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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Validierung und Prüfung unterscheiden

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Kollaboration und funktionale Maschinensicherheit – Validierung und Prüfung unterscheiden

Einleitung

Lernkurs für die technische Ausbildung

Kurzbeschreibung: Spezifikation, Nachweis und qualifizierte Verantwortung.

Wie wird eine kollaborative Roboteranlage sicher? Wann reicht eine Prüfung nicht aus? Und wer darf die Sicherheit einer Maschine beurteilen und ihre Nutzung freigeben?

In diesem aiMOOC arbeitest Du an einer virtuellen Montagezelle. Du untersuchst Gefährdungen, liest Signalverläufe, prüfst Sicherheitsanforderungen und triffst begründete Entscheidungen.

Kollaborative Robotik. Grafik: Clemenspool, CC0, Wikimedia Commons.

Kursprofil	Beschreibung
Zielgruppe	Ausbildung in Mechatronik, Elektronik, Automatisierungs- und Industrietechnik
Lernzeit	Sechs Einheiten zu etwa 8–12 Minuten plus Projektaufgaben
Lernmethode	Virtuelle Anlage, Signaldiagnose, Fallentscheidungen, interaktive Übungen
Vorkenntnisse	Grundlagen von Sensoren, Aktoren und Steuerungen
Kompetenzziel	Gefahren erkennen, Prüf- und Validierungsnachweise unterscheiden, sicher entscheiden und zuständige Personen einbeziehen

Wichtiger Sicherheitshinweis: Die virtuelle Anlage ist ein didaktisches Modell und keine zertifizierte Sicherheitssteuerung. Führe an realen Maschinen keine eigenständigen Sicherheitstests, Fehlereinspeisungen oder Eingriffe in Schutzeinrichtungen durch. Ein Quiz ersetzt weder betriebliche Sicherheitsunterweisung noch praktische Qualifikation, gesetzlich erforderliche Prüfungen oder eine betriebliche Freigabe.

Dein Lernweg

Einheit 1 – Gefahr erkennen: Risiken einer Mensch-Roboter-Anwendung verstehen.
Einheit 2 – Begriffe unterscheiden: Spezifikation, Verifikation, Prüfung und Validierung.
Einheit 3 – Anlage verstehen: Sicherheitsfunktionen einer virtuellen Montagezelle zuordnen.
Einheit 4 – Signale analysieren: Sicheren Halt und Wiederanlauf beurteilen.
Einheit 5 – Fehler diagnostizieren: Sichere Entscheidungen bei Abweichungen treffen.
Einheit 6 – Nachweise erstellen: Dokumentation, Verantwortung und Freigabe unterscheiden.

Einheit 1: Kollaboration und Gefährdung

Beispiel eines kollaborationsfähigen Roboters. MarcoAlfa, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Ein kollaborativer Roboter kann für die Zusammenarbeit mit Menschen ausgelegt sein. Sicher ist aber nicht allein der Roboter, sondern die ausreichend abgesicherte konkrete Anwendung.

Zur Anwendung gehören unter anderem Roboter, Greifer, Werkstück, Steuerung, Umgebung und menschliche Tätigkeit.

Mögliche Gefährdungen sind Quetschen, Einklemmen, Scheren, unerwartete Bewegungen und Verletzungen durch Werkzeuge oder Werkstücke.

Beispielhaftes Roboter-Warnpiktogramm, kein Nachweis einer normgerechten Sicherheitskennzeichnung. Clemenspool, CC0, Wikimedia Commons.

Vier Prinzipien der kollaborativen Anwendung

Schutzprinzip	Grundidee
Sicherheitsbewerteter überwachter Halt	Gefährliche Roboterbewegungen sind angehalten, während sich eine Person bestimmungsgemäß im Kollaborationsraum aufhält.
Handführung	Der Mensch führt den Roboter unter festgelegten sicherheitstechnischen Bedingungen.
Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung	Sicherheitsfunktionen überwachen die Annäherung und halten erforderliche Schutzabstände ein.
Leistungs- und Kraftbegrenzung	Eine entsprechend ausgelegte Anwendung begrenzt mögliche Belastungen bei Kontakt.

Diese Prinzipien können anwendungsspezifisch kombiniert werden. Ihre Eignung muss anhand der Risikobeurteilung und der jeweils geltenden Anforderungen nachgewiesen werden.

Video: „Mit dem Roboter auf Du und Du“, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), 2023. Rechte am Video beim jeweiligen Rechteinhaber; Einbettung bedeutet keine freie Nachnutzungslizenz.

Beobachtungsauftrag: Erkenne im Video eine Schutzmaßnahme und beschreibe, welche Gefahr sie vermindern soll.

Basisaufgabe: Gefahr oder Schutz?

Situation: Ein Roboter übergibt ein Metallgehäuse an eine Person. Beim Greifen kann die Hand zwischen Werkstück und Vorrichtung geraten.

Entscheide: Ist die Bezeichnung „Cobot“ bereits ein ausreichender Sicherheitsnachweis?

Feedback anzeigen

Nein. Die konkrete Quetschstelle muss beurteilt und ausreichend abgesichert werden. Ein kollaborationsfähiger Roboter macht einen scharfkantigen Gegenstand oder eine Quetschstelle nicht automatisch ungefährlich.

Einheit 2: Spezifikation, Verifikation, Prüfung und Validierung

Abbildung gewöhnlicher SPS-Hardware, nicht der Nachweis einer Sicherheits-SPS. Bisgaard, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Bei der funktionalen Sicherheit hängt die Risikominderung von der zuverlässigen Ausführung einer Sicherheitsfunktion ab.

Vier Begriffe im Vergleich

Begriff	Leitfrage	Beispiel
Spezifikation	Was muss das System leisten?	Beim Betreten des festgelegten Schutzfeldes muss ein sicherer Halt ausgelöst werden.
Verifikation	Wurde eine festgelegte Anforderung korrekt umgesetzt?	Vergleich der dokumentierten Sicherheitslogik und ihrer Ergebnisse mit der Anforderung.
Prüfung	Was ergibt eine Untersuchung, Messung oder Funktionskontrolle?	Kontrolle eines Sensors oder Beobachtung einer definierten Stoppreaktion.
Validierung	Ist die vorgesehene Sicherheitsfunktion für die konkrete Anwendung geeignet und normgerecht umgesetzt?	Bewertung von Spezifikation, Berechnungen, Analysen, Tests und dokumentierten Ergebnissen.

Merksatz: Eine einzelne Prüfung kann ein Bestandteil der Validierung sein. Sie ersetzt jedoch nicht automatisch den vollständigen Validierungsnachweis.

Auch Verifikation und Validierung können sich überschneiden. Entscheidend sind jeweils das Prüfziel, die Anforderungen und der erforderliche Nachweisumfang.

Die Nachweiskette

Schritt	Ergebnis
Risikobeurteilung	Gefährdungen und notwendige Risikominderung sind ermittelt.
Sicherheitsanforderungsspezifikation	Sicherheitsfunktion und erforderliche Leistungsfähigkeit sind festgelegt.
Entwicklung und Integration	Sensorik, Logik und Aktorik werden geeignet umgesetzt.
Verifikation	Die Umsetzung wird mit den festgelegten Anforderungen verglichen.
Validierung	Sicherheitsfunktionen und ihre Eigenschaften werden durch geeignete Analysen und Prüfungen nachgewiesen.
Betriebliche Prüfung	Der Zustand und die sichere Funktion werden nach den einschlägigen betrieblichen Anforderungen geprüft.

Fachliche Grundlage

Wesentliche Regelwerke (Stand Oktober 2026):

ISO 12100:2010: Risikobeurteilung und Risikominderung bei Maschinen.
ISO 13849-1:2023: Gestaltung und Integration sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen einschließlich Anforderungen an die Validierung.
ISO 13849-2:2012: Validierung durch Analyse und Prüfung; eine Überarbeitung befindet sich in Entwicklung.
ISO 10218-1 und ISO 10218-2:2025: Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter beziehungsweise Roboteranwendungen und Roboterzellen.
ISO/TS 15066:2016: Ergänzende Spezifikation zu kollaborativer Robotik; wesentliche Inhalte sind in die ISO-10218-Ausgaben von 2025 eingeflossen.
BetrSichV, insbesondere § 14: Prüfungen bestimmter Arbeitsmittel vor Verwendung, nach prüfpflichtigen Änderungen oder wiederkehrend, abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.

Die europäische Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 wird grundsätzlich ab dem 20. Januar 2027 angewendet. Bis dahin sind unter anderem die geltenden Regelungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG zu berücksichtigen.

Quellen: ISO 12100 · ISO 13849-1 · ISO 13849-2 · ISO 10218-1 · ISO 10218-2 · ISO/TS 15066 · BetrSichV § 14 · EU-Maschinenrecht.

Einheit 3: Die virtuelle Montagezelle M1

Beispiel einer Industrieroboteranwendung. Rechipedia, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Ausbildungsfall M1: In einer fiktiven Montagezelle legt eine Fachkraft ein Gehäuseteil in eine Vorrichtung. Ein Roboter nimmt ein anderes Bauteil auf und positioniert es. Ein Sicherheitssensor überwacht ein festgelegtes Schutzfeld.

Bei Erkennung einer Person muss die im Fall spezifizierte Sicherheitsfunktion einen sicheren Halt herbeiführen. Nach dem Freiwerden des Feldes ist in M1 eine bewusste Quittierung und anschließend ein separater Start erforderlich.

Virtuelles Anlagenmodell

**Montagezelle M1 – vereinfachtes Funktionsbild**
Bedienbereich	Schutzbereich	Montagebereich
Mensch und Bedienplatz	Sicherheitssensor mit Schutzfeld	Roboterarm mit Greifer
Quittiertaster und Starttaster	Sicherheitsgerichtete Auswertung	Werkstück und Vorrichtung
Gefährdung: unerwartete Bewegung	Sicherheitsfunktion: Personenerkennung und Halt	Gefährdung: Quetschen und Einklemmen

Wichtig: Diese Darstellung ist kein sicherheitstechnischer Schaltplan. Reale Systeme benötigen dafür geeignete Komponenten, Architektur, Software, Parametrierung und Validierung.

Sicherheitsfunktion SF-01 spezifizieren

Merkmal	Beispielanforderung M1
Kennung	SF-01 – Schutzfeldabhängiger Halt
Auslöser	Schutzfeld wird während des Automatikbetriebs verletzt.
Sicherer Zustand	Die gefährliche Roboterbewegung wird sicher angehalten.
Reaktionszeit	Muss aus Risikobeurteilung, Schutzabstand und technischen Eigenschaften bestimmt und nachgewiesen werden.
Wiederanlauf	Kein selbsttätiger Start allein durch Freiwerden des Schutzfeldes oder Quittierung.
Fehlerreaktion	Bei sicherheitsrelevanter Unstimmigkeit keine Freigabe gefährlicher Bewegung.
Erforderlicher Performance Level	PLr ist anwendungsspezifisch zu ermitteln; für dieses Modell wird kein Zahlenwert behauptet.

Lernfrage: Reicht es, lediglich den Sensor zu testen?

Feedback anzeigen

Nein. Eine Sicherheitsfunktion umfasst die gesamte Wirkungskette von Sensor über Auswertung bis zum sicheren Stillsetzen der gefährlichen Bewegung. Auch Wiederanlauf, Diagnose und nachgewiesene Leistungsfähigkeit gehören zum erforderlichen Nachweisumfang.

Einheit 4: Signalverläufe verstehen

Beispiel für industrielle Robotersteuerungen und Bediengeräte, keine Sicherheitsfreigabe. Mixabest, gemeinfrei, Wikimedia Commons.

Du untersuchst ausschließlich simulierte Signale der Montagezelle M1.

Signaldefinitionen:

Signal	Bedeutung im Modell
FELD_FREI	1 = Schutzfeld frei; 0 = Person erkannt.
NOTHALT_OK	1 = Not-Halt-Kreis im dargestellten Normalzustand; 0 = Not-Halt-Anforderung oder relevante Unterbrechung.
QUITT	1 = Quittierimpuls.
START	1 = separater Startimpuls.
BEWEGUNG	1 = Bewegung im Modell zugelassen; 0 = keine gefährliche Bewegung zugelassen.

Die Freigabelogik ist eine didaktische Vereinfachung. Sie darf nicht als Vorlage für eine reale sicherheitsgerichtete Steuerung verwendet werden.

Signalverlauf A: Erwartetes Verhalten

Signal	t0 Lauf	t1 Eintritt	t2 Feld wieder frei	t3 Quittierung	t4 Neuer Start
FELD_FREI	1	0	1	1	1
NOTHALT_OK	1	1	1	1	1
QUITT	0	0	0	1	0
START	0	0	0	0	1
BEWEGUNG	1	0	0	0	1

Diagnoseauftrag: Warum bleibt BEWEGUNG bei t2 und t3 auf 0?

Hilfe 1 – Beobachten

Vergleiche FELD_FREI und BEWEGUNG bei t1 und t2.

Hilfe 2 – Regel erkennen

Das Freiwerden des Schutzfeldes darf im Beispiel M1 nicht selbst den Betrieb wieder starten.

Hilfe 3 – Lösung vorbereiten

Unterscheide die Bestätigung einer wieder sicheren Situation vom eigenständigen Startbefehl.

Lösung und begründetes Feedback

Bei t2 ist das Schutzfeld wieder frei, aber ein neuer Start wurde noch nicht angefordert. Bei t3 bestätigt die Quittierung die entsprechende Wiederanlaufbedingung im Modell. Erst bei t4 erfolgt ein gesonderter Start. Das verhindert in M1 den unerwarteten Wiederanlauf beim Verlassen des Schutzfeldes.

Für andere Anlagen können abweichende Wiederanlaufkonzepte zulässig sein, sofern sie risikobeurteilt, spezifiziert und validiert wurden.

Signalverlauf B: Kritische Abweichung

Signal	t0	t1	t2
FELD_FREI	1	0	0
NOTHALT_OK	1	1	1
BEWEGUNG	1	1	1

Deine Entscheidung: Die Bewegung bleibt trotz Schutzfeldverletzung freigegeben. Was tust Du?

Hilfe 1

Suche den Zeitpunkt, an dem das Schutzfeld verletzt wird.

Hilfe 2

Vergleiche die Beobachtung mit SF-01.

Hilfe 3

Frage Dich, ob die Anlage die spezifizierte Schutzwirkung nachweislich erfüllt.

Feedback

Sicherheitskritische Abweichung. Im Modell wird SF-01 nicht erfüllt. Eine reale Anlage darf bei einer vergleichbaren ungeklärten Abweichung nicht freigegeben oder weiter als sicher betrieben werden.

Halte Dich aus dem Gefahrenbereich heraus, nutze bei einer akuten Gefahr die vorgesehenen sicheren Maßnahmen und informiere die zuständige verantwortliche Person. Diagnose und weitere Prüfung dürfen nur von entsprechend qualifizierten und beauftragten Personen nach einem sicheren Verfahren erfolgen.

Einheit 5: Interaktive Steuerung und Diagnose

Not-Halt-Befehlsgerät an einem Bedienfeld. Shixart1985 / Nenad Stojković, CC BY 2.0, Wikimedia Commons.

Der Not-Halt ist eine ergänzende Schutzmaßnahme für Notfälle. Er ersetzt keine geeignete risikomindernde Konstruktion oder andere erforderliche Schutzmaßnahmen.

Diagnosefall 1: Sensor meldet widersprüchliche Zustände

Die virtuelle Diagnose zeigt:

Beobachtung	Ergebnis
Person befindet sich im Schutzfeld	Person erkannt
Sensoranzeige	Meldung „Schutzfeld frei“
Bewegungsfreigabe	Ungeklärt

Aufgabe: Entscheide, ob ein Start zulässig ist, und formuliere eine Fehlermeldung.

Hilfe 1

Die Sensoranzeige passt nicht zur tatsächlichen Situation.

Hilfe 2

Eine unplausible Anzeige ist kein ausreichender Sicherheitsnachweis.

Hilfe 3

Entscheide nach dem tatsächlich erkennbaren Risiko und nicht nach einer unbelegten Freigabeanzeige.

Musterlösung und Feedback

Nicht starten. Melde: „M1 – Person im Schutzfeld, Sensor meldet frei, sicherheitsrelevante Unstimmigkeit. Keine Freigabe; qualifizierte Diagnose erforderlich.“

Diese Entscheidung verhindert, dass eine möglicherweise fehlerhafte Sensorinformation als Nachweis eines sicheren Zustands interpretiert wird.

Diagnosefall 2: Quittierung und Start verwechselt

Symbol eines Not-Halt-Befehlsgeräts. Team445, CC0, Wikimedia Commons.

Ein Auszubildender schlägt vor: „Wenn das Schutzfeld wieder frei ist, könnte die Steuerung direkt starten. Das spart Zeit.“

Aufgabe: Bewerte den Vorschlag für die Anlage M1.

Musterlösung und Feedback

Ablehnen. Für M1 ist der separate Start nach der Quittierung ausdrücklich spezifiziert. Ein automatischer Wiederanlauf würde diese Anforderung verletzen und kann Personen gefährden.

Eine Änderung des Wiederanlaufkonzepts erfordert eine erneute fachliche Beurteilung, Spezifikation und gegebenenfalls Verifikation, Validierung und weitere erforderliche Prüfungen. Die Ausbildungsgruppe darf sie nicht eigenmächtig umsetzen.

Diagnosefall 3: Ist die Messung ausreichend?

Ein Prüfprotokoll dokumentiert eine gemessene Stoppreaktion. Angaben zu Greifer, Werkstück, möglicher Quetschstelle, Reaktionszeit und erforderlichem Performance Level fehlen.

Aufgabe: Entscheide, ob der Validierungsnachweis vollständig ist.

Musterlösung und Feedback

Nein. Eine einzelne Stoppmessung weist nicht nach, dass die vollständige Sicherheitsfunktion die Anforderungen in allen relevanten vorgesehenen Situationen erfüllt.

Es fehlen dokumentierte Angaben zur Risikobeurteilung, Sicherheitsanforderung, Leistungsfähigkeit und gegebenenfalls zu weiteren notwendigen Prüfungen. Die offenen Punkte müssen von den zuständigen Fachpersonen bearbeitet werden.

Vertiefung: Kollisionskräfte

Illustration kollaborativer Robotik. Rlistmedia, CC BY 4.0, Wikimedia Commons.

Bei Anwendungen mit Leistungs- und Kraftbegrenzung können geeignete Messungen der Kollisionskraft und des Kontaktdrucks notwendig sein.

Die Beurteilung erfordert sachkundige Messverfahren und geeignete Messgeräte. Eine subjektive Berührung oder ein improvisierter Versuch mit dem eigenen Körper ist kein zulässiger Sicherheitsnachweis.

DGUV/IFA: Prüftechnik für kollaborierende Robotik – mit Darstellung eines Kraft-Zeit-Signals

Medienauftrag: Vergleiche eine Kraft-Zeit-Kurve mit der digitalen Signaltabelle M1. Erkläre, warum ein digitaler Stoppstatus allein keine Aussage über die tatsächliche biomechanische Belastung ermöglicht.

Einheit 6: Nachweis und qualifizierte Verantwortung

Roboter-Bediengerät. Red Sunset, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Ein Prüfprotokoll muss erkennen lassen, was untersucht wurde, welche Anforderungen gelten, welches Ergebnis vorliegt und wer fachlich verantwortlich war.

Beispiel eines virtuellen Prüfdatensatzes

Prüfmerkmal	Dokumentierter Inhalt
Anlagenkennung	Virtuelle Montagezelle M1
Sicherheitsfunktion	SF-01 – Schutzfeldabhängiger Halt
Anforderung	Gefährliche Bewegung beim Betreten des Schutzfeldes sicher anhalten
Prüfbedingung	Simulierte Schutzfeldverletzung im Automatikmodus
Erwartung	BEWEGUNG wird 0
Beobachtung	BEWEGUNG bleibt 1
Bewertung	Nicht bestanden
Maßnahme	Nicht freigeben; Abweichung dokumentieren und fachlich klären
Bearbeitung	Ausbildungsübung, kein betrieblicher Validierungs- oder Prüfnachweis

Ein echter Nachweis enthält zusätzlich die jeweils erforderlichen technischen Daten, Testbedingungen, Messwerte, Prüfumfänge und fachlich zugeordneten Verantwortlichkeiten.

Rollen und Verantwortung

Rolle	Typische Verantwortung
Auszubildende	Risiken erkennen, Anweisungen befolgen, Auffälligkeiten melden und ausschließlich autorisierte Tätigkeiten ausführen.
Ausbilderin oder Ausbilder	Unterweisen, beaufsichtigen, Kompetenzgrenzen festlegen und sichere Ausbildungsbedingungen gewährleisten.
Konstruktion und Integration	Sicherheitsanforderungen umsetzen und die erforderlichen technischen Nachweise im jeweiligen Verantwortungsbereich bereitstellen.
Qualifizierte Fachpersonen	Beauftragte Analysen, Verifikationen und Validierungen mit der erforderlichen Fachkompetenz durchführen.
Zur Prüfung befähigte Person	Die nach BetrSichV erforderlichen Prüfungen im Rahmen ihrer konkreten Befähigung durchführen und dokumentieren.
Betreiber beziehungsweise Arbeitgeber	Die sichere Verwendung der Arbeitsmittel organisieren, Gefährdungen beurteilen lassen, erforderliche Prüfungen veranlassen und die betriebliche Nutzung verantworten.

Die Zuordnung ist abhängig von der gesetzlichen Rolle, dem Vertragsverhältnis, der konkreten Prüfaufgabe und dem betrieblichen Zuständigkeitskonzept.

Eskalationsschema

Unsicherheit erkannt → Gefährdung vermeiden → zuständige Person informieren → dokumentieren → qualifizierte Klärung → erst nach erforderlicher Freigabe weiterarbeiten.

Bei unmittelbarer Gefahr müssen die vorgesehenen Maßnahmen des betrieblichen Notfall- und Sicherheitskonzepts angewendet werden.

Video: „Preventing Robot-Related Injuries in the Workplace“, CDC/NIOSH, 2018, englischsprachig. Eine nach Commons-Angaben gemeinfreie Fassung ist unter Wikimedia Commons verfügbar.

Reflexion: Welche technischen und organisatorischen Maßnahmen müssen ineinandergreifen, damit die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter sicher bleibt?

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist das Ziel einer Sicherheitsanforderungsspezifikation? (Die erwartete Sicherheitsfunktion eindeutig festzulegen) (!Einen Produktionsauftrag zu planen) (!Die Maschine ohne Prüfung freizugeben) (!Eine Unterweisung zu ersetzen)

Was beschreibt die Verifikation? (Den Abgleich einer Umsetzung mit festgelegten Anforderungen) (!Die ausschließliche Sichtkontrolle von Robotergehäusen) (!Die Freigabe durch eine beliebige Person) (!Die automatische Änderung einer Sicherheitsfunktion)

Was gehört zur Validierung sicherheitsbezogener Steuerungsfunktionen? (Die geeignete Kombination aus Analyse und Prüfung der spezifizierten Sicherheitsfunktionen) (!Nur die Überprüfung der Produktionsgeschwindigkeit) (!Nur die Beobachtung einer grünen Signalleuchte) (!Nur die Kontrolle des Herstellernamens)

Welche Aussage über kollaborative Roboter ist richtig? (Die konkrete Anwendung muss sicherheitstechnisch beurteilt werden) (!Jeder Cobot ist ohne Risikobeurteilung sicher) (!Scharfkantige Werkzeuge sind bei Cobots ungefährlich) (!Ein Cobot benötigt niemals zusätzliche Schutzmaßnahmen)

Was muss in der virtuellen Montagezelle M1 beim Betreten des Schutzfeldes geschehen? (Die gefährliche Roboterbewegung wird sicher angehalten) (!Die Geschwindigkeit wird grundsätzlich erhöht) (!Die Person muss den Greifer festhalten) (!Die Schutzfunktion wird automatisch abgeschaltet)

Was gilt in M1 nach dem Freiwerden des Schutzfeldes? (Ein separater Start nach der vorgesehenen Quittierung ist erforderlich) (!Die Maschine muss ohne weiteren Befehl anlaufen) (!Alle Sicherheitsfunktionen dürfen deaktiviert werden) (!Die Anwesenheit einer Person ist unerheblich)

Was ist bei einem widersprüchlichen sicherheitsrelevanten Sensorsignal richtig? (Die Anlage nicht freigeben und die Abweichung melden) (!Das Signal grundsätzlich ignorieren) (!Die Sicherheitsfunktion durch eine normale Steuerungsfunktion ersetzen) (!Die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen)

Warum genügt eine einzelne Stoppmessung nicht immer als Validierungsnachweis? (Weil weitere Anforderungen und Nachweise relevant sein können) (!Weil jede Stoppmessung grundsätzlich wertlos ist) (!Weil Sicherheitsfunktionen keine Spezifikation benötigen) (!Weil nur die Taktzeit entscheidend ist)

Wer darf eine nach BetrSichV vorgeschriebene Prüfung durchführen? (Eine für die konkrete Prüfaufgabe zur Prüfung befähigte Person) (!Jede Person mit Zugang zur Werkhalle) (!Jeder Auszubildende ohne Beaufsichtigung) (!Jede Person mit einem allgemeinen Computerkurs)

Welche Aussage trifft auf dieses Lernquiz zu? (Es ersetzt weder praktische Qualifikation noch betriebliche Freigabe) (!Es berechtigt zur Änderung einer Sicherheitssteuerung) (!Es ersetzt jede vorgeschriebene Maschinenprüfung) (!Es erlaubt den Betrieb einer Maschine mit ungeklärtem Sicherheitsfehler)

Memory

Ordne die Fachbegriffe den passenden Bedeutungen zu.

Risikobeurteilung	Systematische Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen
Spezifikation	Festlegung der geforderten Eigenschaften
Verifikation	Vergleich zwischen Umsetzung und Anforderung
Validierung	Nachweis der Eignung und Erfüllung der festgelegten Sicherheitsanforderungen
Schutzfeld	Überwachter Bereich zur Erkennung von Personen oder Objekten
Quittierung	Bewusste Bestätigung nach Erfüllung festgelegter Bedingungen
Prüfnachweis	Dokumentiertes Ergebnis einer Untersuchung

Drag and Drop

Ordne den Begriffen das passende fachliche Ziel zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Ziel
Risikobeurteilung	Gefährdungsermittlung
Spezifikation	Anforderungsfestlegung
Verifikation	Soll-Ist-Abgleich
Validierung	Eignungsnachweis
Betriebliche Prüfung	Zustandskontrolle

Kreuzworträtsel

Spezifikation	Wie heißt die dokumentierte Festlegung der geforderten Eigenschaften einer Sicherheitsfunktion?
Verifikation	Welcher Fachbegriff bezeichnet den Abgleich der Umsetzung mit festgelegten Anforderungen?
Validierung	Wie heißt der Nachweis der Erfüllung der Sicherheitsanforderungen für die vorgesehene Anwendung?
Schutzfeld	Wie heißt der überwachte Bereich eines Sicherheitssensors?
Quittierung	Wie heißt die bewusste Bestätigung nach Erfüllung festgelegter Wiederanlaufbedingungen?
Diagnose	Wie nennt man die systematische Ermittlung und Beurteilung einer technischen Fehlersituation?

LearningApps

Dies ist eine thematische Suchansicht. Einzelne dort auffindbare LernApps sind nicht automatisch fachlich oder rechtlich geprüft.

Lückentext

Die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern wird als

bezeichnet.

Eine systematische Bewertung möglicher Gefährdungen erfolgt durch die

.

Die schriftliche Festlegung der Anforderungen heißt

.

Der Abgleich zwischen Umsetzung und festgelegter Anforderung wird

genannt.

Die Eignung einer Sicherheitsfunktion wird im Rahmen der

nachgewiesen.

Die Erkennung einer Person kann durch ein überwachtes

erfolgen.

Ein unerwarteter Wiederanlauf kann erhebliche

verursachen.

In der virtuellen Anlage M1 erfolgt vor einem neuen Start eine bewusste

.

Eine sicherheitsrelevante Abweichung muss dokumentiert und fachlich

werden.

Die Entscheidung über die betriebliche Nutzung erfordert die zuständige

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben zunächst am virtuellen Anlagenmodell. Die Schwierigkeitsgrade entsprechen Basis, Anwendung und Transfer.

Leicht – Basisaufgaben

Gefährdungsermittlung: Markiere im gedanklichen Anlagenmodell M1 vier mögliche Gefahrenstellen und begründe Deine Auswahl.
Sicherheitsfunktion: Erstelle eine Skizze der Wirkungskette Sensor – Sicherheitslogik – Aktor – sicherer Zustand.
Technische Dokumentation: Formuliere in höchstens fünf Sätzen den Unterschied zwischen Prüfung und Validierung.
Signalverlauf: Zeichne den Verlauf von FELD_FREI und BEWEGUNG nach Signalverlauf A und beschrifte die Phasen.

Standard – Anwendungsaufgaben

Fehlerdiagnose: Untersuche Signalverlauf B, dokumentiere die Abweichung und begründe eine sichere Entscheidung.
Sicherheitsanforderungsspezifikation: Ergänze SF-01 um nachvollziehbare Nachweiskriterien, ohne unbegründete technische Grenzwerte zu erfinden.
Prüfprotokoll: Entwerfe einen virtuellen Prüfdatensatz mit Anforderung, Testbedingung, erwarteter Reaktion, Beobachtung und Bewertung.
Sicherheitsunterweisung: Gestalte eine kurze bebilderte Unterweisung zur Meldung einer sicherheitskritischen Störung.

Schwer – Transferaufgaben

Mensch-Roboter-Kollaboration: Vergleiche für M1 zwei geeignete Schutzkonzepte und beurteile ihre Grenzen anhand von Werkstück und Greifer.
Änderungsmanagement: Entwickle eine Checkliste, welche Nachweise bei einer Änderung des Werkzeugs oder Schutzfeldes erneut zu beurteilen sind.
Betriebssicherheitsverordnung: Entwirf ein Rollenspiel zur Übergabe der Anlage vom Integrator an den Betreiber und kläre offene Verantwortlichkeiten.
Validierung: Erstelle ein vollständiges Konzept für eine rein virtuelle Sicherheitsbewertung einschließlich Spezifikation, Nachweismatrix, Fehlerszenarien, Eskalation und Entscheidung über die simulierte Freigabe.

Gestufte Hilfen für die offenen Aufgaben

Hilfe 1 – Basis

Beginne mit den Fragen: Wer befindet sich wo? Welche gefährliche Bewegung kann stattfinden? Welcher Schutz soll wirken?

Hilfe 2 – Anwendung

Ordne jeder Sicherheitsanforderung eine erwartete Reaktion und einen überprüfbaren Nachweis zu.

Hilfe 3 – Transfer

Betrachte zusätzlich Änderungen, Fehlfunktionen, organisatorische Maßnahmen, Kompetenzgrenzen und die Folgen eines unvollständigen Nachweises.

Begründetes Feedback und Bewertungskriterien

Niveau	Gute Leistung	Typischer Fehler	Fachliche Rückmeldung
Basis	Gefährdung und zugehörige Schutzfunktion korrekt erkannt	Cobot wird automatisch für ungefährlich gehalten	Entscheidend ist die konkrete Anwendung einschließlich Werkzeug und Werkstück.
Anwendung	Anforderung, Beobachtung und Bewertung nachvollziehbar verknüpft	Eine grüne Anzeige wird als vollständiger Nachweis gewertet	Der Nachweis muss sich auf die erforderliche Sicherheitsfunktion und ihre tatsächliche Wirkung beziehen.
Transfer	Risiken, Änderungen, Zuständigkeiten und fehlende Nachweise berücksichtigt	Produktionsdruck wird als Grund für die Freigabe verwendet	Eine ungeklärte sicherheitsrelevante Abweichung muss vor einer Freigabe fachlich bearbeitet werden.

Arbeitsregel: Ein Ergebnis gilt nur dann als überzeugend, wenn Du die Entscheidung durch die Sicherheitsanforderung und die vorhandenen Nachweise begründen kannst.

Lernkontrolle

Bearbeite die folgenden Transferaufgaben schriftlich oder im Fachgespräch.

Sicherheitskonzept: Erkläre anhand von M1, weshalb eine funktionierende Sensoranzeige noch keinen vollständigen Sicherheitsnachweis darstellt.
Verifikation und Validierung: Vergleiche zwei Prüfsituationen und zeige, wann der Nachweis einer einzelnen Anforderung vorliegt und wann eine umfassendere Validierung notwendig ist.
Fehleranalyse: In einer Simulation bleibt die Bewegungsfreigabe trotz erkanntem Schutzfeldereignis aktiv. Entwickle einen fachlich begründeten Eskalationsablauf.
Risikobeurteilung: Ein weicher Greifer wird durch einen metallischen Greifer ersetzt. Erläutere, welche neuen Gefährdungen entstehen können und welche Nachweise erneut betrachtet werden müssen.
Wiederanlaufsperre: Begründe, weshalb Quittierung und Start in M1 getrennte Funktionen besitzen und welche Gefahren durch eine ungeeignete Wiederanlauflogik entstehen.
Prüfplanung: Vergleiche einen technischen Validierungsnachweis mit einer betrieblichen Prüfung nach BetrSichV hinsichtlich Anlass, Umfang, Verantwortlichkeit und Dokumentation.
Fachkompetenz: Ein Auszubildender soll eine sicherheitsrelevante Fehlersituation an einer realen Roboteranlage selbstständig provozieren. Begründe, weshalb dies ohne entsprechende Befähigung, Beauftragung und Schutzmaßnahmen unzulässig ist.

Bewertungsmaßstab: Fachliche Richtigkeit, Gefährdungserkennung, Nachweisführung, sichere Entscheidung, Rollenklärung und begründete Eskalation.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis stellst Du ein kleines Sicherheitsdossier M1 zusammen.

Es enthält:

Eine gekennzeichnete Gefährdungsskizze der virtuellen Anlage.
Eine verständliche Sicherheitsanforderungsspezifikation für SF-01.
Die Zuordnung der Schutzfunktion zur Wirkungskette aus Sensorik, Logik und Aktorik.
Eine Analyse von mindestens zwei unterschiedlichen Signalverläufen.
Ein virtuelles Prüfprotokoll mit Soll- und Ist-Ergebnissen.
Eine begründete Abgrenzung von Verifikation, Validierung und betrieblicher Prüfung.
Eine dokumentierte sichere Entscheidung bei einer festgestellten Abweichung.
Eine Rollen- und Eskalationsdarstellung.
Eine Reflexion der eigenen Qualifikationsgrenzen.

Erfolgreicher Lernnachweis: Du kannst eine kritische Situation erkennen, eine Sicherheitsanforderung mit ihrem Nachweis verknüpfen und erklären, wann eine qualifizierte Fachperson entscheiden muss.

Keine Betriebsfreigabe: Der Lernnachweis bescheinigt ausschließlich Lernleistungen. Er berechtigt nicht zur Prüfung, Validierung, Parametrierung oder Freigabe realer Maschinen.

OERs zum Thema

Wikipedia

Grundlagen der kollaborativen Robotik

Grundlagen der funktionalen Sicherheit

Grundlagen der Industrierobotik

Wikipedia dient hier der ergänzenden Einführung. Für aktuelle normative Detailfragen gelten die jeweiligen Originalregelwerke und verbindlichen Rechtsgrundlagen.

Frei verfügbare Lernmedien

Arbeitsschutzvideo zur Robotik:

Datei:Preventing Robot-Related Injuries in the Workplace.webm CDC/NIOSH, 2018, gemeinfreies US-Regierungswerk laut Wikimedia Commons.

Vertiefende Fachinformationen:

DGUV/IFA – Kollaborierende Roboter: Sicherheitsanforderungen und Gefährdungen.
DGUV/IFA – Prüftechnik: Kollisionskräfte, Kontaktdruck und Messverfahren.
EU-OSHA – Collaborating Robots: Sicherheit in kollaborativen Anwendungen.
Pilz – Sicherheitsvalidierung: Praxisbezogene Erläuterung des Validierungsprozesses.
BetrSichV § 14: Rechtsgrundlagen betrieblicher Prüfungen.

Die Materialien sind öffentlich zugänglich, jedoch nicht alle als offene Bildungsressourcen lizenziert. Insbesondere Normtexte und Herstellerunterlagen unterliegen ihren jeweiligen Nutzungsbedingungen.

Medienrechte und Quellenprüfung

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Medien	Nachgewiesene Lizenz
Cobot.svg; Warning of industrial robot.svg; OSP Emergency stop.svg	CC0
Collaborative Robot Cobot.png	CC BY 4.0
Comau Racer-5 COBOT.jpg; Comau AURA MADE.jpg	CC BY-SA 4.0
Emergency stop button on a control panel in a factory.jpg	CC BY 2.0
Programmable logic controller.jpg; Staubli Teach pendant.jpg	CC BY-SA 3.0
FANUC R2000iB ControlUnit.jpg	Gemeinfrei laut Commons-Dateibeschreibung
Preventing Robot-Related Injuries in the Workplace.webm	Gemeinfrei laut Commons-Dateibeschreibung

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