Transition – Wechsel zwischen Zuständen in Systemen

Eine Transition ist der Prozess oder das Intervall, in dem ein System durch ein bestimmtes Ereignis, einen Input oder eine Bedingung von einem definierten Zustand in einen anderen wechselt. Im systemischen Denken stellt ein „Zustand“ einen stabilen Modus oder eine Konfiguration eines Systems dar – dies kann physisch, digital, organisatorisch oder konzeptionell sein. Transitionen sind nicht zufällig; sie unterliegen expliziten oder impliziten Regeln, welche Ereignisse oder Bedingungen den Wechsel in einen neuen Zustand erlauben. Beispielsweise wechselt in einem Zugangskontrollsystem ein Nutzer vom Zustand „Abgemeldet“ in „Angemeldet“ nach erfolgreicher Authentifizierung. In der Luftfahrt erfolgen Transitionen zwischen Flugphasen (Steigen, Reiseflug, Sinkflug), ausgelöst durch Trigger wie das Erreichen einer bestimmten Höhe oder das Erhalten einer Freigabe.

Transitionen sind grundlegend in Bereichen wie Softwaretechnik, Prozessautomatisierung, Geschäftsabläufen und sicherheitskritischen Branchen wie der Luftfahrt. In all diesen Kontexten sorgen klar definierte Transitionen dafür, dass Systeme vorhersagbar, effizient und sicher arbeiten.

Zustand

Ein Zustand ist eine eindeutig definierte, stabile Bedingung, in der sich ein System zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden kann. In Technik und Theorie – etwa in Informatik, Luftfahrt oder Organisationsmanagement – ist ein Zustand durch bestimmte Variablen, Parameter oder Konfigurationen charakterisiert.

Beispiele:

• In der Luftfahrt: Zustände wie „Rollen“, „Start“, „Steigen“, „Reiseflug“, „Sinkflug“ und „Landung“.
• In der Software: Ein Geldautomat kann sich in Zuständen wie „Leerlauf“, „Karte eingelegt“, „PIN geprüft“ oder „Geld wird ausgezahlt“ befinden.

Jeder Zustand definiert, welche Aktionen möglich sind und welche Transitionen gültig sind. Mehrdeutige Zustandsdefinitionen können zu unvorhersehbaren Transitionen, Fehlern und Gefahren führen.

Ereignis

Ein Ereignis ist ein externes oder internes Vorkommnis, das das System dazu veranlasst, einen Zustandswechsel zu prüfen. Ereignisse können sein:

• Benutzeraktionen (Knopfdruck, Befehl)
• Sensorsignale (Temperaturschwelle)
• Systemsignale (Prozess abgeschlossen)
• Zeitbasierte Trigger (Ablauf eines Timers)

In ICAO-Luftfahrtverfahren ist beispielsweise der Transfer of Control Point (TCP) ein Ereignis, bei dem die Verantwortlichkeit für ein Flugzeug zwischen Lotsen wechselt. In der Software kann eine Serverantwort oder ein Timeout ein Ereignis sein.

Ereignisse werden in Zustandsdiagrammen auf den Pfeilen beschriftet, sodass klar ist, welche Trigger Transitionen auslösen.

Transition

Eine Transition ist der Vorgang des Wechsels von einem Zustand in einen anderen, ausgelöst durch ein Ereignis oder einen Trigger. Sie legt nicht nur fest, wann ein Wechsel stattfindet, sondern auch, welche Aktionen währenddessen ausgeführt werden und unter welchen Bedingungen (Guards) der Wechsel erlaubt ist.

Transitionen werden in Diagrammen als Pfeile von einem Zustand zum anderen dargestellt, beschriftet mit dem Ereignis sowie optional einer Aktion oder Guard.

In der Luftfahrt spezifizieren ICAO-Dokumente wie Doc 4444 die Transitionen zwischen Luftraumsektoren, einschließlich erforderlicher Ereignisse, Aktionen und des resultierenden Zustands. Guard-Bedingungen werden häufig verwendet – etwa darf eine Transition zu „Anflug“ nur erfolgen, wenn das Flugzeug eine bestimmte Entfernung zum Flughafen erreicht hat und eine Freigabe vorliegt.

Zustandsübergangsdiagramme

Zustandsübergangsdiagramme stellen alle möglichen Systemzustände und die Transitionen dazwischen visuell dar. Sie sind grundlegende Werkzeuge zum Modellieren, Verstehen und Kommunizieren des Systemverhaltens.

Wesentliche Elemente:

• Zustände: Knoten (Kreise oder Rechtecke)
• Transitionen: Pfeile, beschriftet mit Ereignissen (und optional Aktionen oder Guards)
• Start-/Endmarkierungen: Kennzeichnen Anfangs- und Endzustand

Solche Diagramme werden in der Softwaretechnik, in Luftfahrtverfahren und in der Prozessautomatisierung eingesetzt, um sämtliche Verhaltensweisen zu erfassen und Sicherheit sowie Vollständigkeit zu validieren.

Arten von Transitionen

Deterministische Transitionen

Eine deterministische Transition bedeutet, dass ein bestimmtes Zustands-Ereignis-Paar immer zum gleichen Folgezustand führt. Diese Vorhersagbarkeit ist essenziell für sicherheitskritische und zuverlässige Systeme wie in der Luftfahrt oder Industrieautomatisierung.

Nichtdeterministische Transitionen

Eine nichtdeterministische Transition bedeutet, dass ein Zustands-Ereignis-Paar zu mehreren möglichen Folgezuständen führen kann, manchmal abhängig von weiteren Bedingungen oder Zufall. Sie werden in Simulationen oder Systemen mit Unsicherheit verwendet, in der operationellen Luftfahrt jedoch meist vermieden.

Selbst-Transitionen

Eine Selbst-Transition liegt vor, wenn ein Ereignis dazu führt, dass ein System im gleichen Zustand bleibt – eventuell wird dabei eine Aktion (z.B. Logging oder Datenaktualisierung) ausgeführt.

Parallele Transitionen

In Systemen mit parallelen Zuständen kann ein einziges Ereignis Transitionen in mehreren unabhängigen Teilbereichen auslösen – das ist typisch für verteilte Systeme oder in der Luftfahrt, wenn z.B. Navigation und Kommunikation gleichzeitig aktualisiert werden.

Guarded und Forbidden Transitionen

Guarded Transitionen erfordern, dass bestimmte Bedingungen erfüllt sind, damit die Transition stattfindet (z.B. „Start“ nur, wenn die Startbahn frei ist). Forbidden Transitionen sind explizit verboten und verhindern unsichere oder ungültige Zustandswechsel.

Wildcard-Transitionen

Wildcard-Transitionen greifen bei allen Ereignissen, die sonst nicht definiert sind – nützlich für Fehlerbehandlung oder Resets, sollten aber mit Bedacht eingesetzt werden, um das Maskieren von Problemen zu vermeiden.

Wie werden Transitionen eingesetzt?

Transitionen werden genutzt, um das Systemverhalten in vielen Bereichen zu kodieren und zu steuern:

• Software/UI: Steuern Benutzerabläufe, automatisieren Workflows und regeln Fehlerbehandlung.
• Luftfahrt: Legen die Abläufe von Start bis Landung fest, wie in ICAO-Dokumenten beschrieben.
• Prozessautomatisierung: Steuern Abläufe und Ausnahmebehandlung in Fertigung oder Geschäftsprozessen.
• Modellierung: Simulieren reale Prozesse, analysieren Systemsicherheit und erkennen Engpässe.

Das Testen von Transitionen stellt sicher, dass Systeme alle Szenarien sicher und vorhersagbar behandeln.

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle

Softwaretechnik

Zustandsautomaten steuern UI-Logik, Workflow-Engines und Geschäftsprozesse. Beispielsweise kann ein Login-Prozess je nach Benutzer- und Serverereignissen durch „Leerlauf“ → „Absenden“ → „Erfolg“ oder „Fehler“ wechseln.

JavaScript-Beispiel (XState):

import { createMachine } from 'xstate';

const loginMachine = createMachine({
  id: 'login',
  initial: 'idle',
  states: {
    idle: {
      on: {
        SUBMIT: 'submitting'
      }
    },
    submitting: {
      on: {
        SUCCESS: 'success',
        ERROR: 'error'
      }
    },
    success: {},
    error: {
      on: {
        RETRY: 'submitting'
      }
    }
  }
});

Luftfahrt

Die ICAO definiert Transitionen für Flugphasen und Übergaben in der Flugsicherung. Jede Transition (z.B. von „Steigen“ zu „Reiseflug“) wird durch bestimmte Ereignisse (Höhe, Freigabe) ausgelöst und kann Guard-Bedingungen (Luftraumverfügbarkeit) erfordern.

Geschäftsprozesse

Bestellabwicklungssysteme nutzen Transitionen von „Offen“ → „In Bearbeitung“ → „Versandt“ → „Zugestellt“ oder „Storniert“, mit Ereignissen wie Zahlung, Versand oder Stornierungsanfrage.

Prozessautomatisierung

Fertigungsstraßen nutzen Zustandsautomaten zur Steuerung von Maschinen, um sicheren Betrieb sowie Fehler- oder Wartungsfälle abzubilden.

Zusammenfassung

Eine Transition ist der Prozess, durch den ein System als Reaktion auf einen Trigger oder ein Ereignis von einem Zustand in einen anderen wechselt. Die klare Definition von Transitionen ist entscheidend für Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz in Systemen – von Software und Geschäftsabläufen bis hin zu Luftfahrt und Industrieautomatisierung.

Transitionen werden mittels Zustandsdiagrammen modelliert und visualisiert, in Logik und Software kodiert und in sicherheitskritischen Bereichen streng reguliert. Sie sorgen dafür, dass das Systemverhalten in allen Szenarien vorhersagbar, testbar und steuerbar bleibt.