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IGH-Baugruppenprüfung in Biberach – Prüfumfang und Restunsicherheit bewerten

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IGH-Baugruppenprüfung in Biberach – Prüfumfang und Restunsicherheit bewerten

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Einleitung

Ein Prüfbericht mit dem Ergebnis „bestanden“ klingt eindeutig. Aber was wurde tatsächlich geprüft – und was bleibt ungeprüft? Du lernst, den Prüfumfang einer industriellen Baugruppe anhand einer Funktionsmatrix zu beschreiben, offene Betriebszustände zu markieren und die Restunsicherheit ohne Scheingenauigkeit zu erklären. Du begründest, warum ein erfolgreicher Baugruppentest die spätere Gesamtprüfung der integrierten Maschine nicht ersetzt.

Zielgruppe: Auszubildende aller Geschlechter im 3. Ausbildungsjahr der Berufe Industriemechaniker/in, Mechatroniker/in, Elektroniker/in für Geräte und Systeme sowie Werkstoffprüfer/in. Die berufliche Zuordnung und Jahresfolge sind redaktionelle Lernempfehlungen und mit Betrieb und Berufsschule abzustimmen.

Praxisbezug: IGH Automation beschreibt für die Liebherr-Kransparte im Werk Biberach an der Riß den fortlaufenden Einsatz von Prüfsoftware an Komponenten- und Elektrobaugruppenprüfständen. Nach Herstellerdarstellung werden Betriebsbedingungen und Bedienerhandlungen am Prüfstand simuliert und Ergebnisse digital dokumentiert. Der Herstellerbericht nennt auf der untersuchten Seite kein belastbares Publikationsdatum. Weder reale Prüfstandshersteller und konkrete Geräteparameter noch Softwareversionen, Prüfpläne, Grenzwerte oder Freigabeverfahren des Werks sind damit belegt. Alle nachfolgenden Prüfstände, Prüfmatrizen und Zahlen sind ausdrücklich synthetische didaktische Lehrmodelle, keine Angaben über eine reale Liebherr- oder IGH-Installation. Primärquelle: IGH Automation, Turmdrehkrane

Sicherheit: Bearbeite die Aufgaben anhand von Papiermodellen, Tabellen oder spannungsfreien Unterrichtsmodellen. Prüfungen und Änderungen an echten elektrischen Anlagen, Maschinen und Steuerungen erfordern betriebliche Unterweisung, fachlich qualifizierte Anleitung, passende Schutzmaßnahmen und die jeweils geltenden Betriebsanweisungen. Dieser aiMOOC ist ergänzendes Lernen, kein offizieller Liebherr-Lehrgang, keine Herstellerfreigabe und kein Ersatz für betriebliche Prüfvorschriften.


Aussagekraft einer Baugruppenprüfung


Prüfobjekt, Prüfstand und Nachweisgrenze

Eine Baugruppe ist ein Teil eines größeren Systems, etwa eine Steuerungs- oder Sensorbaugruppe. Beim Baugruppentest wird ihr Verhalten unter festgelegten Eingangsbedingungen beobachtet und mit Soll-Ergebnissen verglichen. Ein Prüfstand kann Teile der späteren Umgebung als Restsystemsimulation nachbilden: Er gibt beispielsweise modellhafte Sensorsignale vor und wertet Antwortsignale aus. Er ersetzt damit nicht automatisch alle physikalischen Kopplungen, Umgebungsbedingungen und Wechselwirkungen der montierten Maschine.

IGH beschreibt die Simulation des noch nicht verbauten Restsystems auf einer gesonderten, nicht mit dem Biberacher Turmdrehkranbericht gleichzusetzenden Herstellerseite zur Baugruppenprüfung. Diese Darstellung belegt das technische Prinzip, nicht eine bestimmte Prüffolge am hier behandelten Standort. Herstellerquelle: Baugruppenprüfung

Eigenes didaktisches Signalfluss-Schema (kein Anlagenplan):

Prüfvorgabe Lehrprüfstand Prüfling Beobachtung Beleg
Synthetischer Sollzustand → simuliert zulässige Eingänge → → antwortet → → Istzustand wird verglichen → Protokoll zum Testfall

Ein bestandenes Prüfprotokoll darf daher nur die Aussage tragen: „Die dokumentierten Anforderungen wurden bei den bezeichneten Randbedingungen geprüft; das beobachtete Ergebnis entsprach dem vereinbarten Soll.“ Es ist kein Beweis für jede denkbare Betriebssituation. Bei fehlenden Prüfdaten lautet der Befund „nicht nachgewiesen“ statt „funktioniert“ oder „fehlerhaft“.

Abbildung: allgemeine PCB-Prüfvorrichtung als technisches Anschauungsmaterial, nicht IGH- oder Liebherr-Prüfstand. Quelle und Lizenz siehe Medientabelle.


Verifikation, Validierung und Integrationsprüfung

Verifikation fragt, ob nach festgelegter Spezifikation richtig umgesetzt wurde. Validierung fragt, ob die resultierende Lösung im vorgesehenen Anwendungskontext geeignet ist. Die Integrationsprüfung prüft insbesondere das Zusammenwirken an Schnittstellen. Das V-Modell hilft, Anforderungen und passende Prüfebenen gegenüberzustellen; die hier gezeigten Lernmodelle bilden kein zertifiziertes V-Modell-Verfahren des Werks ab. Ein bestandener isolierter Baugruppentest deckt nicht automatisch das Zusammenspiel von Sensorik, Leistungsversorgung, Steuerung, Aktorik und mechanischer Last ab. Siehe Verifizierung und Validierung, Funktionstest und Softwaretest.

Abbildung: allgemeines V-Modell mit englischsprachigen Bezeichnungen; Übertragung auf Baugruppen-/Gesamtprüfung ist eine didaktische Analogie. Quelle und Lizenz siehe Medientabelle.


Drei unterschiedliche Urteile

Urteil Evidenzlage Zulässige Formulierung
Bestanden Testfall, Konfiguration, Soll/Ist und Datum sind dokumentiert; Akzeptanzkriterium erfüllt „Für diesen Testfall bestanden“
Nicht bestanden Tatsächliche Abweichung gegenüber definiertem Kriterium „Abweichung; Ursache untersuchen und nach definiertem Verfahren nachprüfen“
Nicht geprüft / nicht bewertbar Kein ausgeführter Test oder unzureichende Evidenz „Offene Nachweislücke; keine Aussage über Erfüllung“

Ein vierter Fall ist ein ungültiger Test: Wenn beispielsweise das Messmittel nicht nachweislich geeignet oder die Simulationsannahme unzutreffend war, kann auch ein angezeigtes „OK“ keinen belastbaren Nachweis liefern. Verwechsle „nicht geprüft“ nicht mit „fehlerhaft“ und „kein Fehler gefunden“ nicht mit „Fehlerfreiheit bewiesen“.


Funktionsmatrix und prüfbare Betriebszustände


Von Anforderungen zu Zeilen der Funktionsmatrix

Eine Funktionsmatrix verbindet Funktionen, Betriebszustände, Sollverhalten und zugeordnete Testfälle. Jede Zeile bekommt eine stabile Kennung. Hilfreiche Spalten sind: Anforderung, Funktion, Zustand, Eingang oder Auslöser, erwartete Reaktion, Testebene, Testfall-ID, Prüfergebnis, Evidenz, offene Grenze und Verantwortlichkeit. Ausgangspunkt sind die tatsächlich freigegebenen Spezifikationen – nicht frei erfundene Herstellerwerte.

Leite die Testfälle schrittweise ab:

  1. Definiere die geforderte Funktion und ihre zulässigen Zustände.
  2. Ergänze Normal-, Grenz-, Fehler-, Wiederanlauf- und Wechselzustände, soweit fachlich begründet.
  3. Lege für jeden Zustand einen eindeutigen erwarteten Effekt fest.
  4. Kennzeichne, ob der Zustand am Baugruppen-Lehrprüfstand realitätsgerecht darstellbar ist.
  5. Dokumentiere die tatsächliche Ausführung und Nachweise – die bloße Planung zählt nicht als „abgedeckt“.
  6. Ordne nicht abdeckbare Zustände einer späteren Integrations- oder Gesamtprüfung zu.

Lehrmatrix, vollständig synthetisch:

ID Funktion Lehrzustand Erwartetes Sollverhalten Status Baugruppe Nachweisgrenze
L01 Signaleingang plausibler Eingang definierte Modellanzeige B – nachgewiesen nur simulierte Eingangssignale
L02 Signaleingang Leitungsunterbrechung definierte Fehlermeldung O – offen reales Leitungsverhalten nicht untersucht
L03 Freigabelogik simulierte Sperre Freigabe bleibt gesperrt B – nachgewiesen nur logischer Modellfall
L04 Systemübergang mechanische Last und Sensorwechsel gleichzeitig sicheres Zusammenwirken gemäß noch zu definierender Systemspezifikation O – offen Gesamtanlage erforderlich

B steht in diesem Unterrichtsbeispiel für „mit geeigneter Evidenz bestanden“, O für „offen“. Die Statuskennzeichnung ist eine Unterrichtskonvention und keine offizielle IGH-Maske.


Zustände statt bloßer Häkchen zählen

Ein einzelner Haken „Sensorfunktion getestet“ verrät nicht, ob Normalwert, Grenzwert, Leitungsbruch, intermittierender Fehler und Wiederanlauf geprüft wurden. Eine sinnvoll definierte Bezugsmenge ist deshalb nötig. Teile eine Funktion nur so fein, wie die Anforderungen und erwarteten Reaktionen trennscharf sind; künstliches Aufspalten guter Testfälle steigert die Kennzahl ohne neue Sicherheit.

Eigenes didaktisches Zustandsbild:

Start Nominalbetrieb Störung Wiederanlauf
Ausgangszustand → Sollfunktion → definierte Reaktion → Übergang ins erlaubte Verhalten
Beleg zu Start Beleg zu Normalzustand Fehlerreaktion gesondert prüfen Übergang nur bei dokumentierten Bedingungen bewertbar

In der Prüfplanung müssen sowohl Zustände als auch relevante Übergänge berücksichtigt werden. Eine erfolgreiche isolierte Prüfung des Ausgangs- und Endzustands belegt nicht zwingend die Qualität eines schnellen Übergangs. Ein Lehrvideo mit Modell oder eine Zeichnung darf als Lernnachweis dienen, aber nicht als Maschinenfreigabe.

Abbildung: vereinfachte Übersicht modellbasierten Testens (englisch); übertragbares Grundprinzip, keine Herstellerprüfsoftware. Quelle und Public-Domain-Status siehe Medientabelle.


Prüfauswahl begründen

Berücksichtige Sicherheitsrelevanz, Fehlerfolgen, erwartete Fehlerarten, Schnittstellenabhängigkeit, Prüfaufwand und die Fähigkeit des Prüfstands, den Zustand überhaupt glaubwürdig nachzubilden. Grenzwertanalyse betrachtet Randbereiche einer spezifizierten Eingabemenge; Zustandsübergangstests untersuchen Übergänge. Dabei sind Hersteller- und Betriebsvorgaben immer vorrangig. Weitere Grundlagen: Testabdeckung, Zustandsbezogener Test und Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse.

Prüfauswahl Aussagegewinn Häufiger Irrtum
Normalzustand zeigt Grundfunktion für definierte Bedingungen genügt allein zur Funktionsfreigabe
Negativtest zeigt definierte Reaktion auf Störung simulierte Störung entspricht jeder realen Störung
Grenzzustand untersucht Sollverhalten am spezifizierten Rand es existieren belegte Grenzwerte ohne Spezifikation
Übergangstest betrachtet Dynamik und Reihenfolge zwei geprüfte Einzelzustände belegen automatisch den Übergang
Integrationstest prüft gekoppelte Komponenten Baugruppenprotokolle ersetzen ihn vollständig


Prüfumfang berechnen und Nachweislücken priorisieren


Testabdeckung mit sauberem Nenner

Definiere zuerst eine explizite Bezugsmenge von N erforderlichen Matrixzeilen. Als „abgedeckt“ gelten nur Zeilen mit dokumentierter, gültiger Prüfung. Dann gilt für die Unterrichtskennzahl:

Zustandsabdeckung in Prozent = 100 × Anzahl gültig bestandener Matrixzeilen / Anzahl erforderlicher Matrixzeilen.

Lehrrechnung: Von zwölf vorher festgelegten Zuständen sind acht mit Beleg bestanden; vier sind offen. Dann beträgt die dokumentierte Abdeckung 100 × 8 / 12 = 66,7 %. Der Anteil offener Zeilen ist 100 × 4 / 12 = 33,3 %. Diese Prozentzahlen beschreiben nur die gewählte Matrix; sie sind keine Wahrscheinlichkeit für Fehlfunktion, Sicherheit oder Unfall und dürfen nicht als reale Biberacher Qualitätskennzahlen ausgegeben werden. Ein fehlgeschlagener Test kann als ausgeführt dokumentiert werden, ist aber nicht erfolgreich nachgewiesen. Für aussagekräftige Berichte müssen Testausführung und bestandener Nachweis getrennt zählen.

Mini-Tabelle zum Unterschied:

Kennzahl Zähler Nenner Bedeutung
Durchführungsgrad ausgeführte gültige Tests geplante Tests Wie viel wurde tatsächlich durchgeführt?
Erfolgreiche Nachweisabdeckung bestandene, gültig belegte Anforderungen/Zustände definierte erforderliche Anforderungen/Zustände Wie viel der definierten Menge wurde positiv belegt?
Offene Nachweislücken erforderliche Zustände ohne positiven Beleg definierte erforderliche Zustände Wo besteht noch Klärungsbedarf?

Eine Kennzahl ohne Versionsstand, Nenner, Gültigkeitsbedingungen und Aussagegrenze ist fachlich unvollständig.


Gewichtung ist Priorisierung, kein Sicherheitszertifikat

Nicht jede Zeile besitzt dieselbe Bedeutung. Für eine rein didaktische Priorisierung kann eine Gruppe kritischer Fälle ein höheres Unterrichtsgewicht erhalten. Beispiel: kritisch = 3 Punkte, relevant = 2 Punkte, Basis = 1 Punkt. Diese Punkte sind frei gewählte Lehrwerte und keine Norm-, Ausfall- oder Freigabeparameter. Die gewichtete Abdeckung ergibt sich als 100 × Summe der Gewichte nachgewiesener Zeilen / Summe der Gewichte aller erforderlichen Zeilen.

Modellklasse Anzahl erforderlich Davon bestanden Lehrgewicht Maximalpunkte Bestandene Punkte
Kritisch 4 3 3 12 9
Relevant 5 2 2 10 4
Basis 3 3 1 3 3
Summe 12 8 – 25 16

Rechnung: 100 × 16 / 25 = 64 % gewichtete Nachweisabdeckung. Obwohl acht von zwölf Zeilen bestanden sind, zeigt die gewichtete Sicht offene priorisierte Zustände. Kein Gewicht ersetzt die Prüfung, ob eine konkrete sicherheitsrelevante Anforderung zwingend vollständig erfüllt sein muss. Ein nicht getesteter kritischer Zustand kann unabhängig von jeder Prozentzahl einen Freigabestopp begründen.

Abbildung: grafische Einführung in die FMEA; allgemeines Lernmedium, keine Bewertung von Liebherr-Baugruppen. Lizenz- und Autorennachweis unten.

Video: VOREST AG, „Wie funktioniert eine FMEA …?“, veröffentlicht am 20.02.2020. Eine Einführung in die klassische RPZ-Systematik, nicht die Freigabelogik für Kranfunktionen; Rechte verbleiben beim Videokanal. Quelle siehe Medientabelle.


Restunsicherheit fachlich und verständlich formulieren

Restunsicherheit umfasst unterschiedliche Grenzen: unbekannte Zustände, ungetestete Wechselwirkungen, vereinfachte Simulation, ungesicherte Messqualität, Konfigurationsunterschiede, zeitliche Veränderungen sowie Fehler, die trotz Test unentdeckt bleiben. Sie ist nicht identisch mit der Zahl offener Fälle. Dokumentiere für jede Lücke:

  1. Behauptung: Welche Funktion sollte nachgewiesen werden?
  2. Grenze: Welcher reale Zustand fehlt oder wird nur näherungsweise simuliert?
  3. Folge: Was ist bei falscher Annahme möglich?
  4. Maßnahme: Welche zusätzliche Prüfung, Analyse oder Risikominderung ist erforderlich?
  5. Verantwortung: Welche qualifizierte Rolle bewertet die Evidenz und entscheidet nach Betriebsvorgabe?

Das verbreitete Produkt Risikoprioritätszahl aus Bedeutung, Auftreten und Entdeckung ist eine mögliche FMEA-Priorisierung, aber ohne geeignete fachliche Festlegungen und Belege kein Ersatz für eine Gefährdungsbeurteilung und keine automatische Betriebsfreigabe. Statt eine Pseudowahrscheinlichkeit zu behaupten, notiere qualitativ „nicht ausreichend belegt“ und einen Prüfauftrag.

Abbildung: englischsprachiges Beispiel einer Risikomatrix; Einteilungen sind allgemein und nicht als Maschinenfreigabeschwellen zu verwenden. Rechteangaben im Medienverzeichnis.

Video: Free Quality Management, „FMEA – Das zentrale Tool der Entwicklung“, veröffentlicht am 12.04.2022; vertiefende Perspektive auf Fehlerfolgen und Prüfschwerpunkte, kein Nachweis für einen IGH-Prüfstand.


Mess- und Simulationsunsicherheit im Lehrmodell

In einem reinen Rechenmodell soll eine Messgröße mindestens 50,0 abstrakte Einheiten erreichen. Gemessen werden 49,8 Einheiten, mit einer angenommenen erweiterten Unsicherheit von ±0,5 Einheiten. Das didaktische Intervall liegt dann bei 49,3 bis 50,3 Einheiten. Weil es den Lehrgrenzwert überlappt, wäre eine eindeutige Bestehensentscheidung aus diesen Angaben ohne zuvor definierte Entscheidungsregel nicht seriös. Die Zahlen sind weder reale Toleranzen noch Messwerte eines Herstellers. Wer nur „49,8 ist fast 50“ schreibt, unterschlägt Messunsicherheit und Entscheidungsregel. Wer die Prüfung wegen einer unsicheren Simulation einfach als „bestanden“ markiert, begeht denselben Nachweisfehler.


Von der bestandenen Baugruppe zur Gesamtprüfung


Was der Baugruppentest grundsätzlich nicht allein belegt

Ein Gesamtsystem besitzt Eigenschaften, die erst durch sein Zusammenwirken entstehen. Im Lehrbeispiel meldet der Sensor für sich korrekt, die Steuerung wertet für sich korrekt aus und die Aktorbaugruppe reagiert auf definierte Prüfsignale. Das beweist noch nicht, dass im zusammengesetzten Modell die zeitliche Signalfolge, Kommunikationsunterbrechungen, mechanische Rückwirkungen oder das Zusammenwirken von Sicherheitsfunktionen unter allen vorgesehenen Bedingungen stimmen.

Eigenes Schnittstellen-Schema (symbolisch):

Sensorik Kommunikation Steuerung Aktorik/Mechanik
Eigenprüfung → Übertragung und Zeitverhalten → → Entscheidungslogik → → reale Systemreaktion
Erfordert Datenqualität Erfordert Schnittstellennachweis Erfordert Logiknachweis Erfordert Gesamtsystemnachweis

Der erfolgreiche Baugruppentest reduziert bestimmte Risiken und erleichtert Fehlereingrenzung. Er ersetzt nicht die nach Betriebsvorschriften, Herstellerunterlagen, Gefährdungsbeurteilung und zutreffenden Regelwerken erforderlichen Montage-, Integrations-, Sicherheitsfunktions- und Gesamtprüfungen. Das ist keine Aufforderung, solche Prüfungen eigenständig auszuführen.

Abbildung: abstrakter digitaler Testbench-Blockaufbau aus einem Lernkontext; kein Schaltplan und keine Bedienanleitung für reale Maschinen. Herkunft und Lizenz unten.


Zusätzliche Gesamtprüfung begründet planen

Führe nur auf Papier einen Prüfauftrag mit den folgenden Feldern aus: fehlende Anforderung; Risikoauswirkung; abzuklärende Schnittstelle; realitätsnaher Prüfumfang; erforderliche qualifizierte Fachperson; Sicherheitsvorkehrungen nach betrieblicher Vorgabe; eindeutiges Akzeptanzkriterium; Protokoll-ID; Ergebnis und Entscheidungsstelle.

Für den Modellfall sind besonders begründbar:

  • End-to-End-Funktionsprüfung der gesamten Signal- und Wirkungskette unter zulässigen, betrieblich freigegebenen Randbedingungen.
  • Schnittstellen- und Übergangsprüfung einschließlich Signalverlust, Wiederkehr und zeitabhängiger Reaktionen, sofern diese Szenarien nach Gefährdungsbeurteilung zulässig prüfbar sind.
  • Überprüfung integrierter Schutz- und Verriegelungsfunktionen durch die dafür zuständige qualifizierte Person nach realen Prüfvorgaben; niemals ein improvisiertes Außerkraftsetzen von Schutzeinrichtungen.
  • Konfigurations- und Rückverfolgbarkeitsprüfung: Software-/Hardwarestand, definierte Parameter, eingesetzte Prüfmittel, Protokoll- und Produktbezug müssen zusammenpassen.
  • Dokumentierte Abschlussentscheidung erst nach Bewertung aller vorgeschriebenen offenen Punkte; kein Automatismus „Baugruppe OK, Gesamtanlage OK“.

Wenn eine Prüfung physisch nicht sicher oder nicht zulässig durchführbar ist, beschreibe fachlich die Nachweisfrage und gib sie an die zuständigen Stellen; erfinde keine Ersatzfreigabe.


Digitales Protokoll: Was muss nachvollziehbar bleiben?

Eine digitale Geräte- oder Produktakte hilft bei der Rückverfolgbarkeit. Sie enthält im Lehrmodell die Kennung des anonymisierten Prüflings, seine revisionsgesicherte Konfiguration, Testplanversion, Testfall-IDs, Sollwerte, Istwerte, Zeitpunkt, Prüfmittelstatus, Auffälligkeiten, offenen Punkte und Freigabeverweis. IGH nennt auf seiner Website digitale Erfassung und Produktakte als Leistungsmerkmale; die tatsächlich verwendeten Feldnamen, Freigabeverfahren oder Versionskennungen in Biberach sind nicht belegt. IGH: Softwaremodule Ein ansprechendes Dashboard ohne zuordenbare Rohdaten ist kein ausreichender Prüfbeleg.

Lehraktenfeld Synthetischer Eintrag Fachlicher Zweck
Prüfobjekt MOD-BG-07 Rückverfolgbarkeit ohne reale Betriebsdaten
Planversion LEHR-P-1.0 Nachweis, welcher Sollstand galt
Testfälle L01 bis L12 Verbindung zur Matrix
Ergebnisstatus 8 bestanden, 4 offen, 0 fehlgeschlagen Differenziertes Urteil
Restunsicherheit Schnittstellen-/Wiederanlauf- und Kommunikationsverhalten offen Ehrliche Nachweisgrenze
Gesamtprüfauftrag LEHR-GP-01 Folgemaßnahme statt Scheinfrei­gabe


Berufstypischer Modellfall mit Musterlösung


Auftrag: Prüfumfang einer Steuerbaugruppe beurteilen

Ausdrücklich synthetischer Modellfall: Eine fiktive Ausbildungsgruppe bewertet die Papierakte einer erfundenen Steuerbaugruppe MOD-BG-07. Ihr liegt eine einfache, vollständig im Unterricht definierte Funktionsmatrix mit zwölf Zuständen vor. Die Kürzel und Gewichte sind Unterrichtsannahmen, keine IGH-Befehle, keine Hersteller-Grenzwerte und kein realer Prüfauftrag. Sämtliche acht durchgeführten Lehrtests sind dokumentiert bestanden, vier Fälle wurden nicht durchgeführt. Du sollst die Zustände kennzeichnen, zwei Abdeckungszahlen berechnen, die wichtigste Nachweislücke auswählen und einen zusätzlichen Gesamtprüfauftrag formulieren.

Funktionsmatrix des Lehrmodells:

ID Funktionsgruppe Betriebszustand Sollreaktion im Lehrmodell Klasse Ergebnis
L01 Versorgung Nennzustand definierte Modellanzeige bleibt aktiv R B
L02 Versorgung Versorgungsverlust Modell wechselt in definierten Sperrzustand K B
L03 Versorgung Wiederkehr definierter Neustart nur nach Modellbedingung R O
L04 Versorgung Unterspannung Modell meldet abweichenden Zustand R O
L05 Sensorik Nominalsignal Messwert wird korrekt angezeigt G B
L06 Sensorik Grenzübergang Modell meldet Grenzzustand R B
L07 Sensorik Leitungsbruch Modell erzeugt definierte Diagnose K B
L08 Sensorik zeitweiser Signalausfall Modell erkennt den unterbrochenen Verlauf R O
L09 Verriegelung Ruhezustand Ausgang bleibt in definierter Grundstellung G B
L10 Verriegelung Sperranforderung Modell hält Freigabe zurück K B
L11 Verriegelung Kommunikationsverlust Modell bleibt nach Sollvorgabe gesperrt K O
L12 Anzeige Statusmeldung Modell zeigt Sollzustand G B

Legende: B = gültig ausgeführt und bestanden; O = offen, ohne positiven Nachweis; K = im Unterricht kritisch gewichtet; R = relevant; G = Grundfunktion. Die Klasseneinteilung ist didaktisch und nicht als Gefährdungsbewertung übertragbar.

Arbeitsauftrag: 1. Ermittle alle offenen IDs. 2. Berechne ungewichtete und gewichtete Nachweisabdeckung mit den Modellgewichten K = 3, R = 2, G = 1. 3. Beschreibe wenigstens drei Grenzen des erfolgreich bestandenen Baugruppenteils. 4. Gib einen Entwurf für die zusätzliche Integrations- und Gesamtprüfung an. 5. Formuliere ein prüfbares Qualitätsurteil, ohne eine reale Maschine freizugeben.


Nachvollziehbare Musterlösung

Schritt 1 – Offene Zustände: L03 (Wiederkehr), L04 (Unterspannung), L08 (zeitweiser Sensorausfall) und L11 (Kommunikationsverlust) besitzen den Status O. Die übrigen acht Zeilen sind nur innerhalb des synthetischen Lehrmodells positiv nachgewiesen.

Schritt 2 – Ungewichtete Nachweisabdeckung: N = 12, gültig bestanden = 8. Ergebnis 8 / 12 × 100 = 66,7 %. Offen sind 4 / 12 × 100 = 33,3 %. Es ist nicht zulässig, die 33,3 % als Fehlerwahrscheinlichkeit zu bezeichnen.

Schritt 3 – Gewichtete Modellrechnung: Kritisch: 4 Zeilen, davon 3 bestanden, Gewicht 3 → 9 von 12 Punkten. Relevant: 5 Zeilen, davon 2 bestanden, Gewicht 2 → 4 von 10 Punkten. Grundfunktionen: 3 Zeilen, alle 3 bestanden, Gewicht 1 → 3 von 3 Punkten. Summe 16 von 25 → 16 / 25 × 100 = 64 %. Die priorisierte Betrachtung zeigt insbesondere, dass die kritische Zeile L11 offen bleibt. Das didaktische Gewicht erteilt keine Sicherheitsfreigabe.

Schritt 4 – Restunsicherheit: Ungeprüft sind Wiederanlauf, Abweichungen der Versorgung, intermittierende Sensorsignale und der Verlust der Kommunikation. Auch zu den bestandenen Einzeltests bleiben Unterschiede zwischen simuliertem Umfeld und realem Zusammenspiel, tatsächliche zeitliche Signalfolge, Mechanik und Konfiguration zu untersuchen. Das Lehrprotokoll erfasst Nachweislücken, nicht die reale Ausfallrate.

Schritt 5 – Zusätzlicher Gesamtprüfauftrag (Papierplanung): „LEHR-GP-01: Eine zuständige qualifizierte Fachperson legt anhand realer, gültiger Spezifikation und Gefährdungsbeurteilung die sichere Integrations-/Gesamtprüfung der Signalstrecke, Kommunikation, Versorgungswiederkehr, Wechselwirkungen und Schutzfunktionen fest. Dabei werden insbesondere L03, L04, L08 und L11 sowie das Schnittstellenverhalten abgedeckt. Durchführung, Akzeptanzkriterien, Dokumentation und abschließende Entscheidung erfolgen ausschließlich nach Betriebsvorgaben.“ Dieser Entwurf darf nicht ohne fachliche Ausarbeitung als realer Prüfablauf verwendet werden.

Schritt 6 – Belastbares Urteil: „Im synthetischen Lehrmodell sind acht von zwölf definierten Baugruppen-Betriebszuständen mit positivem Beleg geprüft. Vier Zustände, darunter ein höher priorisierter, sind offen; außerdem sind Wechselwirkungen der Gesamtanlage nicht nachgewiesen. Eine Gesamtfreigabe ist aus diesen Daten nicht ableitbar. Weitere qualifiziert geplante Integrations-, Sicherheits- und Gesamtprüfungen sind erforderlich.“


Bewertungsraster für den Modellfall

Kriterium Punkte Vollständig erfüllt, wenn …
Matrixanalyse 4 alle zwölf Zustände und vier offene Fälle korrekt benannt und sauber zwischen B und O unterschieden
Rechenweg ohne Gewichtung 4 Zähler, Nenner, Formel, 66,7 % und Aussagegrenze nachvollziehbar
Gewichteter Rechenweg 4 Klassen 4/5/3, Punkte 16/25, 64 % und Lehrmodellcharakter korrekt
Restunsicherheit 4 mindestens drei fachlich unterschiedliche Grenzen einschließlich kritischer Lücke L11 erläutert
Zusätzlicher Gesamtprüfauftrag 4 Prüflücken, Schnittstellen, Schutzfunktionen, qualifizierte Verantwortung und Akzeptanzkriterien abgedeckt
Fachliches Urteil und Sicherheit 4 keine unbelegte Freigabe, Herstellergrenzen respektiert, sauber dokumentiert
Summe 24 Lehrbewertung: 22–24 sehr gut, 18–21 gut, 14–17 befriedigend, 10–13 ausreichend; darunter Überarbeitung nötig. Schwellen sind allein für diesen Kurs gesetzt.


Interaktive Aufgaben


Multiple-Choice-Quiz

Welche Aussage ist nach einem bestandenen Baugruppentest fachlich zulässig? (Die dokumentierten Testfälle wurden unter den festgelegten Bedingungen bestanden) (!Jeder Betriebszustand der Gesamtmaschine ist dadurch belegt) (!Eine fehlende Integrationsprüfung ist nicht mehr erforderlich) (!Unbekannte Fehler sind nachweislich ausgeschlossen)




Welcher Eintrag gehört zwingend in eine aussagefähige Funktionsmatrix? (Eine zuordenbare Kombination aus Zustand und erwarteter Sollreaktion) (!Nur die Farbe des Prüfstandsgehäuses) (!Eine unkommentierte Prozentzahl ohne Bezugsmenge) (!Eine nachträglich erfundene Herstellerfreigabe)




Wie ist ein nicht ausgeführter Testfall korrekt zu kennzeichnen? (Offen oder nicht nachgewiesen) (!Bestanden wegen fehlender Fehlermeldung) (!Fehlgeschlagen ohne Messung) (!Freigegeben nach Vermutung)




Welche Aussage zur Restunsicherheit trifft zu? (Sie umfasst auch Simulationsannahmen und offene Schnittstellenwirkungen) (!Sie ist exakt gleich der Unfallwahrscheinlichkeit) (!Sie verschwindet bei einem einzigen positiven Test) (!Sie ist ausschließlich die Anzahl verwendeter Sensoren)




Wie hoch ist im Lehrmodell die positive Abdeckung bei acht von zwölf Zuständen? (Etwa 66,7 Prozent) (!Genau 80 Prozent) (!Genau 33,3 Prozent) (!Genau 100 Prozent)




Wie hoch ist im gewichteten Lehrmodell die Abdeckung bei 16 von 25 Punkten? (64 Prozent) (!25 Prozent) (!80 Prozent) (!96 Prozent)




Warum kann eine zusätzliche Gesamtprüfung trotz erfolgreicher Baugruppentests nötig sein? (Weil Wechselwirkungen und Systemübergänge separat nachzuweisen sind) (!Weil ein Baugruppentest immer absichtlich falsche Ergebnisse liefert) (!Weil dokumentierte Ergebnisse grundsätzlich wertlos sind) (!Weil Prüfsoftware niemals Signale erfassen kann)




Welche Lehrmodell-Lücke hat eine erhöhte Priorität? (Der offene Kommunikationsverlust mit kritischer Gewichtung) (!Die bereits belegte Statusanzeige als Grundfunktion) (!Eine unbeteiligte Gehäusefarbe) (!Ein vollkommen frei erfundener Freigabeschlüssel)




Welche Vorgehensweise ist bei unklarer Messunsicherheit korrekt? (Die Entscheidungsregel prüfen und eine eindeutige Freigabe zurückstellen) (!Den Messwert ohne Unsicherheit aufrunden und freigeben) (!Unbekannte Herstellergrenzen frei schätzen) (!Die Prüfung aus der Dokumentation löschen)




Wer darf die reale Gesamtprüfung einer Maschine festlegen und durchführen? (Dazu qualifizierte und beauftragte Personen nach betrieblichen Vorgaben) (!Jede lernende Person ohne Unterweisung) (!Ausschließlich ein Quizprogramm ohne menschliche Verantwortung) (!Ein beliebiger Zuschauer eines Lernvideos)





Memory

Ordne Fachbegriff und fachlich zutreffende Erklärung einander zu.

Funktionsmatrix Ordnet einem Zustand ein erwartetes Verhalten und einen Nachweis zu
Integrationsprüfung Bewertet das Zusammenwirken gekoppelter Teilsysteme
Nachweislücke Für eine erforderliche Anforderung fehlt gültige positive Evidenz
Prüfstandsimulation Bildet ausgewählte Umgebungsreaktionen vereinfacht nach
Testabdeckung Quotient aus belegten und zuvor definierten Anforderungen
Restunsicherheit Benennt verbleibende Grenzen und Ungewissheiten der Aussage





Drag-and-drop: Begriffe und Handlungsfolge

Ordne den Begriffen jeweils die passende fachliche Aufgabe zu.

Richtiger Fachbegriff Passende Tätigkeit
Spezifikation Gewünschtes Sollverhalten eindeutig festlegen
Testfall Eingabezustand und erwartete Reaktion prüfbar verbinden
Evidenz Tatsächliche Ausführung mit nachvollziehbaren Daten belegen
Lückenanalyse Nicht abgedeckte Zustände aus der Matrix herausarbeiten
Gesamtprüfauftrag Ergänzende Prüfung an Schnittstellen und im System begründet planen





Kreuzworträtsel

Die Lösungen bestehen jeweils aus einem einzigen Fachwort.

Matrix Tabellarische Zuordnung von Funktionen und Zuständen
Sensorik Technischer Bereich zur Erfassung von Messgrößen
Prüfling Objekt, dessen Verhalten im Test untersucht wird
Schnittstelle Übergangspunkt zwischen zwei verbundenen Teilsystemen
Simulation Modellhafte Nachbildung eines Teils der Wirklichkeit
Validierung Prüfung der Eignung für den vorgesehenen Zweck





LearningApps

Suche zusätzliche Übungen zu Baugruppenprüfung, Prüfplanung und Restunsicherheit. Der folgende Link ist eine Suchfunktion, kein unbelegt behaupteter einzelner Lernbaustein:


Lückentext

Ergänze die fachlichen Aussagen zur Nachweisgrenze.
Eine geordnete Zuordnung von Betriebszuständen und Sollreaktionen heißt

.
Ein dokumentiert erfüllter Testfall besitzt einen positiven

.
Nicht untersuchte erforderliche Zustände bleiben

.
Für acht von zwölf bestandene Zustände beträgt die Abdeckung gerundet

Prozent.
Bei sechzehn von fünfundzwanzig gewichteten Punkten ergibt sich eine Abdeckung von

Prozent.
Die Modellnachbildung der nicht verbauten Umgebung heißt

.
Das Zusammenwirken von Teilbaugruppen betrachtet die

.
Der Nachweis der Tauglichkeit im Nutzungskontext heißt

.
Unbekannte oder ungetestete Randbedingungen begrenzen die

eines Prüfergebnisses.
Über eine reale Maschinenfreigabe entscheiden zuständige

nach den geltenden Vorgaben.



Offene Aufgaben

Bearbeite Aufgaben zuerst in einer digitalen Tabelle oder auf Papier, nicht an einer realen Anlage. Jede Aufgabe hat eine mögliche Lösung; begründete Alternativen sind zulässig, sofern sie Anforderungen, Nachweis und Grenze sauber unterscheiden.


Leicht

  1. Aufgabe 1 – Begriffe erklären: Formuliere in eigenen Worten, warum ein positiver Baugruppentest keine Gesamtfreigabe ist. Nutze ein fiktives Sensorbeispiel.
  2. Aufgabe 2 – Matrix lesen: Übertrage die zwölf Modellzustände L01 bis L12 in zwei Spalten „B“ und „O“ und begründe eine Zuordnung.
  3. Aufgabe 3 – Nachweis visualisieren: Zeichne ein eigenes Vier-Felder-Schema mit Prüfvorgabe, Lehrprüfstand, Prüfling und Protokoll.
  4. Aufgabe 4 – Rechnen: Berechne den Anteil der acht positiven und vier offenen Zeilen aus zwölf Lehrzuständen mit Formel.


Standard

  1. Aufgabe 5 – Prüffall schreiben: Entwickle für einen fiktiven Sensoreingang einen Normal- und einen Fehlerzustand einschließlich Sollreaktion und Nachweisfeld.
  2. Aufgabe 6 – Gewichtung prüfen: Rechne für vier kritische, fünf relevante und drei Grundfunktionen die gewichtete Abdeckung des Modellfalls aus.
  3. Aufgabe 7 – Quellenkritik: Vergleiche die IGH-Herstellerbeschreibung mit dem Lehrmodell und markiere drei Aussagen, die nicht als Biberacher Werksfakten behauptet werden dürfen.
  4. Aufgabe 8 – Dokumentieren: Erstelle eine datensparsame Muster-Geräteakte mit Status, Version, offenem Fall und Weitergabe an die zuständige Stelle.


Schwer

  1. Aufgabe 9 – Restunsicherheit bewerten: Erstelle eine qualitative Priorisierung der offenen Zustände L03, L04, L08 und L11 ohne erfundene Ausfallwahrscheinlichkeiten.
  2. Aufgabe 10 – Gesamtprüfung konzipieren: Skizziere auf Papier einen Nachweisplan für Schnittstellen- und Wiederanlaufverhalten, inklusive Verantwortlichkeit und Sicherheitsgrenze.
  3. Aufgabe 11 – Messentscheidung kritisieren: Erläutere, warum ein Lehrmesswert von 49,8 mit Unsicherheit ±0,5 bei einem Grenzwert von 50,0 ohne Entscheidungsregel nicht eindeutig ist.
  4. Aufgabe 12 – Fachgespräch simulieren: Produziere einen zwei- bis dreiminütigen Lernvortrag oder ein kurzes Erklärvideo, das die offene kritische Zeile L11 und die notwendige Gesamtprüfung verständlich begründet.


Lösungshinweise zu den zwölf offenen Aufgaben

Aufgabe Erwartungshorizont / mögliche Musterlösung
1 Die Baugruppe reagiert in ausgewählten simulierten Fällen richtig; mechanische und zeitliche Gesamtsystemwirkungen bleiben unbewiesen.
2 B: L01, L02, L05, L06, L07, L09, L10, L12. O: L03, L04, L08, L11; beispielsweise L11 wegen fehlender Prüfung des Kommunikationsverlusts.
3 Vorgabe → modellierter Eingang → Prüfling → beobachtetes Ergebnis → dokumentierter Soll/Ist-Vergleich; mit Hinweis „nur Lehrmodell“.
4 8 / 12 × 100 = 66,7 % bestanden; 4 / 12 × 100 = 33,3 % offen, bezogen auf genau zwölf vorgegebene Zustände.
5 Lehrsignal „gültig“ → definierte Anzeige; Signal „unterbrochen“ → definierte Diagnose. Konkrete Pegel bleiben bewusst ungenannt.
6 K: 3 × 3 = 9; R: 2 × 2 = 4; G: 3 × 1 = 3; Summe 16 bei Maximum 25, also 64 %.
7 Unbelegt wären etwa konkrete Softwareversion, Prüfstandsmodell und reale Freigabegrenzen in Biberach; gesichert ist nur die entsprechend begrenzte Herstelleraussage.
8 Eine Beispielakte kann MOD-BG-07, LEHR-P-1.0, die zwölf IDs, acht belegte Ergebnisse, vier offene IDs und einen Prüfauftrag enthalten – ohne personenbezogene Daten.
9 L11 wegen Sperrfunktion im Modell bevorzugt klären; andere Lücken abhängig von Anforderung und Folgen bewerten. Keine fiktive Risikowahrscheinlichkeit.
10 Plan benennt reale Spezifikation, Schnittstellen, Übergänge, Schutzfunktion, notwendige Fachrollen, betriebliche Vorgaben, Akzeptanzkriterium und Nachweisprotokoll.
11 Das didaktische Intervall reicht von 49,3 bis 50,3; der Grenzwert wird überlappt. Eine vorab festgelegte Entscheidungsregel fehlt.
12 Der Vortrag unterscheidet Status „offen“ von „fehlerhaft“, erläutert die kritische Schnittstellenlücke und überlässt Freigaben den zuständigen Personen.




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Lernkontrolle

Diese fünf zusätzlichen Transferaufgaben ergänzen Quiz, Spiele und offene Aufgaben.

  1. Lernkontrolle 1 – Bezugsmenge: Ein Team erhöht die Zahl der Matrixzeilen durch Aufteilen einer harmlosen Anzeige von einer in fünf Zeilen. Welche Auswirkung hat das auf die Quote und wie muss die Berichtsgrenze formuliert werden?
  2. Lernkontrolle 2 – Ergebnisstatus: Sechs Testfälle wurden bestanden, einer ist fehlgeschlagen und drei wurden nicht durchgeführt. Berechne Durchführungsgrad und positiven Nachweisgrad bezogen auf zehn geforderte Fälle.
  3. Lernkontrolle 3 – Simulation: Ein Modellprüfstand meldet „Signalverlust erkannt“, die reale Kommunikationsleitung und Maschinenlast fehlen. Welche Aussage ist zulässig und welcher Nachweis fehlt?
  4. Lernkontrolle 4 – Dokumentation: Eine digitale Akte enthält ausschließlich „OK, 09:15“, aber keine Planversion, Prüflingskennung und Messergebnisse. Beurteile ihre Aussagekraft und nenne vier fehlende Felder.
  5. Lernkontrolle 5 – Transfer: Eine Baugruppe erhält acht positive Ergebnisse, darunter drei aus einem alten Planstand. Wie gehst du mit der Nachweisabdeckung und einer möglichen Gesamtfreigabe um?


Musterlösungen zu den Lernkontrollen

Nummer Kern der Lösung
1 Die Kennzahl kann durch eine geänderte Bezugsmenge verzerrt werden; nur stabile fachlich sinnvolle Anforderungen und eine dokumentierte Matrixversion erlauben Vergleichbarkeit.
2 Durchführungsgrad 7 / 10 = 70 %; positiver Nachweisgrad 6 / 10 = 60 %; ein Test fehlgeschlagen, drei offen.
3 Ausschließlich die Reaktion auf den simulierten Signalverlust ist gezeigt; integrierte Leitung, zeitliche Effekte und Lastreaktion benötigen weitere qualifizierte Prüfung.
4 Unzureichender reproduzierbarer Nachweis; nachzutragen sind Prüfling, Plan-/Softwarestand, Testfall, Soll/Ist, Prüfmittelstatus und verantwortlicher Nachweis.
5 Zuerst Gleichwertigkeit und Gültigkeit der alten Ergebnisse fachlich nachweisen; sonst nicht als aktuelle positive Belege zählen. Keine Gesamtfreigabe aus unklarer Version.


Lernnachweis

Du hast das Lernziel erreicht, wenn du eine vollständige Funktionsmatrix für einen synthetischen Fall mit eindeutigen B-/O-Statusmarkierungen vorlegen, den Nenner deiner Abdeckungsquote verteidigen und mindestens eine wesentliche Nachweislücke benennen kannst. Als Lernprodukte reichst du die annotierte Matrix, zwei nachvollziehbare Rechenwege, eine qualitative Restunsicherheitsliste, einen zusätzlichen Gesamtprüfauftrag, ein versioniertes Musterprotokoll und dein Sicherheits-/Quellenstatement ein.

Bewertungsvorschlag: Verwende das 24-Punkte-Raster des Modellfalls, zusätzlich ein kurzes Fachgespräch zur Frage: „Warum genügt ein erfolgreiches Baugruppenprotokoll noch nicht für den Nachweis der Gesamtmaschine?“ Ein gutes Fachgespräch unterscheidet geprüft, bestanden, offen, integriert geprüft und freigegeben. Die Freigabe einer echten Maschine ist kein Lernprodukt dieses Kurses.

Selbstkontrolle vor Abgabe: Sind alle verwendeten Zahlen als Lehrannahmen gekennzeichnet? Stimmen die Matrix-IDs? Sind vier Zustände sichtbar offen? Sind die Nenner erklärt? Sind offene Risiken nicht in Prozent in Fehlwahrscheinlichkeiten umgedeutet? Ist die zusätzliche qualifiziert verantwortete Gesamtprüfung begründet?


OER und Wikipedia

Primär- und Fachquellen (im Oktober 2026 abgerufen; Publikationsdatum der genannten IGH-Praxisdarstellung nicht ausgewiesen):

Verifizierte frei lizenzierte Bilder und technische Lernmedien:

Eingebundenes Medium Geprüfte Originalseite Urheber / Herkunft Rechteangabe auf der Originalseite
File:PCB test fixture.png Wikimedia Commons Mansan321, 2024 CC BY-SA 4.0
File:V-model.svg Wikimedia Commons Herman Bruyninckx, 2008; späterer Zuschnitt CC BY-SA 3.0
File:Mbt-overview.png Wikimedia Commons Antti Huima, 2006 Public Domain, vom Urheber freigegeben
File:Fehler-Moeglichkeits-Einfluss-Analyse.png Wikimedia Commons Qualityde, 2025 CC BY 4.0
File:Risk matrix diagram.svg Wikimedia Commons Peter Gladdish, 2026 CC BY 4.0
File:PLD Testbench Overview.png Wikimedia Commons en:User:Ldvbin, 2008 CC BY-SA 3.0

Video-Quellen- und Rechtenachweis:

Medium / Einbettungsadresse Verifizierter Nachweis Herausgeber Rechte-/Nutzungshinweis
https://www.youtube.com/watch?v=cxHVnwIsaOU VOREST: Einführung FMEA, 20.02.2020 VOREST AG YouTube-Nutzungsbedingungen; Einbettung eines fremden Videos, keine freie Lizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=DprRFxpXq4M Free Quality Management: FMEA, 12.04.2022 Free Quality Management YouTube-Nutzungsbedingungen; Einbettung eines fremden Videos, keine freie Lizenz behauptet

Die Herstellerseiten, Wikipedia-Texte, Medien und verlinkten Videos besitzen unterschiedliche Urheberrechte und werden nicht pauschal unter einer gemeinsamen Kurslizenz freigegeben. Die eigenständig verfassten Lehrschemata, Tabellen, Matrizen und synthetischen Rechnungen dieses Kurses sind als neue didaktische Darstellungen gekennzeichnet; die Rechte an den eingebundenen Fremdmedien bleiben bei deren Urhebern. Keine Bilder stellen nachgewiesene reale IGH-Prüfstände dar.

Wikipedia und vertiefende Grundlagen: Testabdeckung, Verifizierung und Validierung, V-Modell, FMEA, Zustandsbezogener Test, Funktionstest. Der folgende eingebundene deutschsprachige Grundlagenartikel behandelt das Prinzip der Testabdeckung, nicht die Freigabe von Baumaschinen:


Verknüpfte Lernbereiche

Didaktische Querverbindungen: Industriemechanik betrachtet mechanische Schnittstellen und Einbauzustände; Mechatronik integriert Sensorik, Aktorik, Steuerung und Mechanik; Elektronik für Geräte und Systeme untersucht Signale, Schnittstellen und Nachweisqualität; Werkstoffprüfung schult das methodische Denken zu Prüfumfang, Messunsicherheit und dokumentierten Aussagegrenzen. Die Einordnung in das dritte Ausbildungsjahr ist eine Unterrichtsempfehlung und wird mit Betrieb und Berufsschule abgestimmt.


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