Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0

Industrie 4.0 für die Herausforderungen der Holz- und Forstwirtschaft

Charakteristisch für den Branchencluster Wald und Holz ist die Vielschichtigkeit und Heterogenität seiner Struktur, die Anzahl der häufig konträren Ziele seiner Akteure und die höchst dezentral ablaufenden Prozesse. Es besteht allgemein Einigkeit, dass diese Herausforderungen mit den jetzigen technischen und betriebswirtschaftlichen Ansätzen nur ungenügend beherrschbar sind.

In der produzierenden Industrie heißt die Antwort auf steigende Komplexität „Industrie 4.0“. Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung über die gesamte Wertschöpfungskette und den gesamten Lebenszyklus. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller beteiligten Instanzen und die Fähigkeit, aus den Daten zu jedem Zeitpunkt den optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Industrie 4.0 kann also die dezentrale Informationstechnik – das Internet der Dinge und Dienste – für einen höchst dezentral organisierten und agierenden Cluster Wald und Holz liefern. Maßgebliche Konzepte von Industrie 4.0 passen also perfekt zu den Strukturen der Holz- und Forstwirtschaft.

Deutsche Industrieverbände haben auf Initiative der Bundesregierung die „Plattform Industrie 4.0“ gegründet, um die Herausforderungen der vierten industriellen Revolution gemeinsam anzugehen. Eine ähnliche Strategie soll in Zukunft mit dem „Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0“ verfolgt werden. Konzepte aus der Industrie werden dabei auf den Branchencluster Wald und Holz übertragen und liefern konkrete Lösungsansätze für unterschiedliche Fragestellungen.

Digitalisierung der Holz- und Forstwirtschaft

In der Holz- und Forstwirtschaft besteht unzweifelhaft der Bedarf an innovativen Informations- und Kommunikationstechnologien. Dabei existieren bereits vielfältige technische Lösungen für unterschiedliche Bereiche, hier waren Holz- und Forstwirtschaft in den letzten Jahren, auch im Vergleich mit anderen Branchen, sehr kreativ und innovativ. Diese gilt es geeignet in übergeordnete Prozesse zu integrieren und dort miteinander zu vernetzen. Ebenso wichtig ist es jedoch, Antworten auf die enorme Komplexität des Branchenclusters zu entwickeln. Wie gestaltet man z.B. die höchst dezentral ablaufenden Prozesse mit einer Vielzahl unterschiedlicher Akteure und langen Lieferketten? Zudem existieren vielfältige, teilweise auch neue und häufig konträre Anforderungen an die Waldbewirtschaftung wie Holzmobilisierung, Waldumbau, Ökosystemdienstleistungen und Klimawandel. Hier muss der Cluster mit geeigneten technischen Lösungen reagieren. Die Technologien hierfür stehen mittlerweile zur Verfügung und warten nur darauf, eingesetzt zu werden.

Für eine effiziente und intelligente Holz- und Forstwirtschaft bieten sich verschiedene digitale Technologien an. Zu Beginn steht die Digitalisierung des Waldes. Über Fernerkundungs- und terrestrische Methoden ist es mittlerweile möglich, den Wald detailliert digital abzubilden. Die Digitalisierung von Maschinen und Geräten integriert diese optimal in Wertschöpfungsprozesse. Diese so genannten Digitalen Zwillinge von Wald, Maschinen und Geräten sind die Grundlage von Cyber-Physischen Systemen (CPS). Die zwischen diesen CPS ausgetauschten Daten ermöglichen die Vernetzung und damit die Digitalisierung von Prozessen. Das ist der Ausgangspunkt für die Automatisierung z.B. von Prozessen, die aktuell von vielen manuellen Tätigkeiten geprägt sind. Bei der technischen Umsetzung wird das Cloud-Computing in Verbindung mit maßgeschneiderten Dienstleistungen für eine breite Masse der Anwender eine große Rolle spielen, denn die einzelnen Aufgaben sind zu komplex, als dass sie von einem einzelnen Akteur mit seiner lokalen Software- und Dateninfrastruktur sinnvoll umgesetzt werden können. Hierbei müssen die Daten stets in der Hoheit der einzelnen Akteure verbleiben.

Ziele und Vision von Wald und Holz 4.0

„Wald und Holz 4.0“ greift die grundlegenden Konzepte und Methoden von Industrie 4.0 auf und überträgt diese auf den Cluster Wald und Holz. Von zentraler Bedeutung ist die Adaption der Industrie 4.0-Technologien auf die Holz- und Forstwirtschaft mit allen hiermit verbundenen Aspekten bis hin zu Datenformaten und Datensicherheit. Allgemein akzeptierte und entsprechend umgesetzte Standards sind die Grundlage der durchgängigen Vernetzung. Durch die Optimierung von Prozessen aber auch z.B. durch neuartige Assistenzsysteme für nahezu alle Akteure in der Holz- und Forstwirtschaft vom Waldbesitzer und seinen Dienstleistern über Waldarbeiter, Forstmaschinenführer bis zum LKW-Fahrer kann auf dieser Basis dann schnell konkreter Mehrwert generiert werden.

Mittel- bis langfristig werden digitale Technologien die Holz- und Forstwirtschaft verändern. Die Vision ist die Schaffung eines „intelligenten Clusters Wald und Holz“, der in dynamischen, echtzeitoptimierten, anwendungs- und akteursübergreifenden Wertschöpfungsnetzwerken weitgehend selbstorganisierend arbeitet. Auf dem Weg liegen viele Stationen, die auf unterschiedlichen Zeitschienen bereits konkreten Mehrwert für die Praxis liefern. Intelligente und dezentral verteilte Sensoren erheben die Daten für Planung, Ausführung und Dokumentation. Assistenzsysteme und die Teilautomatisierung einzelner Prozessschritte vereinfachen die Arbeit im und mit dem Wald und verbessern die Arbeitssicherheit. Software-Monolithen werden durch vernetzte Digitale Zwillinge ersetzt, deren Vernetzung nicht nur die Prozesse in der Holz- und Forstwirtschaft optimiert, sondern auch die Gesellschaft geeignet mit einbindet. Neue Geschäftsmodelle z.B. im „as-a-Service“-Kontext wandeln den Blick auf die Holz- und Forstwirtschaft.

Dies alles wird allerdings nur gelingen, wenn Vertrauen in die Machbarkeit des Ansatzes sowie in die Sicherheit seiner IT-technischen Umsetzung aufgebaut werden und so die notwendige Akzeptanz hergestellt werden kann. Viel wird zudem davon abhängen, ob Daten einen Wert bekommen und ihre Erhebung auch entsprechend honoriert wird. So kann sich die Holz- und Forstwirtschaft selbst zu einem Vorreiter in einzelnen Aspekten der 4.0-Technologien entwickeln, wie sie es in anderen Bereichen bereits erfolgreich gemacht hat.

Das Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0

Die Überführung der Vision „Wald und Holz 4.0“ in die Praxis können aber einzelne Hersteller von Maschinen und Software oder einzelne Forschungsinstitutionen nicht leisten. Vielmehr müssen vorhandene Kompetenzen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung in einem übergreifenden Ansatz gebündelt werden. Genau dies soll das „Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0“ (http://www.kwh40.de) leisten. Es soll wesentliche Aufgaben in der Innovationskette von der Information des Clusters über Erarbeitung und Demonstration der Konzepte und der Qualifikation der Akteure bis hin zur Unterstützung bei der Konzeption konkreter Lösungen und deren Umsetzung übernehmen. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei die Einbeziehung des Menschen. Er darf nicht überfordert werden, sondern soll dabei unterstützt werden, schnell und dezentral die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Die erarbeiteten Konzepte und Standards werden korrespondierend zu Industrie 4.0 in einer „Umsetzungsstrategie Wald und Holz 4.0“ dokumentiert. Die Umsetzungsstrategie gibt ähnlich einem Leitfaden Empfehlungen und Hinweise für die praktische Umsetzung von Wald und Holz 4.0. Mit Referenzszenarien und branchenspezifischen Standards bildet sie das Fundament von Wald und Holz 4.0 und allen damit verbundenen Vorhaben.

Entwicklungs- und Testumgebungen für den Wald

Analog zu den Referenzfabriken für Industrie 4.0 wird das Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0 reale und virtuelle „Smart Forest Labs“ als Entwicklungs- und Testumgebungen zur Verfügung stellen. Smart Forest Labs sind Schlüsselkomponenten zur praktischen Umsetzung und Erprobung neu entwickelter Komponenten, Systeme und Prozesse, zur Evaluierung der Standards, zur Verbreitung des Konzepts und zur Schulung der Akteure. Smart Forest Labs demonstrieren die Leistungsfähigkeit des „Wald und Holz 4.0“-Ansatzes in realitätsnahen – real und virtuell umgesetzten – Umgebungen, an denen alle relevanten Akteure beteiligt sind. Sie machen Wald und Holz 4.0 real erlebbar und verständlich und stehen Interessenten zum Test, zur Validierung und zur Demonstration ihrer Ansätze zur Verfügung.

Das Institut für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) arbeitet zusammen mit dem Werkzeugmaschinenlabor (WZL) und dem Institut für Arbeitswissenschaft (IAW) der RWTH Aachen, RIF e.V. aus Dortmund (Konsortialführer) und dem Forstlichen Bildungszentrum für Waldarbeit und Forsttechnik (FBZ) von Wald und Holz NRW, Lehr- und Versuchsforstamt Arnsberger Wald (Umsetzungspartner) am Aufbau des Kompetenzzentrums Wald und Holz 4.0.

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Weitere Projekte

AlleAutomotiveIndustrieUmweltWeltraum

CC4Wind

27. Februar 2024

Das Projekt “Climate Community for Wind” (CC4Wind) untersucht die Akzeptanz von Windkraft....