„Where Food meets IT“ – Im gemeinsamen Forschungscluster zur intelligenten Automation in der Lebensmittelindustrie

Kompetenzen zusammenbringen, um neue digitale Konzepte zu realisieren – Im Rahmen der Innovationsallianz „smartFoodTechnologyOWL“ der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe entwickelt NTT DATA Business Solutions mit über 40 weiteren Partnern aus Industrie, Forschung und Politik innovative Lösungen für zentrale Zukunftsaufgaben der Lebensmittelindustrie. In einem gemeinsamen Kooperationsprojekt mit Beteiligung von Dr. Oetker entstehen durch angewandte Digitalisierungs- und IoT-Technologien virtuelle Abbilder beispielhafter Lebensmittel, die einer wettbewerbsfähigen und ressourcenschonenden Produktion neue Wege öffnen.

Dies ist der sechste Beitrag unserer Blogreihe “Innovation Networks“. Die Reihe bietet Einblicke in die Partnerschaften von NTT DATA Business Solutions und zeigt die Vorteile von Kooperationen und der Nutzung dieser Ökosysteme auf. Denn durch Kooperationen zwischen Industrie, Forschung und Start-ups gestalten wir gemeinsame Innovationen und somit langfristig unsere Zukunft

Was haben Bier, Klebstoff oder Pizzateig gemeinsam? Sie alle können die gleiche Strategie einer modernen und intelligenten Qualitätsüberwachung nutzen. Die kontinuierliche Sicherstellung der Qualität ist eine der zentralen Anforderungen der Lebensmittelindustrie. Fehlerhafte Qualität kann zu Misserfolgen im Markt und zu Reklamationen führen, die die Reputation nachhaltig schädigen. Fehlchargen sind zudem teuer und verursachen in ihrer Nachbearbeitung grosse Aufwände. Neben den genannten wirtschaftlichen Aspekten geht es bei der Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion im Besonderen aber auch um den Verbraucherschutz und um die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben. Und mehr noch: Mit der Entwicklung einer praxistauglichen Lösung zur Realisierung einer optimalen Rohstoffausnutzung entlang des gesamten Herstellungsprozesses liesse sich darüber hinaus ein essenzieller Beitrag gegen Lebensmittelverschwendung leisten.

Innovationen aus dem Dreiklang von Forschung, Wissenstransfer und Vernetzung

Die Innovationsallianz „smartFoodTechnologyOWL“ der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe bringt Industrie 4.0 und Lebensmitteltechnologie zusammen. Gemeinsam mit dem Industriepartner Dr. Oetker will NTT DATA Business Solutions die Qualitätssicherung für Lebensmittel von einer stichprobenartigen und retrospektiven Praxis zu einer kontinuierlichen Überwachung während des Fertigungsprozesses verändern. Im Fokus des gemeinsamen Forschungsprojektes stehen dabei die Entwicklung und die prototypische Umsetzung eines Verfahrens zur Berechnung des virtuellen Abbildes exemplarischer Lebensmittel (inklusive ihrer Zwischenprodukte) während des gesamten Produktionsprozesses. Diese können direkt während der Produktion zur Verwendung für die frühe Prognose von Lebensmitteleigenschaften und zur Qualitätssicherung herangezogen werden. Hieraus ergeben sich viele Vorteile für die Lebensmittelherstellung wie die Verbesserung der Rohstoff-Ausbeuten durch Prognosen bei Prozess- oder Rohstoffschwankungen, das frühzeitige Feststellen von Fehlchargen und Sicherheitsrisiken noch während des Herstellungsprozesses und eine Fertigproduktfreigabe in Echtzeit. Aber wie genau helfen die virtuellen Abbilder bei der Prognose von Lebensmitteleigenschaften genau?

Der „digitale Zwilling“ dient dem kontinuierlichen Abgleich

Mithilfe angewandter Digitalisierungs- und IoT-Technologie werden während der Produktion, bspw. von Bier oder Pizzateig, permanent Daten wie etwa Rohstoffinformationen oder Sensordaten gemessen. Aus den erhobenen Daten wird in einem kontinuierlichen Prozess das virtuelle Abbild, der „digitale Zwilling“, des Lebensmittels oder eines seiner Zwischenprodukte mit Hilfe von KI-Algorithmen erstellt. Dieser beschreibt, welche Parameter und Eigenschaften das Zielprodukt besitzen soll. Im Falle der Qualitätsüberprüfung werden die tatsächlich ermittelten Werte der (Zwischen-)Produkte über eine spezielle Anbindung in die Cloud übergeben und mit den definierten Soll-Werten des digitalen Zwillings verglichen. Die Interpretation und der Abgleich der Daten erfolgen durch selbstlernende Algorithmen innerhalb der Cloud. Anhand dieses Modells lassen sich Echtzeitinformationen zur Produkteigenschaften und zur Qualität ableiten, ohne dabei auf zeitaufwendige Labortests oder kostspielige Sensorik zurückgreifen zu müssen. Die permanente Qualitätssicherung wird im Gesamtprozess in SAP S/4 HANA integriert – eine der Kernexpertisen von NTT DATA Business Solutions.

Das digitale Bierbrauen als konkreter Anwendungsfall

Die Biermaische-Produktion mit einem kompletten Demonstrator, der in der Smart Factory in Lemgo steht.

Für einen konkreten Praxisfall wurde in Zusammenarbeit mit der TH OWL ein eigener Demonstrator gebaut. Dieser bildet den Prozess des kontinuierlichen Maischens ab. Der Maischprozess ist einer der wichtigsten Vorgänge bei der Bierherstellung. Hierbei werden Getreide und Malz mit Wasser vermischt, um Stärke durch Enzyme in Zucker zu verwandeln. Auch für diesen Anwendungsfall wurden die notwendigen Eigenschaften der Maische in Form eines digitalen Zwillings exakt definiert. In dem Demonstrator können mit Hilfe eingebauter Sensorik während des Maischprozesses sämtliche produktrelevante Daten erhoben und mit den erforderlichen Soll-Werten abgeglichen werden. Abweichungen werden so automatisch erkannt und die notwendigen Korrekturmassnahmen eingeleitet. Das Ergebnis: Manuelle Überprüfungen des Maischprozesses durch Mitarbeit ende sowie Auswertungen im Labor können durch das neue Verfahren deutlich reduziert werden. Nebenbei erzeugt das neue Verfahren auch noch um etwa ein Drittel mehr Maische als die klassische Produktion.

Permanente Qualitätssicherung in der Produktion

Die nächsten Schritte: mit IoT zur umfassenden Food-Tracking-Lösung

Um die gesamte Wertschöpfungskette von Lebensmitteln greifbar zu machen, arbeitet NTT DATA Business Solutions gemeinsam mit der Technischen Hochschule OWL an einem weiteren praktischen Anwendungsfall, der durchgängig in SAP abgebildet wird. Das Ziel dabei ist die Abbildung der gesamten Prozesskette von der Entstehung der Rohstoffe bis zum fertigen Endprodukt im Sinne eines lückenlosen Food-Trackings. Sämtliche Daten entlang des Entstehungs- und Lebenszyklusses sollen zentral abgebildet werden und rückverfolgbar sein. Auch hier werden wieder die Lösungen aus dem SAP-Portfolio, unter anderem die Blockchain-Technologie, zum Einsatz kommen. Das Potenzial eines solchen lückenlosen Tracking-Prozesses ist nicht nur für die Lebensmittelindustrie enorm hoch, sondern für sämtliche Unternehmen mit Prozessfertigung, um einen effizienten und sparsamen Umgang mit wertvollen Rohstoffen zu ermöglichen.

Das gemeinsame Projekt zeigt ein weiteres Mal den klaren Mehrwert von Kooperationen und weitreichender Vernetzung von Forschungseinrichtungen und der Industrie. Erst das gezielte Einbringen unterschiedlicher Expertisen und Blickwinkel lässt innovative Lösungen entstehen, die den digitalen Wandel in der Branche vorantreiben und uns der ressourcenschonenden Herstellung von Lebensmittel ein gutes Stück näherbringen.

Die weiteren Blogbeiträge aus der Reihe „Innovation Networks“ lesen Sie hier:  

#1: Digitale Chancen im B2B – das intelligente Lager als Blaupause für nachhaltige Lösungen

#2: Künstliche Intelligenz in der Industrie – zwei Pilotprojekte im Porträt

#3: Von der Idee zur Business-Lösung – Co-Innovation als Hebel für den Erfolg

#4: Materialfluss 2.0: Intelligente Tracking-Lösungen vernetzen Produktion und Logistik

#5: Picking 4.0: Fehlerfreie Kommisionierungsarbeit dank Künstlicher Intelligenz

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