Proaktiver Digitaler Zwilling des Walds

Der Branchencluster Wald und Holz ist eine nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Größe, insbesondere auch in NRW. Die Chancen und Herausforderungen des digitalen Zeitalters machen auch vor ihm nicht halt. Das Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0 (https://www.mmi.rwth-aachen.de/projekt/kwh40/) erarbeitet derzeit die notwendigen Grundlagen, um die Konzepte und Ideen von Industrie 4.0 auf die Forstwirtschaft zu übertragen.

Ein grundlegender technologischer Ansatz ist dabei die Abbildung von Wertschöpfungsketten durch die Vernetzung sogenannter Cyber-Physischer Systeme (CPS), also Einheiten aus einem Asset in der realen Welt und einem Digitalen Zwilling (DZ) in der Informationswelt (siehe Abbildung). Neben Maschinen (Forstmaschine, Sägewerk …) und Geräten (Kettensäge, Freischneider …) umfasst Wald und Holz 4.0 auch nicht-technische Assets. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Wald selbst.

Ein proaktiver DZ Wald soll über seinen aktuellen Zustand Bescheid wissen (z.B. Alter und Baumart seiner Bäume über entsprechende Inventurdaten, Informationen über Umweltsensoren …), kennt zuvor durchgeführte Maßnahmen (z.B. Holzernte mit Entnahme von x Bäumen vor n Jahren) und die notwendigen Ansprechpartner (z.B. Waldbesitzer, zuständiger Förster …). Ebenso kann er Prognosen über seine zukünftige Entwicklung durchführen (auf Basis existierender Software zur Waldwachstumssimulation). Proaktiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass er zudem von sich aus Handlungen vornimmt, beispielsweise die ökologische Notwendigkeit oder wirtschaftliche Sinnhaftigkeit (durch Beobachtung der Marktsituation) einer Holzernte erkennt und diese eigenständig durch Kontaktaufnahme mit entsprechenden anderen Digitalen Zwillingen (Waldbesitzer, Förster, Einschlagsunternehmen, Forstmaschine …) initiiert. So wird der Wald selbst zum aktiven Dreh- und Angelpunkt rund um die verschiedenen Prozesse (Inventur, Pflege, Ernte, Tourismus, Jagd …).

Im Rahmen dieser Arbeit soll solch ein proaktiver DZ Wald Cloud-gestützt entwickelt werden. Die Arbeit umfasst die theoretische Erarbeitung des Themenkomplex aus Industrie 4.0, Wald und Holz 4.0, Datenmodellierung (von Digitalen Zwillingen und Waldinventurdaten mit der Sprache ForestML) und Verhaltensmodellierung (“wie bildet man das proaktive Verhalten eines solchen DZ ab”). Danach sollen Aufbau und Umfang des DZ Wald anhand von Referenzszenarien spezifiziert werden. Hier kann nach Rücksprache mit dem Betreuer ein individueller Fokus gesetzt werden. Anschließend soll der so spezifizierte DZ Wald prototypisch umgesetzt werden.