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  • Publication
    Using I4.0 Digital Twins in Agriculture
    ( 2023)
    Falcao, Rodrigo
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    Matar, Raghad
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    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
    Digitale Ökosysteme in Deutschland
    ( 2023)
    Koch, Matthias orcid-logo
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    Polst, Svenja
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    Naab, Matthias
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    Bartels, Nedo Alexander orcid-logo
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    Storck, Sven
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    Trapp, Marcus
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    Rauch, Bernd
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    Jeswein, Thomas
    Amazon, Airbnb oder Uber sind bekannte Digitale Ökosysteme. Sie vermitteln Waren, Übernachtungsmöglichkeiten oder Mitfahrten zwischen Anbietern und Konsumenten. Die genannten Digitalen Ökosysteme stammen aus den USA und sind mittlerweile weltweit aktiv. In China gibt es ebenfalls sehr große Digitale Ökosysteme wie Alibaba. Auch in Deutschland gibt es sehr erfolgreiche Digitale Ökosysteme. Schüttflix digitalisiert und revolutioniert die Baubranche durch schnelle, zuverlässige Schüttgutlieferungen. Über MyHammer finden Kunden und Handwerker zueinander. Und Urban Sports Club ermöglicht Sportbegeisterten den Zugang zu einem sehr breitem Sportangebot. Anbieter wie Schüttgutlieferanten, Handwerker oder Fitnessstudios profitieren dabei vom Zugang zu einer großen Kundengruppe, effizienteren Geschäftsprozessen und vielem mehr. Auf der anderen Seite können Konsumenten ein breiteres Angebot genießen als es ein einzelner Anbieter je bieten könnte. Digitale Ökosysteme können also eine Win-Win-Situation für beide Parteien sein und sogar eine Win-Win-Win-Situation, wenn man auch den Betreiber des Digitalen Ökosystems betrachtet. Kurz gesagt: Digitale Ökosysteme stärken die deutsche Wirtschaft. Grund genug also, sich Digitale Ökosysteme genauer anzuschauen. Wir stellen in diesem Whitepaper 41 Digitale Ökosysteme vor, die aus Deutschland stammen oder hier aktiv sind. Damit möchten wir Ihnen die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten von Digitalen Ökosystemen aufzeigen. Lassen Sie sich inspirieren und beschäftigen Sie sich damit, ob Digitale Ökosysteme auch Mehrwerte für Ihr Unternehmen bieten können. Möchten Sie sich an einem oder mehreren Digitalen Ökosystemen beteiligen? Möchten Sie gerne ein eigenes Digitales Ökosystem aufbauen? Möchten Sie gar nichts mit Digitalen Ökosystemen zu tun haben? Digitale Ökosysteme haben bereits erfolgreich viele Domänen transformiert und bieten auch in der Zukunft reichlich Potenzial. Leider reicht das olympische Motto „Dabei sein ist alles“ hier nicht aus. Wir müssen in Deutschland noch viele erfolgreiche Digitale Ökosysteme aufbauen, denn das Thema ist zu wichtig, um es dem Silicon Valley allein zu überlassen. Die Digitalen Ökosysteme, die wir in diesem Whitepaper vorstellen, sind nur ein Auszug, es gibt noch einige mehr. Bei der Auswahl haben wir auf eine bunte Mischung geachtet. Es sind viele Branchen vertreten, sowohl Digitale Ökosysteme aus der Metallindustrie als auch aus dem Freizeitbereich und der Mobilitätsbranche. Außerdem sind sowohl B2B als auch B2C vertreten und sowohl bekannte als auch eher unbekannte Digitale Ökosysteme.
  • 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
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    Rauch, Bernd
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    Elberzhager, Frank
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    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.
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    Kalmar, Ralf
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    Rauch, Bernd
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    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
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    Herlitzius, Thomas
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    Jeswein, Thomas
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    Martini, Daniel
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    Neuschwander, Philipp orcid-logo
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    Rauch, Bernd
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    Reinosch, Nils
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    Scherr, Simon André
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    Schroers, Jan Ole
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    Seuring, Liv
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    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
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    Dörr, Jörg
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    Fehrmann, Jens
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    Gennen, Klaus
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    Groen, Eduard C.
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    Härtel, Ines
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    Henningsen, Jens
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    Herlitzius, Thomas
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    Jeswein, Thomas
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    Kunisch, Martin
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    Martini, Daniel
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    Rauch, Bernd
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    Roßner, Sebastian
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    Striller, Benjamin
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    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.