KOMOBAR
Entscheidungsstrategien und Kommunikationsstrukturen für Kooperierende MOBile Arbeitsmaschinen in der Agrarwirtschaft.
Logistik in der modernen Agrarwirtschaft
Die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit mobiler Arbeitsmaschinen in der Agrarwirtschaft hat sich in den vergangenen zehn Jahren fast verdoppelt. Der Investitionsbedarf für diese leistungsfähigen Maschinen ist dabei stark gestiegen, so dass deren maximal effizienter Einsatz sowie eine höchste Verfügbarkeit unabdinglich für deren wirtschaftlichen Gebrauch sind.
Dadurch erhält die „Logistik-Kette“ oder auch „Supply Chain“ von der Ernte über eine oder mehrere Zwischenlagerungen bis hin zur ersten Verarbeitungsstufe eine Reihe von neuen Prämissen, Kriterien und Randbedingungen, nach denen die dort eingesetzten Maschinen bzw. verwendeten Techniken organisiert werden müssen. Bekannte Lösungen aus der industriellen Logistik können dazu aber nicht 1:1 übernommen werden, da die spezifischen und auch neuen Randbedingungen der Landwirtschaftsbranche (z. B. eine oft sehr sensible Wetterabhängigkeit, besonders starke Spitzenbelastungen zu bestimmten Zeiten, Monopolstellungen von Subunternehmern in kurzen Erntezeiten, starke zeitliche und mengenmäßige Asynchronität zwischen Ernte und Aufarbeitung/Verbrauch, etc.) in bestehenden Modellen keine bzw. nur unzureichend berücksichtigt wurden.
Neue innovative Verfahren und Technologien bei gleichzeitig stärkerer technischer Vernetzung der „Logistik-Kette“ können deutliche Verbesserungen in der Gesamt-Effizienz und –Wirtschaftlichkeit erzielen. Die dazu notwendigen Netzstrukturen müssen gebildet und für die jeweils auf die technische Ebene verlagerten Entscheidungs-Instanzen optimierende Regel entwickelt, geprüft und per Software installiert werden. Bisherigen Lösungen fehlt eine ganzheitliche, prozessorientierte Perspektive, in die alle Akteure eingebunden werden, die am Produktions- und Wertschöpfungsprozess beteiligt sind. Eine IT-gestützte Vernetzung zwischen Landwirten, Lohnunternehmen und Genossenschaften wird daher angestrebt.
Vorteile durch Optimierung der Logistikkette
Durch den optimierten Einsatz von Maschinen und Personal ergeben sich Kosteneinsparungen und Vorteile in folgender Form:
- die Kraftstoffkosten werden verringert – die Energieeffizienz steigt
- die Gesamteinsatzzeit der eingesetzten Maschinen pro Erntezyklus wird reduziert
- Reduzierung der Personalkosten
- CO2- und Schadstoffemissionen werden reduziert
- die Produktqualität bzw. Qualitätssicherung wird durch die Rückverfolgbarkeit gesteigert
- Reduzierung der Aufbereitungsaufwände für die Erntegüter (z.B. Reduzierung von Trocknungsprozessen, etc.)
Ziel von KOMOBAR
Auf der Grundlage praxisfähiger technischer, organisatorischer und wirtschaftlicher Lösungsansätze sollen ausgewählte Referenzanwendungslandschaften für die Agrarwirtschaft von der Produktion über die Lagerung bis hin zu deren ersten Verarbeitungsstufe entwickelt werden. Dabei sind alle relevanten Akteure – Landwirte, Lohnunternehmen, Genossenschaft, verarbeitende Betriebe etc. – einzubeziehen, um einen möglichst hohen Grad an Selbstoptimierung innerhalb dieser Supply Chain zu erzielen. Dabei entstehen Systeme mit offenen IT-Schnittstellen und ermöglichen innovationsfähigen KMU, dort mit eigenen Entwicklungs-, Vertriebs- und Optimierungsschritten anzusetzen.
Teilprojekte
Das Projekt KOMOBAR ist ein interdisziplinärer Forschungsschwerpunkt. Hier arbeiten Professoren und Mitarbeiter aus den Fakultäten WiSo (Wirtschafts- und Sozialwissenschaften) und IuI (Ingenieurwissenschaften und Informatik) eng zusammen.
Die Projektaufgaben wurden in drei Teilprojekte aufgeteilt:
Logistik und Geschäftsprozesse
Als ein wesentliches Problem in der Optimierung der Planung und Steuerung logistischer Netze im Bereich der Rohstoffproduktion für die Agrarwirtschaft zeigt sich das heutige Kooperationsmodell zwischen den Rohstofferzeugern und den Lohnunternehmern, Aufbereitungs- und Lagerungsbetrieben sowie der Verwendungsstufe. Die Einzelschritte der Wertschöpfungskette werden oftmals getrennt voneinander betrachtet, ohne dass eine ganzheitlich-systematische Betrachtung der logistischen Verrichtungen innerhalb dieses Abschnitts der Supply Chain stattfindet. In der landwirtschaftlichen Praxis richten Lohnunternehmer ihre Ressourcen im Wesentlichen nach dem Zeitpunkt des Auftragseingangs oder ihren persönlichen Präferenzen aus, was zwangsläufig zur Bildung von Einzeloptima führt. Eine prozessorientierte Perspektive kann jedoch besonders aus betriebswirtschaftlicher Sicht zu signifikanten Vorteilen für die beteiligten Akteure führen. Dabei geht es insbesondere um die Frage, inwieweit die Planung, Entwicklung und Umsetzung geeigneter gemeinschaftlicher Geschäftsprozesse zu Synergieeffekten führen können. Im Hinblick auf KOMOBAR steht die Simulation und Evaluation der Wirtschaftlichkeit möglicher Kooperationsmodelle.
Beteiligte Professoren
- Prof. Dipl.-Ing. Wolfgang Bode
- Prof. Dr. Diethardt Freye
IT- und Kommunikationsstruktur
Das Teilprojekt beschäftigt sich mit den Schnittstellen zu bestehenden IT-Systemen, wie sie in Teilprojekt 3 und bei den Anwendungspartnern eingesetzt werden. In Abstimmung mit Teilprojekt 1 werden Softwareansätze zur zentralen und dezentralen Informationssammlung und Entscheidungsfindung, wie sie z.B. in Multi-Agenten-Systemen realisiert wird, untersucht. Bei der Entscheidungsfindung wird der Kontext z.B. aus Informationen der beteiligten Organisationen, öffentlichen Informationsquellen (Wetter etc.) sowie relevante Geoinformationen berücksichtigt. Entsprechend der Erkenntnisse aus TP3 sind unterschiedliche Zielplattformen, wie sie im Anwendungsbereich vertreten sind zu berücksichtigen.
Das Teilprojekt 2 entwickelt eine selbstorganisierte verteilte Kommunikationsplattform, die eine sichere, effiziente und robuste Kommunikation (auch für ländliche Gebiete) zwischen den mobilen Arbeitsmaschinen untereinander und zu der IT-Infrastruktur der Unternehmen ermöglichen soll. Dies erfordert Mechanismen für eine einfache und sichere dynamische Komposition von Netzen für den jeweiligen Einsatz kooperierender Maschinen und der beteiligten Akteure.
Teilprojekt 2 realisiert ein selbst konfigurierendes und optimierendes Kommunikations-Gateway für mobile Arbeitsmaschinen, die den Anwendungsentwickler von der Komplexität der Kommunikation in mobilen verteilten Systemen entlastet.
Beteiligte Professoren
- Prof. Dr.-Ing. Clemens Westerkamp
- Prof. Dr.-Ing. Ralf Tönjes
Anwender und Synchronisation
Das Teilprojekt 3 untersucht die agrartechnische Praxis und entwickelt auf dieser Basis eine systematische Beschreibung der bestehenden Geschäftsprozesse und der eingesetzten Technologien.
Gemeinsam mit dem Teilprojekt 1 werden Optimierungspotentiale der bestehenden Geschäftsprozesse lokalisiert. Hierbei vertritt das Teilprojekt 3 projektintern die Anwenderseite. Die gleiche Aufgabe übernimmt das Teilprojekt 3 bei der Konzeption der selbstorganisierten, verteilten Kommunikationsplattform in Teilprojekt 2. Darüber hinaus werden Schnittstellen zu den vorhanden Maschinensystemen definiert.
Eine wesentliche Aufgabe des Teilprojekt 3 wird im Prototypentest liegen. Hier geht es darum, die Lösungen der Teilprojekte 1 und 2 im Feldversuch zu erproben. In Abstimmung mit den anderen Teilprojekten sind Referenzanwendungslandschaften zu definieren, an denen die erreichte Optimierung und die Praxistauglichkeit validiert werden kann. Hier bietet sich die Chance mit Hilfe der überwiegend regionalen Kooperationspartner eine Anwendungslandschaft tatsächlich als Modellregion real zu installieren.
Beteiligte Professoren
- Prof. Dr.-Ing. Bernd Johanning
Für KOMOBAR ist es besonders wichtig, dass die Akteure aller relevanten Prozesse auch als Kooperationspartner in das Vorhaben eingebunden werden – von den Wertschöpfungsprozessen über die Geschäftsprozesse, den Informationsfluss bis hin zu den operativen Prozessen (Produktion, Materialfluss, Lager, Handhabung). Der Anspruch von KOMOBAR, die relevanten Prozesse ganzheitlich zu erfassen und zu berücksichtigen, spiegelt sich daher auch in der Ansprache und dem Engagement der ausgewählten Kooperationspartner wider.
Alle Kooperationspartner sind direkt oder über den Prototypentest an der Installation
einer Modellregion beteiligt.
Nachfolgend werden die Unternehmen kurz vorgestellt.
Die Lohnunternehmen Kreyenhagen und Dettmer Agrar-Service GmbH sind moderne Lohnunternehmen, die die ganze Bandbreite landwirtschaftlicher Feldarbeiten abdecken. Die Arbeitsschwerpunkte liegen in der Getreide- und Maisernte, sowie in der Kartoffeltechnik. Darüber hinaus werden auch Transportarbeiten übernommen. Die Lohnunternehmen unterstützen KOMOBAR als Anwender der im Projekt entwickelten Lösungen.
Nacherntetechnik für Getreide und Mais ist das Tätigkeitssegment, auf das sich die Riela GmbH spezialisiert hat. Für Getreide-, Mais-, Raps-, Sonnenblumen- und Hülsenfrüchteverarbeitung vertreibt die Firma u.a. Aspirateure, fahrbare und stationäre Trocknungsanlagen, Förderbänder, Trogkettenförderer, Elevatoren, Stahlrundsilos, Lagereinrichtungen, Kühlgeräte, Mahl- und Mischanlagen für Futtermittel. RIELA wurde 1972 durch den Kaufmann Karl-Heinz Knoop gegründet.
Die AGRAVIS Raiffeisen AG entstand im Oktober 2004 durch einen Zusammenschluss
der Raiffeisen Central-Genossenschaft Nordwest eG in Münster und der Raiffeisen Hauptgenossenschaft Nord AG in Hannover. Seit dieser Fusion ist die AGRAVIS Raiffeisen AG als eine von insgesamt sechs landwirtschaftlichen Hauptgenossenschaften in Deutschland als zentrale Einrichtung in den Regionen Westfalen-Lippe, Niedersachsen, Bremen, Berlin, Brandenburg und Sachsen-Anhalt vertreten. Der Hauptsitz ist in Münster und in Hannover.
Die Firma Grimme Landmaschinenfabrik GmbH & Co. KG ist Marktführer im Bereich der Kartoffeltechnik. Das Produktangebot reicht in diesem Segment vom Separieren, Legen, Pflegen, Ernten bis zum Lagern. Für KOMOBAR ist die Fa. Grimme ein wichtiger Partner, da Grimme als Maschinenhersteller im Bereich der Kartoffeltechnik den gesamten Prozess abdeckt.
Die AGROCOM GmbH & Co. Agrarsysteme KG ist ein führender Hersteller von Informationssystemen rund um Feld, Stall und Büro. Das Produktangebot von AGROCOM hat einen starken Bezug zu den Zielen von KOMOBAR. Das Unternehmen AGROCOM gehört zur CLAAS Gruppe. Durch die eigene Geschäftsausrichtung und durch den Zugang zu dem kompletten Produktangebot der CLAAS Gruppe ist AGROCOM ein besonders wichtiger Partner für KOMOBAR.
Beka Engineering entwickelt Logistiksysteme für die Intralogistik mit Anbindung an verschiedene ERP-Systeme. Kunden finden sich u.a. im Bereich der Ernährungsindustrie.
Die DIS Informationssysteme GmbH ist ein IT Softwarehaus mit Sitz in Osnabrück, das u. a. Systemlösungen und Notfallsysteme für die Logistik der Holzernte entwickelt. Sie haben sich dabei auf Entwicklungen zur Verbindung von mobilen Endgeräten und moderner Leitstellentechnik spezialisiert.
Die SCHULZ Systemtechnik GmbH, Visbeck, ist ein führender Entwickler von Investitionsgütern der agrarischen Ernährungswirtschaft. Das bereits seit 1996 nach ISO 9001 zertifizierte Unternehmen betreut mittlerweile Kunden in über dreißig Ländern auf allen Kontinenten. SCHULZ Systemtechnik zeichnet sich durch Vielseitigkeit aus. Ihre Kompetenzen finden sich in den Bereichen Agrartechnik, Automatisierungs- und Prozessleittechnik, Elektromaschinenbau und Leistungselektronik, Ex-Anlagen und Armaturentechnik, Gebäude- und Lichttechnik, Informationstechnologie, Schaltanlagenbau und Neue Energien. SCHULZ kann bezüglich der zur Zeit in der Agrarwirtschaft eingesetzten Steuerungs-Systeme informativ sehr wertvolle Beiträge im beantragten Projekt leisten und ist stark daran interessiert, an innovativen Entwicklungen für zukünftige vorteilhafte Lösungen im Bereich der Kommunikations- und Steuerungssysteme für Ihre Kunden in der Agrarwirtschaft beteiligt zu sein, um sich selbst damit auch Wettbewerbsvorteile generieren zu können.
Das Kompetenzzentrum COALA (competence of applied agricultural enginieering) der Hochschule Osnabrück ist eine interdisziplinär besetzte Plattform innerhalb der Hochschule. Motiviert durch eine langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten mit der Landmaschinenindustrie, wurde COALA im Jahr 2007 konzipiert und gegründet. Dementsprechend versteht sich COALA als Gesprächspartner der Landmaschinenindustrie für individuelle Lösungen und Forschungsansätze. Verschiedenste Labore aus unterschiedlichen Disziplinen (Maschinenbau Elektrotechnik, Informatik u. Agrarwissenschaften) sind aktiv in das Kompetenzzentrum COALA eingebunden. Durch den Kooperationspartner COALA kann KOMOBAR auf das bestehende Netzwerk (intern / extern) und auf Ressourcen außerhalb der Labore der Antragsstellen unkompliziert zugreifen.
Die Regionale Innovationsstrategie Weser-Ems e.V. wurde Mitte der 1990er Jahre entwickelt und seitdem konsequent fortgeschrieben. Heute ist RIS eine Public Private Partnership-Organisation, die von kommunalen Gebietskörperschaften ebenso wie von der Wirtschaft und Wissenschaft aus Weser-Ems getragen wird. Derzeit werden in fünf Schwerpunktfeldern Kompetenzzentren durch RIS gefördert:
- Niedersächsisches Kompetenzzentrum Ernährungswirtschaft (NieKE),
- 3N - Kompetenzzentrum Niedersachsen Netzwerk Nachwachsende Rohstoffe,
- Kompetenzzentrum für Verkehr und Logistik LOGIS.NET,
- Kompetenzzentrum Gesundheitswirtschaft (GewiNet),
- Kompetenzzentrum Zukünftige Energieversorgung (RIS-Energie).
Die genannten Kompetenzzentren bringen einerseits ihre spezifischen fachlichen Erfahrungen aus der Region in das Forschungsvorhaben ein. Andererseits leisten sie eine wertvolle Hilfestellung bei der Informations- und Datenbeschaffung bei repräsentativen Betrieben sowie weiteren Beteiligten in der Agrarwirtschaft, mit denen sie in thematischen Netzwerken bereits zusammenarbeiten.
Die Wirtschaftsförderungsgesellschaft Osnabrücker Land GmbH (WIGOS) unterstützt KOMOBAR in der Anbahnung von Kooperation und der Vernetzung mit KMU, die im thematischen Bereich des Forschungsantrages tätig sind und Interesse an einer Einbindung haben. Daneben berät WIGOS den Antragsteller im Hinblick auf die wirtschaftsnahe Anwendungsorientierung und die Verwertbarkeit der Forschungsergebnisse.
Der Bundesverband mittelständische Wirtschaft (BVMW) verknüpft das Vorhaben mit regionalen und überregionalen Unternehmen, die an der technischen oder wirtschaftlichen Entwicklung, Verwertung bzw. dem Vertrieb der Ergebnisse Interesse haben. Daneben unterstützt der Verband den Antragsteller im Bereich Öffentlichkeitsarbeit.
Im Folgenden finden sich im Rahmen von KOMOBAR erstellte Veröffentlichungen:
Aufsätze:
Kremer, H. Westerkamp, C.:
Einsatz von Agentensystemen zur Optimierung der Logistik in Produktions- und Agrarprozessen, Kapitel im Buch: Software-Agentensysteme in der Industrie, Springer-Verlag, Berlin, erscheint Ende 2012
Jacob, A., Meyer, J., Freye, D. u. Johanning, B.:
Rationalisierung der Einsatzplanung und -steuerung mobiler Arbeitsmaschinen, LANDTECHNIK Heft 3.2012
Jacob, A.; Johanning B.; u. Freye D.:
Decision Strategies and Communication Structures for Cooperating Mobile Work Machines in the Agricultural Economy. VDI-Berichte (ISSN 0083-5560), VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 2011, S. 481 – 486
Freye, D.: Agrarwirtschaft - KOMOBAR heißt der neue Forschungsschwerpunkt der Hochschule, Artikel in "Wirtschaft Osnabrück-Emsland", Ausgabe 11/2010, S.28-29.
Vorträge:
Nordemann, F.; Iggena, T.; Tönjes, R.:
Leistungsbewertung von Routingprotokollkonfigurationen in verzögerungstoleranten Netzen, 19. ITG Fachtagung Mobilkommunikation, Mai 2014, Osnabrück
Bode, W.:
IT-gestützte Vernetzung von Geschäftsprozessen von der Planung über die Ernte bis zur Erstverarbeitung, KTBL-Tagung, April 2014, Potsdam
Wessel, K.:
Simulation der landwirtschaftlichen Geschäftsprozesse zwischen Ernte und Erstverarbeiter - nach optimierenden Aspekten von Entscheidungsstrategien und Kommunikationsstrukturen, April 2013, Osnabrück
Nordemann, F.:
A communication-optimizing middleware for efficient wireless communication in rural environments, Proceedings of the 9th Middleware Doctoral Symposium of the 13th ACM/IFIP/USENIX International Middleware Conference, December 2012, Montréal, Canada
Mehmann, J.; Teuteberg, F.; Freye D.:
Fourth-Party-Logistics Provider (4PL) – Ein Geschäftsmodell in der Nacherntelogistik? 70. Internationale Tagung “LAND.TECHNIK 2012“, 06. und 07. November 2012, Karlsruhe
Jacob, A.; Johanning B.; u. Freye D.:
Rationalisierungspotentiale bei der Einsatzplanung und -steuerung mobiler Arbeitsmaschinen im Rahmen der landwirtschaftlichen Leistungserstellung, 70. Internationale Tagung “LAND.TECHNIK 2012“, 06. und 07. November 2012, Karlsruhe
Nordemann, F., Kraatz, F., Tönjes, R.:
Kooperierende mobile Ad-Hoc-Netzwerke (MANETs) und drahtlose Sensornetzwerke (WSNs) im Umfeld der Agrarwirtschaft, Workshop Drahtlose Sensor-Aktor-Netzwerke, 22. ; Internationale Wissenschaftliche Konferenz Mittweida, Oktober 2012, Mittweida
Kremer, H. Westerkamp, C.:
Context Aware Decision Support for Mobile Participants of Distributed Production Processes, 17th international IEEE Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2012), 17.-21.9.2012, Krakau, Polan
Nordemann, F., Tönjes, R.:
Bewertung von Routing Protokollen für Ad-hoc Netze in landwirtschaftlichen Anwendungsszenarien, 17. ITG Fachtagung Mobilkommunikation, Mai 2012, Osnabrück
Nordemann, F., Tönjes, R.:
Transparent and Autonomous Store-carry-forward Communication in Delay Tolerant Networks (DTNs), IEEE International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC), January 30 - February 02, 2012, Maui, Hawaii, USA.
Jacob A.; Johanning B.; u. Freye D.:
Decision Strategies and Communication Structures for Cooperating Mobile Work Machines in the Agricultural Economy, 69. Internationale Tagung "LAND.TECHNIK - AgEng 2011 ", 11.und 12. November 2011, Hannover
Jacob, A., Meyer, J. Johanning, B.:
Einsatz der KTBL-Zeitgliederung im Rahmen des Forschungsprojekts KOMOBAR, Anwendung KTBL Zeitgliederung in der Außenwirtschaft, September 20, 2011, Fulda
Quindt, J., Reetz, E., Kukuck, V., Tönjes, R., Westerkamp, C.:
Agent Based Decision Support System for Optimizing Logistical Processes in Agricultural Production, in Proceeding of 9th International Conference on Industrial Informatics, July 2011, Lisbon, Portugal
Quindt, J., Reetz, E., Kukuck, V., Tönjes, R., Westerkamp, C.:
Eine Architektur für verteilte Entscheidungsprozesse auf kooperierenden Landmaschinen, 16th VDE/ITG Mobilkomtagung, May 2011, Osnabrück
Jacob, A.:
Landmaschinenlogistik, Podiumsdiskussion, Logistikdialog 2010, November 2010, Osnabrück