Automatisierungsglossar – Ausführliche Definitionen und Konzepte

1. Automatisierung

Automatisierung ist der Einsatz von Technologie zur Ausführung von Aufgaben, Prozessen oder Vorgängen mit minimalem oder ganz ohne menschliches Zutun. Dies umfasst fortschrittliche Leitsysteme, Sensoren, Aktoren, Kommunikationsnetzwerke und Software, um Handlungen auszuführen, die früher manuell erledigt wurden. Laut der International Society of Automation (ISA) schließt Automatisierung die Entwicklung und Anwendung von Technologie zur Überwachung und Steuerung der Produktion und Bereitstellung von Produkten und Dienstleistungen ein.

In der Luftfahrt ist Automatisierung entscheidend für Flugmanagementsysteme, Autopilot, Flugverkehrskontrolle und Wartungsdiagnostik. Sie treibt Innovationen in der Fertigung (Industrie 4.0), intelligenter Infrastruktur und im Transportwesen voran, indem sie Echtzeitdaten, IoT und KI für Leistung, Sicherheit und Effizienz nutzt.

Schlüsselelemente:

• Sensoren zur Datenerfassung
• Steuerungen zur Verarbeitung und Befehlsausgabe
• Aktoren zur Ausführung von Aktionen
• Kommunikationsnetzwerke (z. B. Feldbus, Ethernet)
• Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) zur Überwachung und Steuerung

ICAO-Standards stellen sicher, dass Automatisierung in der Luftfahrt sicher, zuverlässig und interoperabel ist und verlangen Redundanz, Ausfallsicherung und menschliche Überwachung.

2. Automatischer Betrieb

Automatischer Betrieb bedeutet, dass ein System oder Gerät eine Abfolge von Aktionen ohne ständige menschliche Eingabe nach voreingestellten Anweisungen oder Umgebungsreizen ausführt. Im Gegensatz zur umfassenderen Automatisierung impliziert automatischer Betrieb meist feste Reaktionen und keine Anpassungs- oder Lernfähigkeit.

Luftfahrtbeispiele:

• Autopiloten halten Kurs, Höhe und Geschwindigkeit
• Automatische Landungssysteme führen das Flugzeug beim Anflug und Aufsetzen
• ADS-B überträgt Flugzeugposition und -geschwindigkeit

Automatische Abläufe erhöhen Sicherheit, Konsistenz und Zuverlässigkeit. ICAO-Richtlinien verlangen klare Betriebsmodi, Rückmeldung an den Bediener und Ausfallsicherungen.

Unterscheidung:
Automatische Systeme führen vorgegebene Aktionen aus, automatisierte Systeme können sich anpassen und auf Basis von Daten optimieren.

3. Automatisiertes System

Ein automatisiertes System integriert Geräte, Software und Netzwerke, um komplexe Abläufe mit minimalem menschlichem Eingriff auszuführen, häufig einschließlich Echtzeit-Erfassung, Rückmeldeschleifen und adaptiver Logik.

Komponenten:

• Verteilte Leitsysteme (DCS), speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)
• SCADA zur Überwachung und Kontrolle
• Eingebettete Software für Echtzeitaufgaben
• Diagnose-/Prognosealgorithmen

Luftfahrtbeispiele:

• Flugmanagement und Navigation
• Triebwerksüberwachung und vorausschauende Wartung

ICAO-Standards sichern Softwarequalität, Redundanz und eine effektive Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) für den sicheren Betrieb.

4. Industrieautomatisierung

Industrieautomatisierung nutzt Leitsysteme (Computer, Roboter, IT), um Maschinen und Prozesse zu steuern und den menschlichen Aufwand in Branchen wie Fertigung, Chemie oder Logistik zu reduzieren.

Merkmale:

• Programmierbare Steuerungen
• Roboterarme für wiederkehrende oder gefährliche Aufgaben
• Maschinelles Sehen zur Inspektion
• Fahrerlose Transportsysteme (FTS/AGV)
• ERP-Integration

Anwendung in der Luftfahrt:
Robotik in der Flugzeugfertigung (Bohren, Nieten, Lackieren), automatisierte Diagnostik und Lagerverwaltung.

ICAO verlangt, dass Industrieautomatisierung in der Luftfahrt Sicherheits- und Qualitätsprozesse einhält.

5. Robotic Process Automation (RPA)

RPA nutzt Software-Bots, um menschliche Handlungen bei regelbasierten, wiederkehrenden digitalen Aufgaben nachzuahmen und so Geschwindigkeit und Genauigkeit zu erhöhen.

Einsatz in der Luftfahrt:

• Abgleich von Passagierdaten
• Flug- und Crewplanung
• Wartungsdokumentation
• Rechnungsverarbeitung

Der Vorteil von RPA liegt in der schnellen Einführung und Integration in Altsysteme. RPA ist Grundlage für intelligente Automatisierung unter Einbeziehung von KI und ML.

6. Intelligente Automatisierung (IA) / Intelligente Prozessautomatisierung (IPA)

Intelligente Automatisierung kombiniert RPA mit KI, ML, natürlicher Sprachverarbeitung (NLP) und Analytik. Sie ermöglicht die Automatisierung kognitiver Aufgaben – Verstehen unstrukturierter Daten, Entscheidungsfindung und Lernen.

Transformation in der Luftfahrt:

• Vorausschauende Wartung mit KI-Modellen
• Virtuelle Assistenten für den Kundendienst
• Flugrouten- und Treibstoffoptimierung
• Sicherheitskontrolle mit Verhaltensanalytik

Die Einführung von IA erfordert starke Governance und Transparenz zur Einhaltung regulatorischer Vorgaben.

7. Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

SPS sind spezialisierte digitale Rechner für die Echtzeit-Automatisierung industrieller Prozesse, geschätzt für Zuverlässigkeit und Programmierflexibilität (Kontaktplan, Funktionsbausteine).

Anwendungen:

• Montagebänder in der Fertigung
• Gepäckförderanlagen an Flughäfen
• Tanklager- und Beleuchtungssteuerung

SPS sind robust, unterstützen Redundanz und sind essenziell für sicherheitskritische Automatisierung in der Luftfahrtinfrastruktur.

8. Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)

HMIs sind Schnittstellen (grafisch oder physisch), über die Bediener mit automatisierten Systemen interagieren und Visualisierung, Steuerung sowie Datenprotokollierung erhalten.

Beispiele aus Luftfahrt/Industrie:

• Touchpanels in Kontrolltürmen
• Multifunktionsdisplays im Cockpit
• Wartungsarbeitsplätze

Gutes HMI-Design ist entscheidend für Situationsbewusstsein, Entscheidungsfindung und Fehlervermeidung.

9. Feldbus

Feldbus ist eine Gruppe industrieller Netzwerkprotokolle für die echtzeitfähige, verteilte Steuerung und Kommunikation zwischen Automatisierungsgeräten.

Einsatz in der Luftfahrt:

• Gepäckförderung
• Flugfeldbeleuchtung
• Treibstoffmanagement
• Gebäudeautomation

Feldbus vereinfacht die Verkabelung, ist skalierbar und ermöglicht Ferndiagnose. Die Integration mit Industrial Ethernet und drahtlosen Systemen nimmt zu.

10. Künstliche Intelligenz (KI)

KI in der Automatisierung bezeichnet Systeme, die Aufgaben mit menschenähnlicher Intelligenz wie Schlussfolgern, Lernen oder Entscheiden übernehmen.

KI in der Luftfahrt:

• Maschinelles Lernen für Anomalieerkennung und prädiktive Analytik
• NLP für virtuelle Assistenten und Steuerungen
• Computer Vision für Überwachung und Inspektion

Die ICAO betont Transparenz, Verantwortlichkeit und Validierung bei der Integration von KI in Luftfahrtsysteme.

11. Maschinelles Lernen (ML)

ML ist ein Teilbereich der KI, der sich auf Algorithmen konzentriert, die aus Daten lernen und Vorhersagen oder Entscheidungen treffen.

ML-Anwendungen in der Luftfahrt:

• Triebwerkszustandsüberwachung
• Prognose von Passagierströmen/Ressourcen
• Erkennung von Cyberbedrohungen
• Optimierung des Luftverkehrsflusses

ML macht aus reaktiven Abläufen proaktive, was Sicherheit und Effizienz verbessert.

12. Hyperautomatisierung

Hyperautomatisierung vereint RPA, KI, ML und weitere Technologien, um komplexe Prozesse durchgängig zu automatisieren.

Beispiele aus der Luftfahrt:

• Integriertes Flugbetriebsmanagement
• Ressourcenoptimierung am Flughafen
• Überwachung der regulatorischen Compliance
• Orchestrierung der Passagierreise

Hyperautomatisierungsplattformen erkennen, automatisieren und optimieren strukturierte und unstrukturierte Aufgaben.

13. Sensoren

Sensoren erkennen und messen physikalische, chemische oder Umweltgrößen und liefern die Datengrundlage für die Automatisierung.

Typen:

• Temperatur-, Druck- und Näherungssensoren
• Optische Sensoren (Photodioden, LIDAR)
• Beschleunigungs- und Drehratensensoren

Rolle in der Luftfahrt:

• Flugsteuerung
• Triebwerksüberwachung
• Umwelt- und Sicherheitssysteme

ICAO verlangt umfangreiche Tests von Luftfahrtsensoren auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

14. Aktoren

Aktoren setzen Steuersignale in physikalische Aktionen um und führen Befehle des Automatisierungssystems aus.

Typen:

• Elektromotoren
• Magnetventile
• Hydraulik-/Pneumatikzylinder
• Servoaktoren

Anwendungen in der Luftfahrt:

• Steuerflächen
• Fahrwerk
• Schub-/Kraftstoffregelung
• Kabinendruckregelung

Aktoren müssen zuverlässig und schnell reagieren; ICAO fordert Redundanz zur Sicherheit.

15. Kommunikationsprotokolle und Feldbus

Kommunikationsprotokolle standardisieren den Datenaustausch in der Automatisierung. Feldbusprotokolle sind für die echtzeitfähige, verteilte industrielle Steuerung ausgelegt.

Gängige Protokolle:

• PROFIBUS/PROFINET
• CAN-Bus
• Modbus
• Ethernet/IP

Luftfahrtinfrastruktur:

• Automatisierte Gepäckförderung
• Lichtsteuerung
• Gebäude-/Sicherheitsautomation

ICAO-Standards fordern sichere, redundante und interoperable Kommunikationsprotokolle.

16. Arten der Automatisierung

Automatisierung kann nach Anpassungsfähigkeit und Komplexität kategorisiert werden:

Die Auswahl hängt von Prozessvariabilität, Volumen, Regularien und Integrationsbedarf ab.

17. Vergleich: Automatisierung vs. Automatisch

Weitere Details zu den einzelnen Automatisierungskonzepten finden Sie in der ICAO-Dokumentation, den ISA-Standards und führenden Branchenquellen.