Holzernte 4.0: Digitale Zwillinge erlauben maßgeschneiderten Mensch-Technik-Einsatz

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Digitaler Zwilling eines Rückezugs. Der im Projekt Smart Forestry verfolgte clusterübergreifende Ansatz für die intelligente Holzernte erfordert die Entwicklung digitaler Zwillinge für Maschinen, Geräte und Prozesse aller Beteiligten (Collage: RWTH Aachen)

Smart Forestry optimiert Prozesse sämtlicher Akteure und Systeme.

Im Forschungsprojekt Smart Forestry wird ein clusterübergreifendes Verfahren für die intelligente und vollintegrierte Holzernte entwickelt. Die Umsetzung automatisierter Wertschöpfungsnetzwerke orientiert sich an den Prinzipien von Wald und Holz 4.0 und beruht auf der Vernetzung aller an der Holzernte beteiligten Akteure und Systeme über das „Internet der Dinge“. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) unterstützt das Vorhaben über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), mit Mitteln aus dem Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe.

Das Projektkonsortium unter Federführung des Instituts für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) wird in seinem Vorhaben Smart Forestry die Prozesse und Geschäftsabläufe der Holzernte digital in einem übergreifenden „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) miteinander verknüpfen. Von realen Akteuren und Vermögenswerten, neben dem Wald sind das etwa Forstmaschinen, handgeführte Geräte oder die Werke der Abnehmer, werden virtuelle Abbilder – digitale Zwillinge – erstellt, die in dem Netzwerk als Knotenpunkte für den Informationsaustausch fungieren.

Die Spezialisten aus Wissenschaft und Wirtschaft entwickeln neben produktneutralen (generischen) digitalen Zwillingen für Maschinen, Geräte und Software – sie dienen als praxistaugliche „Schablonen“ – auch Methoden für deren Vernetzung sowie für deren Kommunikation mit den erforderlichen Akteuren. Zudem konfigurieren die Spezialisten die für jeden Prozessschritt erforderlichen Kommunikationsnetzwerke. Abschließend erarbeiten sie anhand der digitalen Zwillinge realer Systeme vier konkrete Referenzszenarien, die die Bewertung und Optimierung des Holzernteprozesses bis hin zur vorausschauenden Planung erlauben.

Vom Waldbesitzer bis zum Abnehmer: Clusterübergreifendes Handeln

„Derzeit sind zwar Produkte verfügbar, die digitale Optimierungen in Teilen der Holzernte-Prozesskette erlauben. Mit Smart Forestry entwickeln wir allerdings einen clusterübergreifenden Ansatz für das gesamte Wertschöpfungsnetzwerk. Damit wird erstmals eine flexible, situationsangepasste und auf Standards beruhende Vernetzung aller Vorgänge in dem komplexen Netzwerk der Holzernte möglich“, unterstreicht Prof. Dr.-Ing. Jürgen Roßmann von der RWTH Aachen. „Die Holzernte wird also mit Digitalisierung, Vernetzung und Prozessautomatisierung auf eine ganz neue Stufe gehoben. Zentralistische Steuerungsansätze werden abgelöst von flexibel konfigurierbaren, dezentralen Strukturen“, erklärt Roßmann.

Zur Überführung der Projektergebnisse in Wissenschaft und Wirtschaft planen die Projektbeteiligten schrittweise unter anderem die Beratung potenzieller Anwender, Präsentations- und Demonstrationsveranstaltungen und die Integration von Smart Forestry in IT-Dienste und Forsttechnologien.

Hintergrund

Bislang ist die Holzernte in Forstbetrieben nicht oder nur ungenügend in IT-Prozesse eingebunden. Während die zeitlich davorliegende forsttechnische Einsatzplanung teilweise softwaretechnisch unterstützt wird, setzen Logistikkonzepte meist erst ab dem bereitgestellten Polter an. Der forsttechnische Holzernte-Produktionsschritt ist oft nicht in die Prozesslandschaft integriert und wird außerhalb der Forstmaschine kaum digital unterstützt. Die Bereitstellung von Echtzeitdaten der Maschinen und Geräte im Wald wird zwar aktuell in herstellerspezifischen Lösungen umgesetzt, eine prozessübergreifende Nutzung ist aber nicht in Sicht. Außerdem erwiesen sich die großen Datenmengen bislang als Hemmnis.

Mit der Entwicklung eines clusterübergreifenden Ansatzes auf der Grundlage der Prinzipien der Industrie 4.0 trägt das Projekt Smart Forestry diesem Umstand Rechnung und ermöglicht eine vorausschauende, flexible, dezentrale Prozessketten-Steuerung.

Prinzipien der Industrie 4.0

Wald und Holz 4.0 überträgt die Prinzipien der Industrie 4.0 auf das Cluster Wald und Holz. Die Bundesministerien für Wirtschaft und Energie und für Bildung und Forschung erklären diese Prinzipien auf ihrer Plattform Industrie 4.0:

Die Fabrik der Industrie 4.0 ist geprägt von einem bisher nicht gekannten Ausmaß an Automation unter massiver Nutzung des Internets. Unterschiedliche Systeme müssen miteinander kommunizieren und interagieren. Dafür werden gemeinsame Schnittstellen gefunden und harmonisiert, wobei möglichst international abgestimmte Normen und Standards zugrunde liegen sollen.

Die Rolle des Menschen ist zunächst die des Entwicklers und Nutzers, der die laufenden Prozesse kontrolliert, überwacht und erforderlichenfalls steuernd eingreift. […] Die Interaktion und Kommunikation zwischen Erzeugern mit Maschinen und Personal geht über Betriebs- und Unternehmensgrenzen hinaus. Firmen verschiedenster Branchen sind miteinander in einem Wertschöpfungssystem vernetzt, etwa Zulieferer, Logistikunternehmen und Hersteller. Eine Referenzarchitektur, also eine einheitliche Begriffs- und Methodenstruktur, bildet dafür die Basis. […]

Quelle: plattform-i40.de/Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Ansprechpartner: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe)