[vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Food meets IT“ font_container=“tag:h2|font_size:38|text_align:left|color:%23e30613″ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1523261603274{margin-top: -25px !important;}“][vc_custom_heading text=“Der Digitale Zwilling erobert die Lebensmittelindustrie“ font_container=“tag:h2|font_size:22|text_align:left|color:%23f07d00″ use_theme_fonts=“yes“][vc_column_text]Ein Beitrag von: Tatjana Nisic, Florian Conradi, Oliver Niggemann, Kevin Pinkal, Jan Schneider, Patrick Wefing, Fan Zhang, Hochschule Ostwestfalen-Lippe[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Kurz und bündig:“ font_container=“tag:h3|font_size:17|text_align:left|color:%23ffffff“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1519747666609{padding-left: 15px !important;background-color: #f07d00 !important;}“][vc_column_text css=“.vc_custom_1522850014831{border-top-width: 1px !important;border-right-width: 1px !important;border-bottom-width: 1px !important;border-left-width: 1px !important;padding-top: 10px !important;padding-right: 10px !important;padding-bottom: 10px !important;padding-left: 10px !important;background-color: #eaeaea !important;border-left-color: #aaaaaa !important;border-left-style: solid !important;border-right-color: #aaaaaa !important;border-right-style: solid !important;border-top-color: #aaaaaa !important;border-top-style: solid !important;border-bottom-color: #aaaaaa !important;border-bottom-style: solid !important;border-radius: 1px !important;}“]

Das theoretische Konstrukt „digitaler Zwilling“ ist bisher in den meisten Industriebranchen nicht hinreichend umgesetzt. Die strategische Partnerschaft smartFoodTechnologyOWL erprobt und erforscht die Anwendung des Konstrukts auf die Lebensmittelindustrie in einem interdisziplinären Forscherteam und in der Anwendung auf reale Produktionsbedingungen der Industriepartner.

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row css=“.vc_custom_1519752670572{margin-top: -10px !important;}“][vc_column][vc_column_text]

In vielen Industriebranchen wird das Konzept des Digitalen Zwillings diskutiert, in einigen bereits angewendet. Smarte Produktentwicklung und smarte Fabriken sind gängige Begriffe, doch smarte Lebensmittel? Die Hochschule Ostwestfalen-Lippe erprobt derzeit den Digitalen Zwilling von Lebensmitteln in einem Projekt mit Akteuren aus Wirtschaft, Politik und Gesellschaft.

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Während die Grundsteine für die Technologie des digitalen Zwillings und seiner Anwendung in der Industrie bereits Anfang des Jahrtausends in den USA gelegt wurden [1, 2], ist der branchenübergreifende „Hype“ des gegenwärtigen Jahrzehnts unter dem allgemeinen Motto Industrie 4.0 bis dato primär unter der Federführung von Branchen wie Automobil und Telekommunikation zu verzeichnen. [3, 4] Dabei bieten digitale Technologien gerade für Branchen mit einem vergleichsweise geringen digitalen Technologisierungsgrad und einer vergleichsweise großen gesellschaftlichen Durchdringung ein erhebliches Potenzial. Zu einer bisher in diesem Hinblick weitestgehend vernachlässigten Branche zählt die Lebensmittelindustrie.

[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Strategische Partnerschaft als eine gezielte Steuerung der digitalen Transformation“ font_container=“tag:h3|text_align:left“][vc_column_text]

Zwar erfolgt ein signifikanter Anteil der Lebensmittelproduktion, nicht nur in OECD Staaten, hochgradig automatisiert und industriell, dennoch hat der „digital turn“ diesen Industriezweig noch unzureichend erfasst. [5] Ein Ansatz, diesem Umstand zu begegnen, ist eine in der Region Ostwestfalen-Lippe (OWL) gestartete strategische Partnerschaft zwischen der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, rund 50 Industriepartnern aus der lebensmittelverarbeitenden Industrie sowie weiteren Akteuren aus Forschung, Politik und Gesellschaft. Dabei ist Ostwestfalen-Lippe bereits jetzt durch den Spitzencluster „it’s OWL“ als Modellregionen in puncto Industrie 4.0 sowohl national als auch international bekannt. Nach dem Motto „OWL – where food meets IT“ gestaltet nun die neue Partnerschaft gemeinsam den Weg durch die digitale Transformation in der Lebensindustrie: Von der Erforschung und Erprobung neuer Technologien bis zu ihrer konkreten Umsetzung. Der Kerngedanke hinter dem Zusammenschluss ist eine gezielte Steuerung des digitalen Transformationsprozesses durch die Bildung eines solchen strategischen Clusters (smartFoodTechnologyOWL). Besonders ist auch das Spezifikum des betreffenden Industriezweiges: das finale Produkt „Lebensmittel“ betrifft jedes einzelne Mitglied der Gesamtgesellschaft. Lebensmittel sind im Gegenteil zu Autos, Konsumgütern oder Möbeln für die Gesamtgesellschaft rein physiologisch von zentraler Bedeutung, ihre Herstellung, Qualität und Sicherheit ist von hohem gesellschaftlichen Interesse. Die Bündelung von Industrie-4.0-Technologien mit diesem Industriezweig ist somit konsequenterweise nicht nur im Mikrokosmos der Region Ostwestfalen-Lippe ein sinnvolles Unterfangen.

[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Neue Möglichkeiten der Lebensmittelverbesserung durch Industrie 4.0 Technologien“ font_container=“tag:h3|text_align:left“][vc_column_text]

Gerade der Qualität von Lebensmitteln misst die Partnerschaft eine besondere Bedeutung bei. Wenn Lebensmittel nicht die gesetzten Qualitätsstandards erfüllen, führen die gefundenen Mängel zu Misserfolgen am Markt, höheren Herstellungskosten und Reklamationen sowie zur Schädigung des Markenimages. Die Qualität von Lebensmitteln ist zudem auch unter Verbraucherschutzaspekten besonderes wichtig. Daher beschäftigt sich das erste zentrale Projekt der Partnerschaft mit der Fragestellung „Wie kann die Qualitätssicherung von Lebensmitteln nachhaltig mit digitalen Mitteln sicherer und effizienter gestaltet werden?“. Dieses Impulsprojekt wird gemeinsam von der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und Industriepartnern unter realen Produktionsbedingungen bearbeitet. Um die Qualität von Lebensmitteln beurteilen zu können, bedarf es nicht nur der Prüfung von chemischen, physikalischen, sensorischen und mikrobiologischen Eigenschaften von Lebensmitteln. Je nach Perspektive gehören zur Lebensmittelqualität im weiter gefassten Sinne auch Eigenschaften wie ethische Standards oder Umwelteinflüsse der Herstellung. Industrie 4.0 Technologien bieten neue Möglichkeiten, die Qualität von Lebensmitteln maßgeblich zu verbessern. Gerade das Konzept des digitalen Zwillings schafft ein vielversprechendes theoretisches Lösungskonstrukt für diese Problemstellung.

[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Qualitätskontrolle der Produkte durch einen „virtuellen Zwilling“ in „Echtzeit““ font_container=“tag:h3|text_align:left“][vc_column_text]

Dem an und für sich simplen Kernproblem ist umso schwieriger zu begegnen: Die Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie basiert bis dato hauptsächlich auf der Betrachtung nur eines kleinen Ausschnitts der Produktion, die in der Regel zeitversetzt erfolgt. Vorausschauende Betrachtungen betreffen im Wesentlichen nur Kriterien im Hinblick auf die Verbrauchersicherheit. Die Qualität von Lebensmitteln wird bisher durch spezifische Qualitätsmanagementsysteme, die vor allem durch stichprobenartige Laboranalysen sowie Gefahrenanalysen, sogenannte Hazard Analysis and Critical Control Points-Konzepte (HACCP), überprüft. Insbesondere in den HACCP-Konzepten, mit denen auch Anforderungen der Lebensmittelhygieneverordnung nachgekommen wird, wird bereits auf Inline-Messtechnik zurückgegriffen, ebenso in Verbindung mit der Automation in der Lebensmittelproduktion.

Der Einsatz des digitalen Zwillings in der Qualitätssicherung der Lebensmittelindustrie wird diesen Umstand maßgeblich verändern. Denn durch die kontinuierliche Generierung eines „virtuellen Zwillings“ während des Produktionsprozesses, wird die Qualitätskontrolle zukünftig nicht mehr stichprobenartig im Nachgang an die Produktion eines bestimmten Produktes erfolgen, sondern unmittelbar, also in „Echtzeit“. Hierdurch kann der Übergang von einer retrospektiven Qualitätssicherung zu einer kontinuierlichen Echtzeitüberwachung der Qualität von Lebensmittel direkt in der Produktion gelingen. Die Produkteigenschaften und Qualität können mithilfe dieses Modells, eines digitalen Zwillings, in Echtzeit abgeleitet werden, ohne dass dabei auf zeitaufwendige Labortests gewartet werden muss. Unter günstigen Bedingungen kann außerdem auf kostspielige Sensorik verzichtet werden. Dabei ist es nicht das Ziel, die Labortests zu ersetzen, die gesetzlich in der Lebensmittelbranche geregelt bzw. in unternehmensinternen Richtlinien vorgesehen sind. Es soll vielmehr durch die frühzeitige Erkennung von Produktionsfehlern ein rechtzeitiges manuelles Eingreifen in die Produktion ermöglicht werden, um einen Produktionsausfall oder Fehlchargen zu vermeiden.

[/vc_column_text][vc_single_image image=“5329″ img_size=“large“ add_caption=“yes“ alignment=“center“][vc_custom_heading text=“Einführungsstrategien mit Vorteilen für Verbraucher und Hersteller“ font_container=“tag:h3|text_align:left“][vc_column_text]

Einen ersten Beitrag hierzu soll ein Handlungsleitfaden leisten, welcher Einführungsstrategien einer Echtzeit-Qualitätssicherung sowie Methoden zur Identifikation vorhandener Potenziale enthält. Die durch die Hochschule Ostwestfalen-Lippe erzielten Forschungsergebnisse sollen vielfältige Vorteile für Verbraucher und Hersteller mit sich bringen. Durch die Integration einer Echtzeit-Qualitätssicherung könnten Produkte in Zukunft in Echtzeit freigegeben werden und die Qualität sowie die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben für jedes Einzelprodukt sichergestellt werden. Ebenso trägt eine solche Qualitätssicherungsstrategie dazu bei, eingesetzte Rohstoffe besser auszunutzen und Ausschuss reduzieren oder sogar vermeiden zu können.

Durch die Verwendung von im Prozess vorhandenen Daten, wie zum Beispiel Rohstoff und Anlagendaten, sowie durch den Einsatz moderner datenintensiver Sensoren soll in jedem Punkt der Herstellung ein digitaler Zwilling des Produktes geschaffen werden. Der digitale Zwilling wird durch die aktuellen Qualitätsparameter des Produktes charakterisiert und ermöglicht den kontinuierlichen Abgleich mit hinterlegten Qualitätsparametern. Auf diese Weise können Abweichungen in der Qualität frühzeitig erkannt werden. Die intelligente Verarbeitung der Daten kann Hinweise auf die Ursachen der Qualitätsabweichungen geben und eine Behebung dieser ermöglichen. Somit kann sichergestellt werden, dass am Ende des Herstellungsprozesses ein Produkt steht, welches den Qualitätsanforderungen entspricht. Die Qualität von Rohstoffen aus natürlichen Quellen ist stets einer biologischen Variation unterworfen und daher nicht konstant. Dies erfolgt beispielsweise durch das Klima in der spezifischen Anbauregion der jeweiligen Rohstoffe. Der Verbraucher erwartet Produkte von konstanter Qualität und gleichbleibendem Geschmack. Dies kann durch das Wissen über die Rohstoffe basierend auf im Prozess gesammelter Daten und die Anpassung der Herstellungsprozesse zukünftig besser gewährleistet werden.

smartFoodTechnologyOWL schreitet nun seit rund einem Jahr gezielt und gemeinsam durch den Prozess der digitalen Transformation. Das Kernprinzip der Partnerschaft, das auf der Bündelung des fach- und branchenspezifischen Know-hows aus der Lebensmitteltechnologie und Industrie 4.0 mit den herstellerspezifischen Anforderungen und Herausforderungen der beteiligten Industriepartner basiert, soll der Partnerschaft einen gezielten und selbstgesteuerten Weg hin zur intelligenten Fabrik ermöglichen. Die durch die digitale Transformation gestellten Herausforderungen können nur durch die Zusammenarbeit in interdisziplinären Teams und mit spezifischer Branchenkenntnis bewältigt werden. Diesem Umstand versucht die Partnerschaft durch die Beteiligung der beiden Forschungsinstitute der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, dem Institut für Lebensmitteltechnologie NRW sowie dem Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) zu begegnen.

[/vc_column_text][ult_createlink title=“Zu den Literaturangaben“ btn_link=“url:http%3A%2F%2Fbit.ly%2F2C0zjXD|title:Literaturangaben|target:%20_blank|“ link_hover_style=“Style_1″ text_hovercolor=“#f07d00″][/vc_column][/vc_row]