Die Hafenindustrie stärker digitalisieren

Immer mehr Industrien setzen auf digitale Technologien, um damit bestehende Abläufe effizienter zu gestalten oder neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Auch für See- und Binnenhäfen ergeben sich durch innovative Technologien neue Optimierungspotenziale. Die Digitalisierung in den Häfen steht jedoch noch am Anfang: Obwohl bereits viele Daten aus den operativen Abläufen erhoben werden, gibt es bei der Nutzung dieser Daten noch große Potenziale, um Effizienzsteigerungen zu erreichen. Die verantwortlichen Manager stehen vor der Herausforderung, aus der Vielzahl der bereits verfügbaren Angebote die individuell geeigneten Lösungsansätze zu identifizieren. Das internationale Forschungsprojekt I2PANEMA hat hierfür Referenzarchitekturen geschaffen und gezeigt, wie sich beispielsweise mit Datenanalysen insbesondere im Zusammenspiel mit dem Internet der Dinge bestehende Abläufe verbessern lassen. Entwickelt wurde eine Referenzarchitektur für das Ausrollen industrieller IoT-Anwendungen in Häfen. I2PANEMA steht für Intelligent, IoT-based Port Artefacts Communication, Administration and Maintenance.

Daten schaffen Einblicke

Technologien wie das Internet der Dinge erzeugen große Datenmengen, die sich beispielsweise für die Steuerung von Systemen oder für eine Prozessoptimierung nutzen lassen. Durch ergänzende Datenanalysen werden die Grundlagen geschaffen, um neue datenbasierte Dienstleistungen und Assistenzfunktionen im Hafenumfeld zu realisieren. Das Projekt hat gezeigt, wie Unternehmen auf Basis dieser Daten innovative Maßnahmen zur Verkehrssteuerung realisieren, die Emissionen reduzieren oder die Energieeffizienz optimieren können. Darüber hinaus wollte I2PANEMA dabei helfen, bestehende und häufig heterogene IT-Systeme zu integrieren. Denn nur durch einen optimierten Datenaustausch ist es möglich, die Digitalisierung im Hafenumfeld effizient voranzutreiben.

Europäisches Projekt

Weiterhin wurden im Rahmen von I2PANEMA konkrete Szenarien entworfen, die anschaulich die zu erzielenden Vorteile einer Digitalisierung aufzeigen. Die Vorhaben umfassten zum Beispiel Anwendungen in den Bereichen Lärmreduktion, Verkehrsmanagement, Energieverbrauch, Emissions-Monitoring und Ortsbestimmung, wie beispielsweise:

• Anbindung des „digitalen Logbuchs“ im Hafenamt zur weiteren Erfassung von Daten, z. B. für Predictive Maintenance
• Aktive Lärmkontrolle
• Parkmanagement und Sequenzierung von LKW im Hafen
• Routing und Sequenzierung von LKW im Hafen
• Optimierung der Verladung von PKW im Hafen
• Unterstützung der Kontrolle von Schiffen mit Unterwasserdrohnen im Hafen
• Reduzierung der Feinstaubbelastung im Hafen

An I2PANEMA beteiligten sich im Rahmen des EUREKA Cluster-Programms ITEA eine Reihe von Häfen, IT- und Logistikunternehmen sowie Forschungseinrichtungen aus mehreren europäischen Ländern. Konsortialführer waren das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik sowie Materna, beide mit Sitz in Dortmund. Die Experten von Materna bringen praxiserprobtes Fachwissen rund um die Digitalisierung und Erfahrung mit dem Internet der Dinge in das Projekt ein. Das Projekt wurde Ende 2022 abgeschlossen. Die Finanzierung von rund 5 Millionen Euro im deutschen Teilprojekt wurde durch Eigenmittel der beteiligten Unternehmen sowie durch Fördermittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gedeckt.

Die länderübergreifende Zusammenarbeit sollte auch dazu beitragen, die teilnehmenden deutschen See- und Binnenhäfen zu aktiven Partnern bei der Bildung eines zukünftigen, internationalen Smart Port-Netzwerks zu machen. Somit könnten die Unternehmen bestehende Logistikketten optimieren, Frachtlaufzeiten verkürzen und gleichzeitig die Emissionen im Güterverkehr verringern.

Verknüpfung kommunaler, regionaler und nationaler Datenplattformen

Die Mobilität wird sich in den kommenden Jahren immer stärker dem individuellen Bedarf der Reisenden anpassen, zum Beispiel durch neue On-Demand Mobilitätsangebote und autonome Fahrzeuge im privaten und öffentlichen Verkehr. Die Grundlage dieser neuen Angebote sind Echtzeitdaten über den Verkehr, den Bedarf der Reisenden und die Verfügbarkeit von Angeboten. Das sichere und souveräne Bereitstellen sowie die geschützte Verwertung dieser Daten in verteilten Systemen werden entscheidende Erfolgsfaktoren für die Mobilität von morgen sein.

Mit MobiDS wurde die Entwicklung des Mobility Data Spaces initiiert, der unter Einbeziehung des Mobilitäts Daten Markplatz (MDM) der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und weiterer kommunaler Verkehrsdatenplattformen als Mobilitätsdaten-Ökosystem etabliert werden sollte. Neue kommunale Verkehrsdaten und bundesweite Mobilitätsdaten sollten erschlossen und für eine sichere und souveräne Verarbeitung auf den Plattformen bereitgestellt werden, die dazu um Data-Space-Konzepte erweitert wurden. Die kommunalen Plattformen sollten mit dem MDM verknüpft werden, um regionale Daten auch auf nationaler Ebene bereitzustellen und verwerten zu können.

Im Projekt wurden der MDM und weitere kommunale Plattformen für die Unterstützung datenbasierter Services weiterentwickelt. Dazu wurden sie um eine sichere und geschützte Ausführungsumgebung für Services bzw. Data-Apps erweitert, in denen Mobilitätsdaten unter Garantie der Datensouveränität bereitgestellt und veredelt werden können. Auf diese Weise wurden erstmals auch sensiblere Mobilitätsdaten wie Floating Car Data (FCD) verwertbar. Der MDM und die kommunalen Plattformen wurden zu einem dezentralen Data Space verknüpft und bildeten dadurch ein föderales Mobilitätsdaten-Ökosystem. Darauf aufbauend wurden in komplexen Echtzeit-Use-Cases Beiträge zur Senkung der Umweltbelastung, Verkehrsverflüssigung und zur multimodalen Pendlerbenachrichtigung geleistet.

Materna war auf Wunsch der Bundesanstalt für Straßenwesen beteiligt, da Materna den MDM betreibt. Materna verfügt über Know-how zu MobilityDataSpace (Architektur und Use Cases).

Das Projekt ist seit Mai 2022 abgeschlossen.

• Anwendung des „International Data Spaces“ Referenzarchitekturmodells auf Mobilitätsdaten
• Entwicklung domänenspezifischer Ontologien und eines erweiterten IDS-Informationsmodells
• Erforschung und Entwicklung verteilter Organisations- und Geschäftsmodelle
• Roadmap zur MDS-konformen Weiterentwicklung des MDM

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Herzforschung im Projekt Medolution

Bei einer Herzmuskelschwäche implantieren Mediziner ihren Patienten heute vermehrt sogenannte Linksherzunterstützungssysteme, umgangssprachlich auch Kunstherz genannt. Oftmals wird das Kunstherz sogar zur dauerhaften Lösung, da nicht genügend echte Spenderherzen vorhanden sind. Diese Patienten benötigen dann ihr Leben lang eine medizinische Überwachung.

Noch steckt das zur Überwachung sinnvoll nutzbare Telemonitoring allerdings in den Kinderschuhen. Das dreijährige, öffentlich geförderte Forschungsprojekt Medolution will hier Abhilfe schaffen und Patienten den Alltag erleichtern, die mit einem solchen Kunstherz leben müssen. Neben verschiedenen Industriepartnern sind die Schüchtermann Schiller'schen Kliniken aus Bad Rothenfelde sowie die Medizinische Hochschule Hannover wichtige Projektpartner.

Die Materna-Experten unterstützen das im Herbst 2015 gestartete Forschungsprojekt mit ihrem Fachwissen in den Bereichen Cloud-basierte Verarbeitung von Big (Medical Sensor) Data sowie der automatisierten Vernetzung und Steuerung medizinischer Geräte.

Der Projektabschluss ist für Mai 2019 geplant.

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Intelligente Gebäudeinfrastrukturen im Projekt Building as a Service

Moderne Gebäude sind im Rahmen von Gebäudeautomatisierungs- bzw. Gebäudeleitechniksystemen (GLT-Systeme) mit verschiedenen Sensoren und Aktoren ausgestattet, beispielsweise für Klima, Licht, Lüftung, Heizung und Sicherheit. Bisher gibt es für die verschiedenen GLT-Einsatzgebiete zahlreiche Einzellösungen, die parallel betrieben werden. Auch sind die Standards in der Kommunikationstechnologie noch zu unterschiedlich, sodass Sensoren nicht miteinander kommunizieren und keine Daten austauschen können.

Künftig soll dies über einheitliche Standards und Sensoren möglich sein. Im internationalen Forschungsprojekt Building as a Service (BaaS) entwickelt Materna gemeinsam mit Projektpartnern einen Prototyp einer Software-Plattform, über die Gebäudeleittechnik beispielsweise für Belüftung, Heizung, Temperatur und Licht in Bürokomplexen übergreifend gesteuert werden kann. Hier nutzt Materna das Know-how aus den Bereichen IT-Service-Management sowie Sensorintegration und -kommunikation.

Das BaaS-Projekt erhielt im März 2015 in Berlin den „Exhibition Award“ des ARTEMIS-ITEA Co-Summit für ein miniaturisiertes Modellhaus, mit dessen Hilfe die im Projekt entwickelten Lösungen plakativ illustriert werden können.

Das Forschungsprojekt lief bis Ende 2016.

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Entwicklung von SOA-fähigen Komponenten im Projekt OSAmI

Ziel des OSAmI-Projekts (Open Source Ambient Intelligence) war die Entwicklung und Erprobung einer SOA-fähigen Komponentenplattform, die auch Kleinstgeräte unterstützt und als Open-Source-Software bereitgestellt werden sollte.

Das deutsche Teilprojekt konzentrierte sich dabei auf das Anwendungsgebiet Gesundheitswesen. Hierbei sollten Interoperabilität, Wartbarkeit und Zuverlässigkeit sowie die automatisierte Konfiguration und Verwaltung medizinischer Geräte und Dienstesysteme unterstützt werden. Die Entwicklung eines Demonstrators zur Unterstützung der ambulanten kardiologischen Rehabilitation von Herzpatienten zeigte die Anwendbarkeit der Ergebnisse. Das telemedizinische Projekt ermöglichte Herzpatienten, zu Hause ein kardiologisch überwachtes Ausdauertraining durchzuführen, das von ärztlicher Seite virtuell überwacht wurde. Vitaldaten wie beispielsweise EKG, Puls, Blutdruck und Sauerstoffsättigung wurden vom System überwacht und an den Arzt in der Klinik übertragen. An diesem Teilprojekt waren die TU Dortmund, Materna und die Schüchtermann-Kliniken in Bad Rothenfelde beteiligt.

Die technische Grundlage bildete die von der OSGi Alliance spezifizierte Plattform, auf der Anwendungen und Dienste im Sinne einer SOA ausgeführt werden können. Sie wird mit Web-Services, insbesondere DPWS / WS4D kombiniert, um verteilte, dynamisch konfigurierbare, herstellerneutrale und geräteunabhängige Lösungen zu ermöglichen.

Das Projekt lief von 2008 bis 2011.

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