{"id":6813,"date":"2020-10-06T08:32:48","date_gmt":"2020-10-06T06:32:48","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.iese.fraunhofer.de\/?p=6813"},"modified":"2024-02-19T12:32:11","modified_gmt":"2024-02-19T11:32:11","slug":"digitale-zwillinge-fuer-die-landwirtschaft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/digitale-zwillinge-fuer-die-landwirtschaft\/","title":{"rendered":"Digitale Zwillinge f\u00fcr die Landwirtschaft"},"content":{"rendered":"

Digitale Zwillinge als neue L\u00f6sung f\u00fcr die Landwirtschaft: In der digitalen Landwirtschaft ist der \u00fcbergreifende Austausch von Daten und Diensten immer noch ein gro\u00dfes Problem. Wir schlagen daher vor, ein grundlegend neues Konzept \u00fcber bestehende Datenstandards und -formate zu legen, ohne diese dabei abzuschaffen: Digitale Zwillinge machen dies m\u00f6glich.<\/p>\n

Dazu pr\u00e4sentieren wir in diesem Artikel elementare Konzepte und gehen auf deren Vorteile und eine m\u00f6gliche Realisierung im Rahmen der digitalen Landwirtschaft ein.<\/p>\n

Was sind Digitale Zwillinge?<\/h2>\n

Digitale Zwillinge sind virtuelle Abbilder von Dingen aus der realen Welt, physischen wie nicht-physischen. Es k\u00f6nnen nicht nur Produkte, Maschinen oder komplette Produktionsanlagen mit Digitalen Zwillingen abgebildet werden, sondern auch Prozesse und Dienste. Dabei gibt es nicht die eine, allgemeing\u00fcltige Definition eines Digitalen Zwillings, sondern kleine und gro\u00dfe Unterschiede je nach konkreter Umgebung und auch nach Branche. Typisch f\u00fcr Digitale Zwillinge ist allerdings der bidirektionale Austausch von Daten zwischen echter Welt und virtueller Repr\u00e4sentation. \u00c4ndert sich beispielsweise das reale Ding, soll diese \u00c4nderung in den Digitalen Zwilling gespiegelt und dort dargestellt werden. Umgekehrt kann eine am Digitalen Zwilling ausgef\u00fchrte Arbeitsanweisung als konkreter Arbeitsschritt in der realen Welt umgesetzt werden. Eine Spezialform in diesem Kontext ist der Digitale Schatten, der \u00bbnur\u00ab einen Fluss von Daten aus der echten Welt hin zur digitalen Repr\u00e4sentanz vorsieht und so eine Abbildung des Realen im Virtuellen bietet.<\/p>\n

In der Produktionstechnik sind Digitale Zwillinge schon lange ein Begriff. Sie sind Teil der Konzepte der Plattform Industrie 4.0 und werden \u00fcber die Steuerung einzelner Produktionsprozesse hinaus als L\u00f6sung f\u00fcr einen \u00fcbergreifenden Informationsaustausch in \u00d6kosystemen zwischen Herstellern, Zulieferern und Kunden gesehen.<\/p>\n

Digitale Zwillinge f\u00fcr die Landwirtschaft<\/h2>\n

Auch wenn die Landwirtschaft mit ihren Gesch\u00e4fts- und Arbeitsprozessen nicht Eins-zu-Eins mit der Umgebung aus Produktionsindustrien verglichen werden kann, lohnt es sich doch, dort etablierte Konzepte wie Digitale Zwillinge auf ihre Anwendbarkeit in der Landwirtschaft hin zu pr\u00fcfen. Digitale Zwillinge sind prinzipiell f\u00fcr eine breite Reihe von Wirtschafts- und Produktionsg\u00fctern denkbar: vom virtuellen Abbild einer einzelnen Pflanze oder Milchkuh bis zum Acker oder Stall, von der digitalen Repr\u00e4sentanz eines Umweltsensors \u00fcber den einer Landmaschine bis hin zum gesamten Betrieb als \u00bblandwirtschaftliche Produktionsst\u00e4tte\u00ab.<\/p>\n

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts Cognitive Agriculture (COGNAC)<\/a> untersuchen wir unter anderem die Einsatzm\u00f6glichkeiten von Digitalen Zwillingen in der landwirtschaftlichen Produktion. Am Beispiel des \u00bbDigitalen Feldzwillings\u00ab m\u00f6chten wir die Frage er\u00f6rtern, ob Digitale Zwillinge in der Landwirtschaft \u00e4hnliche Erwartungen wie in der Industrie 4.0 erf\u00fcllen k\u00f6nnen. Konkret geht es uns dabei um den Digitalen Zwilling als m\u00f6gliches L\u00f6sungskonzept f\u00fcr verbesserte Interoperabilit\u00e4t, Sicherheit und Zukunftsf\u00e4higkeit digitaler Angebote.<\/p>\n

Der Digitale Feldzwilling<\/h2>\n

Betrachtet man einen Ackerschlag als m\u00f6gliches Einsatzgebiet f\u00fcr Digitale Zwillinge, k\u00f6nnte man sich dieses Szenario wie folgt vorstellen: Der Digitale Feldzwilling f\u00fchrt alle Informationsquellen zum realen Feld zusammen. Dazu geh\u00f6ren u.a. von Maschinen erfasste Arbeitsprozesse, aus Softwarel\u00f6sungen \u00fcbertragene Informationen, von Sensoren live erfasste Daten usw. Diese Informationen werden im Feldzwilling vorgehalten und k\u00f6nnen von Anwendungen und Landwirten genutzt werden. Dabei speichert der Digitale Feldzwilling einerseits Informationen ab und kann so eine Historie von Daten anbieten; andererseits bietet er aber auch eine Schnittstelle f\u00fcr den Zugriff auf aktuelle Sensordaten wie z.B. Satellitenbilder oder Wetterdaten. Der Feldzwilling ist in diesem Szenario als zentrale Komponente vorgesehen, die einen Ackerschlag repr\u00e4sentiert und von beliebigen Akteuren und Personen genutzt werden kann \u2013 sofern dies vom Eigent\u00fcmer bzw. P\u00e4chter des Ackerschlages erlaubt wird. So kann beispielsweise ein Farm-Management-Informationssystem (FMIS) erg\u00e4nzend zur eigenen Datenhaltung auf Daten aus dem Feldzwilling zugreifen oder sogar komplett auf eine eigene Speicherung verzichten.<\/p>\n

\"Datengewinnung<\/p>\n

Datengewinnung und Datennutzung im Kontext des Digitalen Feldzwillings<\/em><\/p>\n

Neben der reinen Bereitstellung von Daten steckt gro\u00dfes Potenzial im Angebot von erweiterten Abfragem\u00f6glichkeiten oder intelligenten Diensten, die auf den Daten im Feldzwilling basieren. Solche k\u00f6nnen z.B. h\u00e4ufige Anfragen b\u00fcndeln oder auch auf Simulationen basierende Prognosen liefern, d.h. der Feldzwilling bietet auch selbst Dienste an.<\/p>\n

Mehr als ein digitaler Schatten<\/strong><\/p>\n

Bisher zeigt das beschriebene Szenario gro\u00dfe \u00dcberlappungen mit dem Konzept eines digitalen Schattens, da vornehmlich Daten zusammengef\u00fchrt und zur Nutzung angeboten werden. Der umgekehrte Informationsfluss ist allerdings auch denkbar. Ein Beispiel ist das Ausl\u00f6sen von Feldbearbeitungen oder auch nur -analysen \u00fcber den Digitalen Feldzwilling. So k\u00f6nnte ein Landwirt im FMIS einen Auftrag zur Zusammenstellung aller aktuell verf\u00fcgbaren Statuswerte zu einem Ackerschlag im Feldzwilling ausl\u00f6sen, der dann von einem dem Feldzwilling zugeordneten Dienst ausgef\u00fchrt wird und alle verf\u00fcgbaren Daten in der Historie mit aktuellem Zeitstempel ablegt.<\/p>\n

\"Digitaler<\/p>\n

Daten und Dienste eines Digitalen Feldzwillings (Beispiel)<\/em><\/p>\n

Im Folgenden f\u00fchren wir einige Kernelemente Digitaler Zwillinge auf, die so auch f\u00fcr den Digitalen Feldzwilling umgesetzt werden k\u00f6nnen:<\/p>\n