30.11.2021

Holzernte 4.0: Clusterübergreifende Digitalisierung

Verbundvorhaben Smart Forestry entwickelt clusterübergreifende, auf Konzepten von Wald und Holz 4.0 beruhende Ansätze für eine intelligente, vollintegrierte Holzernte.

Ziel

Ziel des achtteiligen Verbundvorhabens Smart Forestry ist es, clusterübergreifende, auf Konzepten von Wald und Holz 4.0 beruhende Ansätze für eine intelligente, vollintegrierte Holzernte zu entwickeln. Mithilfe digitaler Zwillinge vernetzt das Smart-Forestry-Konzept erstmals alle Akteure entlang der Holzernte-Wertschöpfungskette – von der Einschlagsplanung bis zur Anlieferung beim Abnehmer. Situationsspezifisch frei konfigurierbare Wertschöpfungsnetzwerke erlauben die Kommunikation aller beteiligten Akteure auf Augenhöhe. Damit wird die Steuerung, Bewertung und Optimierung des Holzernteprozesses und seine Integration in vor- und nachgelagerte Prozessstufen möglich.

Aufgaben

• Nutzung und Erweiterung offener Standards für Kommunikationsprotokolle und Informationsmodelle zum Aufbau eines vollintegrierten Holzernteprozesses auf Grundlage digitaler Zwillinge der beteiligten Akteure und Systeme,

• Definition entsprechender maschinen-, geräte-, anwendersoftware- und cloud-spezifischer Infrastrukturen unter Berücksichtigung der unternehmensübergreifenden Informationsnutzung, des Datenschutzes und der Informations- und Datensicherheit,

• praxistaugliche Implementierung relevanter Schnittstellen der digitalen Zwillinge zur Integration notwendiger technischer Assets (z. B. Daten, Maschinen, handgeführte Geräte) in den betrachteten Holzernteprozess,

• Prozessintegration des über die digitalen Zwillinge abgebildeten kompletten forsttechnischen Arbeitsschrittes in die Prozessketten-Landschaft unter Berücksichtigung aller Akteure entlang der Wertschöpfungskette der Holzernte,

• Nutzung der Prozessinformationen in übergeordneten Planungsinstrumenten der Akteure, z.B. zur vorausschauenden Wartung,

• Überprüfung und Validierung des Ansatzes anhand konkreter Referenzszenarien sowie

• Adaption und Integration in reale Betriebssituationen bei Praxispartnern unterschiedlicher Betriebsgröße und -strukturen.

Beispielhaft konfiguriertes Wertschöpfungsnetzwerk zur Durchführung einer Erntemaßnahme in Wald und Holz 4.0 (Bildkomposition: RWTH Aachen, Forstmaschine/Kabine/HSM-Logo: Fa. HSM, restliche Fotos: Pixabay).

Status Quo

Die Holzernte als Teil der multifunktionalen Waldwirtschaft bewegt sich immer mehr im Spannungsfeld zwischen ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Anforderungen. So sind alle Beteiligten zur bedarfsgerechten Waldnutzung verpflichtet. Gleichzeitig rückt die umweltschonende Produktion in den Vordergrund und wird durch die Vergabe von Umweltzertifizierungen belohnt. Darüber hinaus leisten Wälder einen entscheidenden Beitrag bei der CO2-Minderung. Deshalb wird die Holzernte und Waldnutzung von Teilen der Bevölkerung kritisch hinterfragt.

In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl an Konzepten und technischen Lösungen entwickelt, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Es fehlt bislang aber ein übergreifender und dennoch dezentral umgesetzter Ansatz, um die vorhandenen Konzepte und Lösungen in die Praxis zu bringen.

Mit Smart Forestry soll dieser clusterübergreifende Ansatz für eine transparente und nachhaltige, in wirtschaftliche wie gesellschaftliche Prozesse integrierte Forstwirtschaft entwickelt werden.

Vorteile

• Vernetzung der Akteure entlang der Wertschöpfungskette, Verbesserung des Verständnisses vor- und nachgelagerter Prozessschritte

• Einblick und Eingriff in Echtzeit in die jeweils relevanten Produktionsabläufe der Holzernte aller beteiligten Akteure

• hoher Automatisierungsgrad erleichtert Prozessbewertung und -optimierung

• Sicherung von Termintreue, gleichmäßiger Produktion und Lieferung

• Lückenloser Nachweis der Holzherkunft

• Kostensenkung durch Reduktion von Stand- und Ausfallzeiten und Verbesserung von Wartungsintervallen

• Erhöhung der Arbeitssicherheit u. a. durch Erfassung der Geoposition der einzelnen Akteure

• Steigerung der Wertschöpfung durch Prozessbeschleunigung und -absicherung bei allen beteiligten Akteuren

Projektdaten und -partner

Verbundvorhaben: Spezifikation, Entwicklung und praktische Erprobung neuer, auf Wald und Holz 4.0-Konzepten beruhender Ansätze für eine intelligente und vollintegrierte Holzernte (SmartForestry)

Teilvorhaben 1: Entwicklung von Architektur und Schablonen Digitaler Zwillinge und Mensch-Maschine-Schnittstellen (SmartForestry-MMI); Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Institut für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI)
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254A

Teilvorhaben 2: Entwicklung Digitaler Zwillinge, Predictive Maintenance und Umsetzung in Referenzszenarien mit Fokus Großmaschinen (SmartForestry-HSM); Hohenloher Spezial-Maschinenbau GmbH & Co. KG
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254B

Teilvorhaben 3: Evaluation und Dissemination und Integration, Optimierung, Test und Evaluation in Referenzszenarien (SmartForestry-FBZ); Landesbetrieb Wald und Holz NRW Forstliches Bildungszentrum
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254C

Teilvorhaben 4: Entwicklung Digitaler Zwillinge großer Waldbesitzer, Aufbau der Referenzszenarien (SmartForestry-BaySF); Bayerische Staatsforsten AöR - Bereich Informations- und Kommunikationstechnik

https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254D

Teilvorhaben 5: Entwicklung Digitaler Zwillinge und Umsetzung in Referenzszenarien mit Fokus handgeführte Geräte (SmartForestry-STIHL); Andreas Stihl AG & Co. KG
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254E

Teilvorhaben 6: Entwicklung Digitaler Zwillinge der Abnehmerseite, zert. Holzernte, Aufbau der Referenzszenarien mit Fokus Holztransport (SmartForestry-UPM); UPM Biochemicals GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254F

Teilvorhaben 7: Auswirkungen auf die Arbeit im Wald, Dokumentation und Wissenstransfer (SmartForestry-KWF); Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik (KWF) e. V.
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254G

Teilvorhaben 8: Entwicklung von Architektur und Schablonen Digitaler Zwillinge und Mensch-Maschine-Schnittstellen (SmartForestry-IFOS); IFOS GmbH
https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=2220NR254H

Projekt-Laufzeit:

Oktober 2021 bis September 2024