Bestehende autonome Systeme (bspw. UGVs, UAVs) sind anhand ihrer missionsspezifischen Ausrüstung in der Lage, vorgegebene Missionen und Ziele selbstständig zu erfüllen. Die Missionsvorgabe geschieht hierbei durch den Nutzer anhand einer Schnittstelle am dazugehörigen Leitstand. Mit Hilfe moderner Kommunikationstechnik bietet der Leitstand die Möglichkeiten zur Echtzeit-Systemüberwachung und zur Teleoperation in Ausnahmesituationen. Diese Systemsteuerung in Form des Leitstands agiert jedoch lokal und nicht funktions- bzw. systemübergreifend, was bedeutet, dass zwischen unterschiedlichen Systemen keine Kommunikation stattfindet.

Der 2021 gegründete Fachbereich Operations beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie die Vernetzung und Steuerung unterschiedlicher Systeme auf übergeordneter Ebene die Missionserfüllung präziser und effizienter gestalten kann. Ansätze dafür lassen sich sowohl im Bereich des IoT (Internet of Things) als auch in der Rechnerarchitektur und dem Betriebssystem (Operating Systems) von Computern finden, wovon sich der Name des Fachbereichs ableitet.

Zu den Kernaufgaben des Betriebssystems eines Computers gehört das Kennen der Fähigkeiten und Möglichkeiten seiner Hardwarekomponenten (Geräteverwaltung), das Bereitstellen eines effizienten und komfortablen Zugriffs auf den physischen Arbeitsspeicher bzw. Hauptspeicher (Speicherverwaltung) und von Kommunikationskanälen für die Ein- und Ausgabe und Verwalten des Dateisystems (Datenverwaltung), sowie die Planung und Steuerung der Abläufe von Prozessen (Prozessverwaltung). Prinzipiell ist es damit möglich, einen zeitparallelen Lauf mehrerer Programme auf einem Computer zu organisieren, ohne dass sich die Prozesse gegenseitig im Weg stehen und die Abarbeitungszeit der einzelnen Programme wesentlich ansteigt.

Ein sehr anschauliches und zukunftsorientiertes Beispiel zur Anwendung eines derartigen Betriebssystems auf ein Netzwerk aus mehreren autonomen Systemen stellt die Steuerung von Industriegeländen wie beispielsweise Häfen, Flughäfen oder Logistikzentren dar. Sowohl die Zulaufsteuerung als auch die Abfertigung der Fahrzeuge ist bisher noch auf personengeführte Fahrzeuge ausgerichtet. In Zukunft ist im Logistikbereich aber mit unbemannten Logistikfahrzeugen und einer Autonomisierung mit einhergehender Digitalisierung der Infrastrukturkomponenten der Betriebe zu rechnen. Um den Überfluss an Information und an komplexen Interaktionen zwischen den einzelnen Systemen strukturiert zu bewältigen und die individuellen Missionen gleichzeitig zu erfüllen, bedarf es einer zentralen Sammlung, Aufbereitung und Bereitstellung der von den Einzelsystemen als auch Infrastrukturkomponenten erfassten Daten. Auf dieser Basis kann eine Planung und Steuerung aller mit dem Industriegelände in Verbindung stehenden Vorgänge von übergeordneter Ebene erfolgen.

Aufgrund der hohen Systemkomplexität, der großen Menge an unterschiedlichen Parametern, deren Kombinationsmöglichkeiten und einer möglichen Vielzahl an Optimierungskriterien bedarf es des Einsatzes künstlicher Intelligenz und Optimierung innerhalb des Betriebssystems. Für die hier vorgesehenen Algorithmen und Methoden stellt diese Masse an Daten ein großes Potential zu Entscheidungsfindungen dar. Schlussendlich leitet das Betriebssystem aus den Ergebnissen der Berechnungen aktualisierte Missionsvorgaben für die einzelnen Systeme ab, welche direkt an die jeweiligen Systeme übermittelt werden.

Darüber hinaus beschäftigt sich der Bereich Operations mit der langfristigen Vision, ein solches Betriebssystem auf städtische Infrastrukturen anzuwenden. Dieses Ziel erfordert nicht nur technische, sondern soziotechnische Ansätze, welche den Menschen im Kern des Modells betrachten.

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 Philipp Sigmund

Head of Department
Operations

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