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  • Publication
    Using I4.0 Digital Twins in Agriculture
    ( 2023)
    Falcao, Rodrigo
    ;
    Matar, Raghad
    ;
    Rauch, Bernd
    Agriculture is a huge domain where an enormous landscape of systems interact to support agricultural processes, which are becoming increasingly digital. From the perspective of agricultural service providers, a prominent challenge is interoperability. In the Fraunhofer lighthouse project Cognitive Agriculture (COGNAC), we investigated how the usage of Industry 4.0 digital twins (I4.0 DTs) can help overcome this challenge. This paper contributes architecture drivers and a solution concept using I4.0 DTs in the agricultural domain. Furthermore, we discuss the opportunities and limitations offered by I4.0 DTs for the agricultural domain.
  • Publication
    A Reference Architecture for Enabling Interoperability and Data Sovereignty in the Agricultural Data Space
    ( 2023)
    Meneses Porto Falcao, Rodrigo
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    Matar, Raghad
    ;
    Rauch, Bernd
    ;
    Elberzhager, Frank
    ;
    Koch, Matthias orcid-logo
    Agriculture is one of the major sectors of the global economy and also a software-intensive domain. The digital landscape of agriculture is composed of multiple digital ecosystems, which together constitute an agricultural domain ecosystem, also referred to as the "Agricultural Data Space" (ADS). As the domain is so huge, there are several sub-domains and specialized solutions, and each of them poses challenges to interoperability. Additionally, farmers have increasing concerns about data sovereignty. In the context of the research project COGNAC, we elicited architecture drivers for interoperability and data sovereignty in agriculture and designed a reference architecture of a platform that aims to address these qualities in the ADS. In this paper, we present the solution concepts and design decisions that characterize the reference architecture. Early prototypes have been developed and made available to support the validation of the concept.
  • Publication
    Data Spaces in Agriculture
    ( 2022)
    Doerr, J.
    ;
    Kalmar, Ralf
    ;
    Rauch, Bernd
    ;
    Stiene, S.
    Data and digital services increasingly play an important and critical role in many use cases of the agrifood sector. While more and more data is being made available by data producers, a growing number of data consumers are building use cases and services based on such data and agricultural processes. Major challenges in such a context are how to interconnect data producers with consumers, how to achieve data interoperability, and how to maintain data sovereignty. In this paper, we first discuss specific challenges and demands arising from the status quo of the digital domain ecosystem in agriculture and its respective data spaces. This is followed by an introduction and brief overview of approaches for data space architectures, their typical characteristics, and actual industry-driven initiatives and research projects. Finally, we discuss a specific approach that relies on digital twins for agricultural assets and which aims at centralizing access to data in a decentralized digital domain ecosystem. The presented concepts offer a potential way to tackle the aforementioned challenges for the agricultural data space.
  • Publication
    Machbarkeitsstudie für "Betriebliches Datenmanagement und Farm-Management-Information-System (FMIS)" in sächsischen Landwirtschaftsbetrieben
    (Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2022)
    Henningsen, Jens
    ;
    Herlitzius, Thomas
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    Jeswein, Thomas
    ;
    Martini, Daniel
    ;
    Neuschwander, Philipp orcid-logo
    ;
    Rauch, Bernd
    ;
    Reinosch, Nils
    ;
    Scherr, Simon André
    ;
    Schroers, Jan Ole
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    Seuring, Liv
    ;
    Striller, Benjamin
    Die digitale Transformation in der sächsischen Land- bzw. Ernährungswirtschaft bietet einerseits Chancen, stellt aber insbesondere landwirtschaftliche Betriebe vor große Herausforderungen. Produktionsprozesse werden immer stärker verknüpft mit digitalen Daten, deren Erfassung sowie Nutzung in verschiedensten Softwareanwendungen. Das Angebot landwirtschaftlicher Softwareprodukte wächst und eine Konsolidierung hin zu wenigen, umfassenden Lösungen ist noch nicht absehbar. In der Praxis sind Landwirtinnen und Land-wirte der Herausforderung ausgesetzt, Softwarelösungen verschiedener Anbieter und Produktionsbereiche untereinander zu vernetzen, um anwendungsübergreifende Prozesse bearbeiten zu können. Darüber hinaus fehlen Softwarelösungen, die eine betriebsweite Übersicht zu relevanten Kennzahlen wie beispielsweise Liquidität oder Kosten-Leistungs-Rechnung ermöglichen. Der vorliegende Bericht dokumentiert die Durchführung und Ergebnisse der Machbarkeitsstudie „Betriebliches Datenmanagement und Farm-Management-Information-System (FMIS)“, die sich in das Teilprojekt „Test- und Demonstrationsfeld betriebliches Datenmanagement und FMIS“ innerhalb des „Themenverbunds digitale Landwirtschaft“ des Sächsischen Ministeriums für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft (SMEKUL) einbettet. Ziel dieser Machbarkeitsstudie war es, das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) mit wissenschaftlich fundierten Informationen zu versorgen und eine Konzeption (mit technischer, organisatorischer, zeitlicher und wirtschaftlicher Ausrichtung) für ein Betriebssteuerungssystem für landwirtschaftliche Betriebe in Sachsen zu erstellen.
  • Publication
    Abschlussbericht Machbarkeitsstudie: Machbarkeitsstudie zu staatlichen digitalen Datenplattformen für die Landwirtschaft
    ( 2021)
    Bartels, Nedo
    ;
    Dörr, Jörg
    ;
    Fehrmann, Jens
    ;
    Gennen, Klaus
    ;
    Groen, Eduard C.
    ;
    Härtel, Ines
    ;
    Henningsen, Jens
    ;
    Herlitzius, Thomas
    ;
    Jeswein, Thomas
    ;
    Kunisch, Martin
    ;
    Martini, Daniel
    ;
    Rauch, Bernd
    ;
    Roßner, Sebastian
    ;
    Striller, Benjamin
    ;
    Walter, Laura-Sophie
    Nach öffentlicher Ausschreibung durch die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) - im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) - wurde das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern zusammen mit seinen Unterauftragnehmern - Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. (KTBL), Technische Universität Dresden, Professur für Agrarsystemtechnik, sowie anfangs die Europa-Universität Viadrina Frankfurt (Oder), später die Kanzlei Legerlotz Laschet und Partner Rechtsanwälte Partnerschaft mbB (LLR) - als neutrale Stelle mit der Durchführung einer Machbarkeitsstudie zu möglichen staatlichen digitalen Datenplattformen für die Landwirtschaft beauftragt. Ziel der Studie ist es, dem BMEL und der BLE wissenschaftlich fundierte Informationen und technische Konzepte bereitzustellen, die als Entscheidungsgrundlage für zukünftige Aktivitäten genutzt werden können. Konkret geht es u.a. um die Frage, ob die Landwirtschaft in Deutschland eine staatliche Datenplattform braucht, welche Daten relevant sind und wie die Plattform technisch aufgebaut sein könnte. Die Ergebnisse der Studie sollen dabei helfen, den Bedarf zu verstehen und die passenden Entscheidungen zu treffen, um die Landwirtschaft optimal bei der digitalen Transformation unterstützen zu können. Dieser Abschlussbericht dokumentiert umfassend die Ergebnisse der Machbarkeitstudie. Neben detaillierten Antworten zu den in der Ausschreibung gestellten Fragen berichtet er über die Vorgehensweise im Projekt, fasst die wesentlichen Ergebnisse zusammen und gibt Handlungsempfehlungen für das weitere Vorgehen.