Digitaltechnik im Weinbau: Digitaltechnik im Weinbau: Digitalisierung weinbaulicher Produktionsprozesse vom Status quo zur praktischen Umsetzung

Primäre Ziele

• Cyber-physische-Systeme

Ein Cyber-physisches-System (CPS) repräsentiert die angestrebte Einheit von Realität und digitalem Abbild – eine Weiterentwicklung der synergetischen Ansätze der Mechatronik zu einem symbiotischen Systemansatz auf Basis der informationstechnischen Vernetzung aller Komponenten. CPS sind inzwischen zentraler Trend in der Produktentwicklung. Sie bilden die Grundlage für Ziele von technischen Systemen: (I) autonome Systeme (Bespiel: Steuerung der Aktorik in einer systeminternen Rebenanlage, die dem System erlaubt, im Betrieb neue Aktionen zu lernen); (II) dynamisch vernetzte Systeme (Beispiel: lichtbasierte Navigation von fahrerlosen Transportsystemen, die erst durch das Zusammenspiel vieler Einzelsysteme möglich wird, die dazu aber autark voneinander agieren können); (III) interaktive soziotechnische Systeme (Beispiel: multimodale Interaktion mit Sprache und Gestik auf Basis unterschiedlichster Technologien wie Augmented Reality); (IV) Produkt-Service-Systeme (Beispiel: Prognose eines drohenden Maschinenausfalls und automatische Bestellung von Ersatzteilen).

• Kognitive Systeme und Robotik

Komplexe Prozesse überwachen, intelligent analysieren und sie dazu befähigen, auch in ungeplanten oder unbekannten Situationen eigenständig richtig zu entscheiden: Dieses Ziel wird mithilfe neuer kognitiver Funktionen für Roboter und Automatisierungslösungen, die Verfahren des maschinellen Lernens (ML) nutzen, verfolgt. ML-Verfahren spielen dort ihren Mehrwert aus, wo die Parameter eines Produktionsprozesses nicht oder nur unvollständig bekannt sind, wo sich diese häufig ändern und wo die Komplexität eines Prozesses so hoch ist, dass er nicht modelliert und im Weiteren nicht als ein feststehender Ablauf implementiert werden kann (Beispiel: Kulturarbeiten in Rebenanlagen).

• Autonome mobile Roboter in unstrukturiertem Gelände

Um selbstständig in einer unbekannten und dynamischen Umgebung zu agieren und Nutzfunktionen zu erfüllen, ist es unerlässlich, die Umwelt zu explorieren und in geeigneter Weise zu modellieren. Hierfür ist das Ziel, eine modular aufgebaute Algorithmen-Toolbox für autonome Robotersysteme anzuwenden. Sie beinhaltet Komponenten, welche sich von der Umgebungswahrnehmung über die Aufgaben- und Bewegungsplanung bis hin zur konkreten Nutzfunktionsdurchführung erstrecken.

• Cybersicherheit als Basis erfolgreicher Digitalisierung

Cybersicherheit ist die Basis für eine erfolgreiche Digitalisierung und für Innovationen im Weinbau, zum Bespiel in der digitalen Produktion, der smarten Energieversorgung, in der Logistik und Mobilität oder auch in Cloudbasierten Dienstleistungen. Cybersicherheit hat das Ziel, Weinunternehmen und deren Werte zu schützen sowie Schäden zu verhindern oder zumindest die Auswirkungen möglicher Schäden zu beschränken. Sie umfasst Maßnahmen, um IT-basierte Systeme vor Manipulation zu schützen und damit deren Integrität zu gewährleisten. Weiterhin 

umfasst sie Konzepte und Verfahren, um die Vertraulichkeit sensibler Informationen sowie die Verfügbarkeit von Funktionen und Diensten zu gewährleisten.

• Resilienz als Sicherheitskonzept

Je mehr weinbauliche Anlagen auf das Funktionieren komplexer technischer Systeme angewiesen sind, desto wichtiger wird deren Resilienz: Sie müssen auch beim Auftreten innerer und äußerer Ausfälle bzw. Störungen die angeforderten Systemleistungen aufrechterhalten. Das betrifft Einzelsysteme (zum Beispiel Weinbautraktoren) ebenso wie Infrastrukturen (zum Beispiel IT-Systeme). Um das Ziel einer Resilienz-Gestaltung dieser komplexen Systeme zu erreichen, bedarf es generischer Fähigkeiten sowie anpassbarer und maßgeschneiderter technischer Lösungen, die das System im Fall von kritischen Problemen und unerwarteten oder sogar noch nie dagewesenen Ereignissen schützen.

• Fahrerlose Arbeitsmaschinen in der Weinbautechnik

Ein nachhaltiger und effizienter Weinbau kann künftig völlig neue Wege beschreiten und hochautomatisierte, möglichst vollständig elektrifizierte Weinbaumaschinen einsetzen. Der Einsatz sogenannter Roboter-Einheiten könnte sich als Ziel für zukünftige Weinbaumaschinentechnik erweisen. Sie verfügen über emissionsfreie, hocheffiziente Antriebssysteme und sind in der Lage, sich autonom zu bewegen und im Verband flexible Arbeitsbreiten sowie unterschiedlich gestaffelte Arbeitsprozesse abzudecken. Diese Roboter-Einheiten-Technologien erreichen aufgrund der Elektrifizierung, der genauen Navigation, der umfassenden Sensorausstattung sowie der autonomen Fahrfunktion auch deutlich höhere Automatisierungs- und Energieeffizienzgrade als die bisher eingesetzte Gerätetechnik.

Sekundäre Ziele

• Industrial Data Space

Der Industrial Data Space bietet eine informationstechnische Architektur zur Wahrung der Datensouveränität in Geschäftssystemen. Teilnehmer*innen des Industrial Data Space sollen Daten interoperabel mit Geschäftspartner*innen austauschen können und dabei immer das Selbstbestimmungsrecht über diese Datengüter behalten. Dieses Ziel soll durch eine informationstechnische Architektur erreicht werden, deren Anwendbarkeit und Nützlichkeit im Projekt anhand des Supply Chain Management (SCM) demonstriert wird.

• Future Work Lab

Das Future Work Lab macht für Arbeit, Mensch und Technik die Gestaltung zukunftsorientierter Produktionskonzepte für Weinunternehmen durchgängig erfahrbar. Es ermöglicht ganzheitliche Entwicklungsschritte im Umfeld des Weinbaus. Insgesamt soll das Future Work Lab maßgeblich zum Ziel beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit der Weinunternehmen durch die partizipative Gestaltung zukunftsfähiger Arbeitsumgebungen nachhaltig zu steigern.

• Big Data

Big Data ist in der Weinbaubranche ein Management-Thema und verspricht der Weinwirtschaft einen Vorsprung durch strukturiertes Wissen, mehr Effizienz und Wertschöpfung. In den modernen Weinunternehmen gibt es einen hohen Bedarf an Big-Data-Kompetenzen, individuellen Geschäftsmodellen und technischen Lösungen. Ziel ist es dabei, einerseits die Datenschätze zu identifizieren bzw. zu heben und andererseits aufzuzeigen, wie von der intelligenten Anreicherung und Analyse der Daten profitiert werden kann.

In der Konsequenz der angewandten Schlüsseltechnologien hat die Digitalisierung auf die aktuelle und weitere Entwicklung der Weinbautechnik eine enorme dynamisierende Wirkung. Das gesamte Arbeitsumfeld im Weinbau ist im Umbruch. Hochkomplexe Steuerungen steigern Effizienz, Geschwindigkeiten und Leistungen von praktisch allen technischen Weinbaugeräten. Die Entwicklung des taktilen Internets lässt es zu, dass ein Knopfdruck praktisch zeitgleich im Weinmunternehmen Wirkung zeigt. Aus den neuen Möglichkeiten erwachsen Erwartungen und Ansprüche: Die Winzer*innen gewöhnen sich nicht nur an den komfortablen Status quo, sondern auch an die Dynamik der Entwicklung weinbaulicher Prozesse. Sie erwarten zukünftig mehr von all dem, was digitalisierte Technik heute bietet. Und das bedeutet, dass die nationalen und internationalen Weinmärkte ebenso wie die Produktionstechnologien selbst der gleichen enorm gestiegenen Veränderungs- und Wachstumsdynamik unterliegen. Auch deshalb hat die Digitalisierung in der Weinbranche keine dämpfende, sondern eine antreibende Wirkung. In der Weinbaupraxis führt die Digitaltechnik in erster Linie zu einer Veränderung der Tätigkeitsprofile. Weinunternehmen müssen schneller und flexibler auf Marktänderungen reagieren. Das Lernen ist, um in Zukunft am weinwirtschaftlichen Prozess teilnehmen zu können, zur unausweichlichen Realität geworden, und die Digitalisierung mit der damit verbundenen Dynamisierung der Entwicklungen ist ein Hauptgrund dafür.