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Intelligente Maschinen und Prozesse steigern Effizienz in der Landwirtschaft

Intelligente Maschinen beim Mähen eines Feldes

Die Aktivitäten im Forschungsschwerpunkt Mobile Services and Applications konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Vorbereitung bzw. Umsetzung der beiden Forschungs- und Entwicklungsprojekte:


it’s owl-RuMorS:
Modellierung und Laufzeit-Unterstützung für hybride Wertschöpfung bei teilautonomen und mobilen Landmaschinen

RuMorS-Architektur

RuMorS-Architektur: Ziel sind effizientere und leistungsfähigere Produktionsprozesse in der Landwirtschaft. Der Lösungsansatz des Projektes RuMorS sieht vor, Dienstleistungen, Software (Apps) und Maschinen, die heute im Wesentlichen als separate Produkte am Markt erhältlich sind, enger miteinander zu verknüpfen. Praktisch bedeutet das z. B., dass der Landwirt alle Ernteprozesse auf unterschiedlichen Feldern mit den jeweils beteiligten Ernte- und Nutzfahrzeugen zentral steuern und kontrollieren kann. Parallel dazu lassen sich Dienstleistungen, etwa in Form genauer ortsbezogener Wetterprognosen, automatisiert in den Prozessablauf integrieren.

Der Gewinn des 3. Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) durch "it’s owl" Ende Januar 2012 bedeutete den Startschuss für ein fünfjähriges Innovationsprojekt: Im Technologienetzwerk "Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe" (it’s owl) entwickeln 174 Unternehmen, Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Organisationen intelligente Produkte und Produktionssysteme. In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH befasst sich die FHDW mit dem Projekt RuMorS (Runtime and Modelling Environment for mobile running Services).

Das Spitzencluster-Vorhaben behandelt die Modellierung und Laufzeit-Unterstützung für hybride Wertschöpfung bei teilautonomen und mobilen Landmaschinen. Verwendung finden Ansätze aus bisherigen FHDW-Projekten. Fragestellung: Wie können auf komplexen Maschinen durch eng verknüpfte Software und Dienstleistungen hybride Leistungen angeboten werden? Annahme: Die hoch integrierte Kombination verschiedener Subsysteme erlaubt es, die Potenziale der Maschinen besser zu nutzen und dem Anwender eine einfachere und zugleich effizientere Verwaltung anzubieten.


Die FHDW und CLAAS verfolgen bewusst einen ergänzenden Weg zum Gros anderer Forschungsansätze. Diese untersuchen primär, wie die Maschine selbst optimiert und damit intelligenter gemacht werden kann – eine maschinenbauliche und elektrotechnische Herausforderung. Das Projekt RuMorS betrachtet die Maschine hingegen als gegeben und versucht eine höhere Maschinen-Effizienz durch ergänzende Software zu erreichen, die u. a. auch eine bessere Prozessintegration der Maschine ermöglicht. Dieser Ansatz kann nicht zuletzt dadurch begründet werden, dass die typischen Entwicklungszeiten für Landmaschinen einige Jahre betragen, während kleinere Software-Module, die einen Kundenwunsch implementieren, oftmals in wenigen Monaten produktiv einsetzbar sind.

Inzwischen wurden in Zusammenarbeit mit CLAAS konkrete Ergebnisse zur Architektur des neuen Systems, zu Simulationsverfahren und zu Grundsatzfragen des möglichen Einsatzes entwickelt. Die gewonnenen Erkenntnisse fanden bereits in anerkannten, internationalen Zeitschriften Berücksichtigung.

Darüber hinaus engagierte sich die FHDW im Jahr 2013 in weiteren Cluster-Aktivitäten wie Tagungen, Workshops und der Nutzbarmachung ihrer wissenschaftlichen Erkenntnisse. So begann Ende 2013 die erste Transferphase des Spitzenclusters. Im Rahmen von kleinen, fokussierten Transferprojekten werden innovative Ideen, Verfahren und Ergebnisse aus den bisherigen Projekten des Spitzenclusters auch anderen, oftmals kleineren Unternehmen zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse, die die FHDW im Innovationsprojekt RuMorS erarbeiten konnte, werden im Rahmen eines solchen Transferprojekts einem Startup-Unternehmen der Region zugänglich gemacht – der topocare GmbH aus Gütersloh, die Maschinen und Anlagen für den Wasser- und Tiefbau herstellt und vertreibt. In dieses Projekt fließen auch frühere Ergebnisse aus dem abgeschlossenen und vom Land NRW geförderten Projekt "System-to-Process (S2P)" ein. Die Zusammenarbeit mit topocare und einem Fraunhofer-Institut als weiterem Projektpartner ermöglicht der FHDW den nachhaltigen Transfer der innovativen Erkenntnisse in die Unternehmenspraxis.


ReSyNap:
Ressourceneffiziente technische Systeme für Prozesse der Nahrungsmittelproduktion

Parallel zu den Arbeiten im Spitzencluster musste das bereits 2012 geplante und vorbereitete Projekt ReSyNap (Ressourceneffiziente technische Systeme für Prozesse der Nahrungsmittelproduktion) neu ausgerichtet werden. Es kombiniert die Erfahrungen aus der Untersuchung der technischen Besonderheiten von landwirtschaftlichen Prozessen, die aus der Zusammenarbeit mit CLAAS gewonnen wurden, mit modernen technischen Systemen wie z. B. Koptern. Zu den Projektpartnern zählt u. a. das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das den unbemannten Multirotor-Fluggeräten strategische Bedeutung zumisst. Die FHDW plant die komplexe Prozesssteuerung bei der Nutzung von Koptern für die zielgenaue Detektion und Bekämpfung von Unkraut-Nestern, z. B. Disteln, und kann auf Erfahrungen im Umgang mit Koptern aus einem mit Eigenmitteln geförderten Projekt zurückgreifen.

Die FHDW und ihre Partner GfaI (Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik) sowie DLR arbeiten an einer Fokussierung auf Kopter als Werkzeug zur minimal-invasiven Entdeckung von Schädlingsnestern und Ausbringung entsprechender Bekämpfungsmittel. Derzeit stehen deutsche Unternehmen dieser Idee, die in Japan bereits intensiv in einem anderen Kontext realisiert wird, noch sehr zurückhaltend gegenüber. Hier will die FHDW noch Überzeugungsarbeit leisten, da die geplante Nutzung von Koptern zum einen beträchtliche wirtschaftliche Vorteile birgt, zum anderen aber auch merklich über bisherige Anwendungen hinausgeht und damit auch neue wissenschaftliche Erkenntnisse verspricht.




An der Schnittstelle von Forschung und Lehre ermöglichen die mit österreichischen Hochschulen vereinbarten Kooperationen darüber hinaus die kooperative Promotion eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.

Promotion auf dem Gebiet der IT-Sicherheit

Im Jahr 2013 konnte Daniel Hintze, wissenschaftlicher Mitarbeiter der FHDW, mit seiner Promotion beginnen, die inhaltlich im Umfeld der IT-Sicherheit und insbesondere im Bereich der Entwicklung von geräteübergreifender, biometrischer Benutzer-Authentifikation auf mobilen Geräten angesiedelt ist. Daniel Hintze hat an der FHDW sowohl sein Bachelor- als auch sein Master-Studium besonders erfolgreich abgeschlossen. Aus seiner auf dem gleichen Themengebiet angesiedelten Master-Thesis ergab sich ein enger inhaltlicher Bezug zur Forschungsaktivitäten der Johannes Kepler Universität Linz sowie der Fachhochschule Oberösterreich in Hagenberg, die schließlich zu einer gemeinsamen, kooperativen Promotion mit der FHDW führten. Damit entwickelt die FHDW auch den Bereich der IT-Sicherheit weiter und kann im Gegenzug mit neuen Ansätzen für Forschungsprojekte rechnen. Begleitend zu dieser Promotion haben 2013 deshalb auch Vorarbeiten zur Beantragung eines unterstützenden Projektes beim BMBF begonnen, das über die Dauer von vier Jahren angelegt ist.


Alle Projekte auf einen Blick

Auftragsforschung
Datenaustausch-Plattform (Claas)
Datendrehscheibe (Claas)
Human Machine Interface (Claas)
Pflanzenschutz-App (Claas) 
Service Dokumente (Claas)
Technische Security im Service-Umfeld (s&n)
Waage-App (Claas)
Web Service-Eintrittskarte (s&n)

Öffentlich geförderte Projekte
it's owl-RuMorS (BMBF)
Ostseeanrainer (BMBF)
AiF coSNS (BMWi)
NEMO-Projekt Coach-ITS (BMWi)
PreSeed S2P (NRW/EU)
FH-Struktur EGG (NRW/EU)