMM_TIMEOUT
A=1 in Z1	Abschluss ohne vorherige Freigabe	G=0, Z4	REIHENFOLGE_UNGUELTIG
A trägt fremde Auftragskennung	alte oder falsche Quittung	G=0, Z4	AUFTRAG_NICHT_PASSEND
S=0 während Z2	Schutzvoraussetzung entfällt	G=0, Z4	SCHUTZBEDINGUNG_FEHLT
A bleibt nach Rücksetzung TRUE	Altwert vor neuem Start	G=0, Z4	ABSCHLUSS_NICHT_ZURUECK

Beispielrechnung: Lebenszeichen und Überwachungszeit

Ausschließlich synthetische Zeitwerte: In unserer Lernsimulation sendet der Partner alle 0,5 s ein Lebenszeichen. Als Übungsgrenze legen wir 1,5 s seit dem letzten gültigen Telegramm fest. Das entspricht rechnerisch dem Dreifachen der Modell-Sendeperiode: 3 · 0,5 s = 1,5 s. Trifft das letzte gültige Lebenszeichen bei t = 4,0 s ein und ist die Modellzeit t = 5,6 s, so ist die Nachricht 1,6 s alt. Da 1,6 s > 1,5 s gilt, wird K = 0 und G = 0. Das ist kein zulässiger Auslegungswert für echte Maschinen. In einer realen Anlage sind Überwachungsgrenze, Kommunikationseigenschaften und erforderliche Reaktionszeit anhand der Gefährdung und der geprüften Architektur zu bestimmen.

Zeit in s, synthetisch	B	P	K	A	Zustand	G
0,0	1	0	1	0	Z1 Prüfen	0
1,0	1	1	1	0	Z1 Prüfen	0
1,2	1	1	1	0	Z2 Freigegeben	1
3,0	1	1	1	1	Z3 Abschluss prüfen	0
3,2	1	1	1	0	Z0 Leerlauf	0
5,6 in separatem Fehlertest	1	1	0	0	Z4 Störung	0

Der letzte Eintrag gehört nicht zum vorigen abgeschlossenen Auftrag, sondern zu einem eigens gestarteten Fehlertest. So wird ein häufiger Dokumentationsfehler vermieden: Zustände verschiedener Prüfabläufe dürfen nicht zu einem vermeintlich lückenlosen realen Messprotokoll zusammengeschrieben werden.

Funktionsverriegelung ist nicht automatisch Sicherheitstechnik

Die simulierte Bedingung G ist eine betriebliche Ablaufkoordination. Ob eine Schutztür, ein Laserscanner, ein sicherer Stillstand oder eine trennende Schutzeinrichtung notwendig ist und wie diese wirken, ergibt sich erst aus einer Gefährdungsbeurteilung und einer geeigneten sicherheitstechnischen Planung. Sicherheitsfunktionen dürfen nicht durch ein gewöhnliches Kommunikationsbit ersetzt werden. Befugte Fachkräfte berücksichtigen dafür die anwendbaren Regeln, die konkrete Maschine und die geprüften Anleitungen; der Kurs gibt keine Herstellerfreigabe und kein Inbetriebnahmeverfahren vor. Funktionale Sicherheit, Maschinensicherheit und Risikobeurteilung sind weiterführende Lernfelder.

Beispiel einer trennenden Schutzeinrichtung ohne Bezug zur historischen Liebherr-Zelle (Machine 1456, CC0 1.0).

Geprüftes Informationsvideo „Safe Automation of Automated Guided Vehicle Systems“, Pilz, 13.01.2023 (englisch). Es illustriert AGV-Schutzkonzepte; keine Anleitung für die Freigabe eines LP 100.

Geprüfter Fachvortrag zu Sicherheitsfragen bei Fahrerlosen Transportsystemen, Deutsche Messe Technology Academ, Referent Jochen Vetter von Pilz (englisch). Fremdvideo, Originalrechte beim Kanal.

Simulationsprojekt, Prüfungen und beruflicher Modellfall

Vorgehen und Testdokumentation

Erstelle zunächst einen Signalsteckbrief mit Richtung, Quelle, Bedeutung, Gültigkeitsdauer, Initialwert und Zuordnung zur Auftragskennung. Zeichne anschließend den Zustandsgraphen und implementiere ihn ausschließlich in einer Tabellenkalkulation, auf Papier oder in einer abgeschotteten Software-Simulation ohne Anbindung an reale Aktoren. Plane positive und negative Tests. Protokolliere stets Test-ID, Startzustand, synthetische Eingangsdaten, erwartete Reaktion, tatsächlich simulierte Reaktion, Ergebnis und Begründung. Prüfe nach jedem Fehler auch, ob ein neuer Auftrag nicht automatisch startet.

Beispielhafte Testspezifikation für die Lernsimulation:

Test	Gegebene Signale / Ereignis	Erwarteter Folgezustand	Erwartetes G	Kriterium
T01 Normalfreigabe	B=P=K=S=V=O=1, F=A=0	Z2	1	Auftrag und Zeitpunkt protokolliert
T02 Position fehlt	P=0, übrige Startbedingungen gültig	Z1	0	keine Freigabe
T03 Verbindungsabbruch	K fällt in Z2 auf 0	Z4	0	Fehler bleibt bis bewusster Quittierung
T04 Widerspruch	P=1 und Abfahrtmeldung gleichzeitig	Z4	0	Plausibilitätsfehler erfasst
T05 Alte Quittung	A=1 mit anderer Auftragskennung	Z4	0	Abschluss wird nicht angenommen
T06 Korrekte Übergabe	A bestätigt Q17 in Z2, Gegenstelle quittiert	Z3, danach Z0	0	genau ein Abschluss
T07 Schutzverlust	S wechselt in Z2 auf 0	Z4	0	kein weiterer Start

Fehlersuchstrategie: Stelle zuerst die erwartete Zustandsfolge fest. Vergleiche dann Eingaben, Zeitstempel und Auftrag. Unterscheide Empfangsfehler, Sensorwiderspruch und Logikfehler. Korrigiere ausschließlich die isolierte Simulation, führe denselben Test und alle vorangegangenen Negativtests erneut aus und dokumentiere die Unterschiede.

Vollständiger berufstypischer Modellfall: Materialbehälter Q17

Auftrag an ein interdisziplinäres Ausbildungsteam: Ein FTS soll in einer digitalen Lehrmodell-Zelle einen synthetischen Materialbehälter an die Übergabezone eines LP-100-Modells bringen. Entwirf ein prüfbares Handshake mit B, P, G und A sowie Kommunikation und Plausibilität. Die folgende Situation ist frei erfunden: Auftrag Q17, Modell-Abschlusszeit maximal 8,0 s, Modell-Lebenszeichen alle 0,5 s, Timeout-Grenze 1,5 s. Die Simulation zeigt nach Ankunft B=1, P=1, K=1, S=1, V=1; beim Start A=0 und F=0. Nach Freigabe kommt während einer zweiten Testausführung keine neue Kommunikationsmeldung mehr. Erstelle Signalplan, Ablauf, Störreaktion, Quittierregel und mindestens vier Prüfprotokolle. Es wird keine reale Anlage angesteuert.

Nachvollziehbare Musterlösung:

Schritt	Eingabe oder Berechnung	Begründete Lösung
1 Signalplan	B vom Stationsmodell; P vom positionierten FTS-Teilmodell; G vom Koordinator; A als auftragsgebundene Abschlussmeldung	genau eine fachliche Zuständigkeit pro Signal
2 Startprüfung	B=P=K=S=V=O=1 und F=A=0	alle positiven Bedingungen erfüllt, daher Eintritt Z2 mit G=1
3 Normalabschluss	A=1 für Q17, Empfang für Q17 bestätigt	G wird 0, Z3; Abschluss speichern, Quittungen rücksetzen, Z0
4 Kommunikationsfehler	letztes Lebenszeichen t=4,0 s; Prüfung t=5,6 s	5,6 s − 4,0 s = 1,6 s; überschreitet 1,5 s, daher K=0, G=0, Z4
5 Störungshandhabung	fehlende Aktualität, ggf. alte Abschlussmeldung	keine neue Freigabe; Ursache erfassen und gegenprüfen; nach erneuter Synchronisierung bewusste Quittierung in Z0, ohne Wiederanlauf
6 Tests	T01 Normalstart, T03 Timeout, T04 Positionswiderspruch, T05 alte Quittung	erwartete Ausgänge: 1, 0, 0, 0; normaler Abschluss T06 zusätzlich empfehlenswert
7 Beruflicher Transfer	Mechatronik: Übergabeposition modellieren; Betriebstechnik: Signalschaltung und Prüfprotokoll; Fachinformatik: Zustandsautomat und Logdatei	Teamarbeit mit dokumentierter Schnittstellenverantwortung

Musterprotokoll (rein synthetisch): Q17/T01: Start Z1, B1 P1 K1 S1 V1 O1 F0 A0 → Z2/G1, Soll = Ist; Q17/T03: letzte Meldung t4,0, Prüfung t5,6 → Z4/G0, Soll = Ist; Q17/T04: P1 bei Abfahrtmeldung1 → Z4/G0, Soll = Ist; Q17/T05: A1 für Q16 → Z4/G0, Soll = Ist. Die Formulierung „Ist“ bezeichnet ein erfundenes Simulationsergebnis, keine gemessene Maschine.

Bewertungsraster (100 Punkte):

Leistungskriterium	Punkte	Vollständig erfüllt, wenn …
Quellen- und Modellgrenzen	10	belegte Fakten und synthetische Annahmen sauber getrennt
Signaldefinitionen	15	vier Hauptsignale, Quelle, Initialwert und Quittierung eindeutig
Zustandsautomat	20	zulässige Übergänge sowie Z4 und Rücksetzen nachvollziehbar
Fehler- und Schutzkonzept	20	Ausfall, Widerspruch, Altwert und Unterschied zur funktionalen Sicherheit korrekt
Prüffälle und Auswertung	20	mindestens vier Tests mit Soll/Ist, Zeitrechnung und Ursachenanalyse
Technische Dokumentation	10	übersichtlicher Signalplan, Protokoll und Auftragskennung
Reflexion und Teamtransfer	5	Berufsrollen und Grenzen sicher benannt
Gesamt	100	nur Bewertung der Lernsimulation

Niveaueinordnung: 90–100 sehr sicher, 75–89 überwiegend sicher, 60–74 in wesentlichen Teilen erfüllt, darunter Überarbeitungsbedarf. Diese Grenzen sind eine pädagogische Empfehlung, kein betrieblicher Prüfstandard. Vermeide bei allen Versuchen reale Kundendaten, Schülerdaten, Netzwerkadressen oder nicht öffentliche Steuerungsunterlagen.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz

Was ist im Kurs zum realen Tech-Center von 2020 belegt? (Versuchsbetrieb mit FTS und Linearroboter LP 100) (!Serienfertigung mit dokumentierten Handshake-Bits) (!Zwei LP 100 mit veröffentlichter SPS-Software) (!Eine freigegebene Sicherheitsfunktion G)

Welche Aussage beschreibt ein FTS korrekt? (Es umfasst Fahrzeuge und die zugehörige Systeminfrastruktur) (!Es ist immer nur ein einzelner Roboterarm) (!Es ist ausschließlich ein Schutztürkontakt) (!Es ist die Abkürzung für ein Abschlussbit)

Wer erzeugt im vereinfachten Modell G? (Der Übergabekoordinator nach gültiger Prüfung) (!Das FTS allein ohne Positionsprüfung) (!Die zuletzt eingetroffene Abschlussmeldung) (!Ein beliebiges Teilnehmerbit ohne Verantwortlichen)

Welche Kombination erlaubt den Start in der Wahrheitstabelle? (Alle nötigen Bedingungen sind positiv und keine Störung ist aktiv) (!Nur Bereit ist positiv) (!Positioniert ist unbekannt und Kommunikation fehlt) (!Die Quittung gehört zu einem alten Auftrag)

Was folgt bei verlorenem Lebenszeichen während der Übergabe? (Freigabe sperren und im Modell Störzustand einnehmen) (!Die letzte Freigabe unbegrenzt behalten) (!Positioniert automatisch positiv setzen) (!Die Fehlerbehandlung bis zum nächsten Tag verschieben)

Was verhindert ein alter Abschlusswert A aus Auftrag Q16 bei Auftrag Q17? (Prüfung der passenden Auftragskennung und des Ereignisses) (!Alle Abschlüsse ohne Vergleich akzeptieren) (!Den Zeitstempel generell ignorieren) (!Die Verriegelung durch Dauerfreigabe ersetzen)

Welche Aussage trennt Ablaufkoordination und Maschinensicherheit richtig? (Ein Handshake-Bit ist nicht automatisch eine geprüfte Sicherheitsfunktion) (!Eine Tabelle ersetzt die Gefährdungsbeurteilung) (!Jede Standard-SPS erfüllt allein alle Sicherheitsanforderungen) (!Die Kommunikationsprüfung ersetzt Schutzvorrichtungen)

Die letzte Meldung ist 1,6 s alt und die synthetische Grenze beträgt 1,5 s. Was folgt? (Timeout erkannt und G wird gesperrt) (!Die Freigabe bleibt gültig ohne Prüfung) (!Die Grenze gilt als noch unterschritten) (!Eine neue Auftragskennung wird automatisch freigegeben)

Wann darf Z4 im beschriebenen Lehrmodell verlassen werden? (Nach Ursachenbehebung Zustandsabgleich und bewusster Quittierung) (!Sobald zufällig ein Bit wieder hoch ist) (!Immer direkt nach Ablauf von einer Sekunde) (!Durch unveränderte alte Abschlussmeldung)

Worauf zielt ein Negativtest mit P gleich eins und gleichzeitiger Abfahrtmeldung? (Er prüft die Erkennung widersprüchlicher Zustände) (!Er bestätigt eine widerspruchsfreie Position) (!Er legt reale Roboterparameter fest) (!Er ersetzt die dokumentierte Freigabebedingung)

Memory

Ordne jedem einmaligen Fachbegriff die passende fachliche Erklärung zu.

Bereitschaftsmeldung	Information, dass die Modellstation einen Auftrag annehmen kann
Positionsprüfung	Abgleich der definierten Übergabezone mit unabhängiger Plausibilitätsmeldung
Freigabeentscheidung	Ergebnis aller aktuell erfüllten Modellbedingungen
Auftragsquittung	bestätigte Rückmeldung zu einer bestimmten Übergabe
Lebenszeichen	regelmäßig erneuerte Aktualitätsmeldung eines Kommunikationsteilnehmers
Störspeicher	Zustand, der auch nach wechselndem Eingang zunächst gesperrt bleibt

Drag-and-drop

Ordne die Fehlerfälle dem passenden Verhalten zu.

Passende Reaktion	Beobachteter Modellfall
Freigabe gesperrt lassen	Übergabeposition noch nicht bestätigt
Verbindung als ungültig markieren	Lebenszeichen älter als zulässiger Übungswert
Auftragskennung abgleichen	Abschlussmeldung aus dem Vorauftrag
Positionskonflikt protokollieren	Stillstand und Abfahrt zugleich gemeldet
Bewusste Rücksetzung verlangen	Gespeicherte Störung nach Ursachenbeseitigung

Kreuzworträtsel

Verriegelung	Wie heißt die Logik, die eine Übergabe bis zum Erfüllen von Bedingungen sperrt?
Positionierung	Wie nennt man das Herstellen einer definierten Übergabelage?
Quittierung	Welches Wort bezeichnet die bewusste Bestätigung einer Meldung?
Zeitfenster	Was legt den erlaubten Zeitraum für eine erwartete Reaktion fest?
Protokoll	Wie heißt die geordnete Dokumentation von Testergebnissen?
Rückmeldung	Wie heißt die Information einer Station über ihren Bearbeitungszustand?

LearningApps

Suche ergänzende interaktive Übungen zur Übergabe und zum Handshake. Die Suchergebnisse sind keine bereits geprüften Einzelaufgaben dieses Kurses.

Lückentext

Das fahrerlose Gesamtsystem wird mit

abgekürzt.

Die Modellstation meldet ihre Aufnahmefähigkeit mit dem Signal

.

Der Standort des Fahrzeugs wird mit der Meldung

bestätigt.

Der Koordinator erzeugt nach positiver Prüfung die

.

Das eindeutige Ende einer Übergabe wird als

bestätigt.

Das regelmäßige Kommunikationssignal heißt

.

Widersprüchliche Meldungen führen in den Zustand

.

Eine alte Meldung darf nur mit passender

angenommen werden.

Das Verlassen des Störzustands erfordert eine bewusste

.

Eine Ablaufbedingung allein ersetzt keine geprüfte

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben ausschließlich mit Papier, Videoerklärung, Grafiksoftware oder isolierter Simulation. Keine Eingriffe an Anlagen, keine unbegleiteten Erprobungen.

Leicht

FTS und FTF: Erstelle eine zweispaltige Begriffsgrafik und trenne Gesamtsystem von Einzelfahrzeug.
Signalsteckbrief: Schreibe für B, P, G und A jeweils Bedeutung, Meldequelle und Standardwert auf.
Sichtbare Zustandsfolge: Zeichne eine Ablaufkarte mit den Zuständen Z0 bis Z4 und den wichtigsten Übergängen.
Quellenprüfung: Kennzeichne in einer kurzen Faktentabelle drei nachgewiesene Aussagen zum Tech-Center 2020 und drei ausdrücklich synthetische Modellannahmen.

Standard

Boolesche Freigabe: Berechne G für vier selbst gewählte Eingangskombinationen und erkläre zwei Sperrgründe.
Simulation einer Übergabe: Zeichne ein Zeitdiagramm für B, P, G und A einschließlich Quittierung eines fiktiven Auftrags.
Kommunikationsüberwachung: Berechne mit 0,5 s Modellperiode und 1,5 s Modellgrenze drei verschiedene Nachrichtenalter und entscheide jeweils über K.
Fehleranalyse: Entwickle drei Negativtests für Widerspruch, alte Quittung und Verlust des Lebenszeichens.

Schwer

Zustandsautomat modellieren: Formuliere Übergangsregeln einschließlich Z4, verbotener Sprünge und bewusster Rücksetzung.
Teststrategie: Entwickle eine Testmatrix mit mindestens sechs Fällen, Sollzuständen, Abbruchgründen und Rücksetzbedingungen.
Berufstypische Dokumentation: Produziere ein zweiminütiges Erklärvideo oder kommentiertes Schaubild mit den Rollen Mechatronik, Betriebstechnik und Fachinformatik.
Sicherheitsabgrenzung: Verfasse eine fachliche Stellungnahme, warum die simulierte Freigabelogik weder ein realer Sicherheitsnachweis noch eine Herstellerfreigabe ist.

Musterlösungen und Erwartungshorizonte

Aufgabe	Erwartete Lösung oder nachvollziehbare Beispielantwort
1	FTS = Gesamtsystem aus Fahrzeugen und Infrastruktur; FTF = einzelnes Fahrzeug; keine Gleichsetzung mit einem Roboter
2	B: Station, P: Positionsteilmodell, G: Koordinator, A: Abschlussmeldung; sicherer Initialwert für G ist 0; unklare Informationen führen zu Sperre
3	Z0→Z1→Z2→Z3→Z0, bei Fehler aus jedem Zustand nach Z4; von Z4 nur kontrolliert nach Z0
4	Nachgewiesen: Kempten, Testzellen für Bin Picking, FTS mit LP 100; Modell: B/P/G/A-Namen, 1,5-s-Grenze, Q17
5	Für alle erfüllten Startbedingungen G=1, bei P=0 oder K=0 jeweils G=0; zwei zusätzliche Fälle mit F=1 beziehungsweise A=1 sperren ebenfalls
6	Beispiel: t0 B1 P0 G0 A0; t1 P1; t1,2 G1; t3 A1 G0; t3,2 A0; Auftrag protokolliert
7	Bei Alter 0,4 s ist K1, bei 1,0 s K1, bei 1,6 s K0; ausschließlich Übungsgrenzen
8	Position plus Abfahrt, A aus Vorauftrag, ausbleibender Heartbeat führen alle zu Z4/G0 und differenzierten Fehlercodes
9	Übergänge brauchen gültige Voraussetzungen; Z2→Z0 ohne Abschlussprüfung ist verboten; Störreset benötigt Abgleich und Quittierung
10	Mindestens Normalfall, fehlende Position, Timeout, Widerspruch, alte Quittung, korrekter Abschluss mit protokollierter Soll-/Ist-Reaktion
11	Erläuterung trennt mechanischen Übergabebereich, elektrische Meldungen und algorithmische Zustände; demonstriert nur Simulation
12	Enthält Risikobeurteilung, geprüfte Schutzfunktionen, betriebliche Berechtigung und Herstellerdokumentation; die Modellformel ersetzt keines davon

Lernkontrolle

Begründete Startentscheidung: Erkläre, weshalb B=1 und P=1 bei fehlendem K trotzdem G=0 erfordern; beschreibe die erwartete Protokollzeile.
Fehlersuche bei Altwert: Ein fremdes A trifft im Zustand Z1 ein. Finde die Verletzung der Reihenfolge, den Sollzustand und eine geeignete Regressionstestidee.
Zeitberechnung: Bei der allein synthetischen Grenze von 1,5 s und letzten gültigen Meldung bei t=7,2 s, entscheide für Prüfzeit t=8,6 s und t=8,9 s getrennt über K; rechne nach.
Transfer auf andere Übergaben: Vergleiche die Logik mit einer simulierten Förderband-Übergabe und benenne zwei gleiche und zwei unterschiedliche Anforderungen.
Abgrenzung von Verantwortung: Erkläre den Unterschied zwischen Betriebslogik und funktionaler Sicherheit anhand von zwei konkreten Gefährdungen.
Prüfbericht bewerten: Ein Mitschüler dokumentiert nur bestandene Positivtests. Benenne fehlende Negativtests und entwickle zwei klare Abnahmekriterien für die Lernsimulation.

Lösungshinweise: (1) K=0 verletzt die notwendige Kommunikationsvoraussetzung, Z4 beziehungsweise gesperrte Startprüfung, G0. (2) A ohne aktuelle Freigabe ist eine unzulässige Reihenfolge und führt zu Z4; Test mit falscher Auftragskennung wiederholen. (3) 8,6−7,2=1,4 s: K1; 8,9−7,2=1,7 s: K0. (4) Gleich sind Auftragsbezug und Quittierung; anders können Bewegungsarten und Sensorik sein. (5) Roboterreichweite und Fahrzeugbewegung erfordern eine separate, fachgerecht geplante Schutzkonzeption; ein G-Bit reicht nicht. (6) Mindestfälle: fehlende Position, Verbindungsabbruch, alte Quittung, Schutzverlust; nach Störung kein automatischer Wiederanlauf.

Lernnachweis

Ein vollständiger Lernnachweis besteht aus einem Signalsteckbrief (B/P/G/A sowie K/S/V/O/F), einem selbst gezeichneten Zustands- und Übergabeschema, einer tabellarischen Wahrheitstabelle, einer dokumentierten Zeitrechnung, einer Testmatrix mit mindestens sechs Fällen, dem bearbeiteten Modellfall Q17 und einer Reflexion zur Trennung von Prozessverriegelung und funktionaler Sicherheit. Die Produkte dürfen als PDF, Tabelle, Bild oder eigenproduziertes Kurzvideo ohne vertrauliche Inhalte eingereicht werden.

Bewertung der Kompetenzen: Richtigkeit und Nachvollziehbarkeit der Quellengrenzen; fachlich korrekte Zustandsübergänge; ausfallsichere Sperrentscheidung im Simulationsmodell; saubere Quittierung; aussagekräftige Negativtests; dokumentierte Kommunikation im Team. Eine positive Lernbewertung berechtigt nicht zur Arbeit oder Inbetriebnahme an der realen Maschine.

OER und Wikipedia

Verifizierte Sachquellen und weiterführende Fachinformationen:

Liebherr, Kundenmagazin 2020: Tech-Center Kempten – belegter Versuchsbetrieb mit FTS, LP 100 und Bin Picking; urheberrechtlich geschützter Herstellertext, hier nur sachlich zusammengefasst.
Liebherr, Pressemitteilung 13. Mai 2020 – historische Einordnung der Versuchsanlagen.
Wikipedia: Fahrerloses Transportfahrzeug – technisches Überblickswissen und Literaturhinweise, Wikipedia CC BY-SA.
Wikipedia: Speicherprogrammierbare Steuerung – Grundlagen der Steuerungslogik, Wikipedia CC BY-SA.
Wikipedia: Endlicher Automat – Grundidee der Zustandsmodelle, Wikipedia CC BY-SA.
Pilz, Webinar zu Sicherheitsverriegelungen – Herstellerfachinformation mit eigenem Rechtsvorbehalt, keine pauschale Einzelfallfreigabe.

Geprüfte Wikimedia-Commons-Abbildungen und Rechteangaben (alle Abbildungen sind illustrative Fremdmedien, keine Fotos der Liebherr-Versuchsanlage):

Exakter Dateiname	Quellennachweis	Urheber	Lizenznachweis
File:Vehículo Guiado Automático fabricado por Adept Technology.jpg	Dateiseite	Mizael Contreras	CC BY-SA 4.0
File:Robot Portico tecno-840.jpg	Dateiseite	Tecnowey	CC BY 3.0
File:Descartes configuration.png	Dateiseite	Nikola Smolenski	CC BY-SA 3.0
File:S71500.JPG	Dateiseite	Palatinatian	CC BY 3.0
File:FSM state diagram.png	Dateiseite	Maggyero	CC BY-SA 4.0
File:Safety fence.jpg	Dateiseite	Machine 1456	CC0 1.0

Verifizierte externe Lernvideos; Einbettung und eigene OER-Lizenz sind zu unterscheiden. Die externen Videos besitzen hier keine nachgewiesene freie Nachnutzungslizenz; sie bleiben Originalinhalte der jeweiligen Rechteinhaber und werden weder heruntergeladen noch neu lizenziert.

Video-URL	Geprüfte Originalseite und Gegenstand	Kanal bzw. Urheber	Rechtehinweis
https://vimeo.com/1229883220	Automated Production Line Control with Siemens S7-1200 PLC, Simulationsmodell mit Handshake	Errico Gioia	Originalvideo, Rechte beim Uploader; keine CC-Lizenz belegt
https://www.youtube.com/watch?v=JjF9Pp6NRuw	Safe Automation of Automated Guided Vehicle Systems, Informationsvideo von 2023	Pilz – Safe Automation Technology	Originalvideo, Rechte bei Pilz; keine CC-Lizenz belegt
https://vimeo.com/708985004	Safety of automated guided vehicles, Fachvortrag zur FTS-Sicherheit	Deutsche Messe Technology Academ / Referent Jochen Vetter (Pilz)	Originalvideo, Rechte beim Kanal; keine CC-Lizenz belegt

Eigenanteil / OER-Hinweis: Die im Kurs eigens verfassten, ausdrücklich synthetischen Tabellen, Signalpläne, Ablaufdiagramme, Modellfälle, Testprotokolle und Lösungen dienen als veränderbare Lernmaterialien; eine Veröffentlichung als OER sollte mit einer eindeutigen Lizenz der tatsächlichen Rechteinhaber versehen werden. Fremdbilder und -videos behalten ihre jeweils gesonderten Rechte.

Wikipedia-Einbettung, deutschsprachige thematische Einführung: