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 will hierfür Referenzarchitekturen schaffen und zeigen, wie sich beispielsweise mit Datenanalysen insbesondere im Zusammenspiel mit dem Internet der Dinge bestehende Abläufe verbessern lassen.

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 will zeigen, wie Unternehmen auf Basis dieser Daten innovative Maßnahmen zur Verkehrssteuerung realisieren, die Emissionen reduzieren oder die Energieeffizienz optimieren können. Darüber hinaus will 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 werden im Rahmen von I2PANEMA konkrete Szenarien entworfen, die anschaulich die zu erzielenden Vorteile einer Digitalisierung aufzeigen. Die geplanten Vorhaben umfassen zum Beispiel Anwendungen in den Bereichen Lärmreduktion, Verkehrsmanagement, Energieverbrauch, Emissions-Monitoring und Ortsbestimmung.

An I2PANEMA beteiligen sich im Rahmen des EUREKA Cluster-Programms ITEA eine Reihe von Häfen, IT- und Logistikunternehmen sowie Forschungseinrichtungen aus mehreren europäischen Ländern. Konsortialführer sind 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. Geplant ist eine Laufzeit bis zum Jahr 2022. Die Finanzierung von rund 5 Millionen Euro im deutschen Teilprojekt wird durch Eigenmittel der beteiligten Unternehmen sowie durch Fördermittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gedeckt.

Ausblick

Die länderübergreifende Zusammenarbeit soll 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.

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Innovative Einsatzfelder für Augmented Reality in Binnen- und Seehäfen

Die Digitalisierung der Arbeitswelt soll auch vor Binnen- und Seehäfen nicht Halt machen. InnoPortAR untersucht daher, inwiefern der Einsatz von Augmented Reality (AR) die Arbeitsabläufe in Binnen- und Seehäfen unterstützen kann. In verschiedenen Testumgebungen werden Anwendungsfälle untersucht. Bei Augmented Reality wird die Realität durch Computer-erzeugte Informationen angereichert. Materna ist mit seinem Know-how im Bereich Augmented Reality am Projekt beteiligt.

Die Forschungspartner untersuchen inhaltliche und technische Fragen zum praktischen Einsatz von AR im Hafenumfeld. Hierzu zählen inhaltliche Aspekte, wie beispielsweise, welche Grenzen sich beim dargestellten Inhalt durch das zur Verfügung stehende Blickfeld ergeben und wie viele Informationen sinnvoll dargestellt werden können, ohne Mitarbeiter zu überfordern. Aber auch technische Fragen zu den Voraussetzungen im Hafenumfeld oder das Verhalten der Datenbrille in verschiedenen Beleuchtungs- und Wettersituationen stehen im Fokus.

Die Hauptforschungsfragen betreffen die kognitive Ergonomie und Informationsdarstellung, die Einsatzfelder der Datenbrillen und Eingabemöglichkeiten im Bereich der Hafentechnologie sowie Machine Learning.

Der Einsatz von AR kann helfen, die Umschlags- und Stuffing-Prozesse im Hafenumfeld zu optimieren und die Tätigkeiten der Mitarbeiter durch eine abgestimmte Mensch-Technik-Interaktion zu entlasten. Insgesamt unterstützt das Projekt die Einführung innovativer Technologien in das Hafenumfeld und sorgt für eine stärkere IT-Nutzung innerhalb der Logistikketten. Durch den Einsatz von AR werden nicht nur Arbeitsplätze attraktiver gestaltet, sondern die deutschen Häfen können auch eine Vorreiterrolle in Europa übernehmen und hierdurch ihre Schlüsselfunktion für die deutsche Volkswirtschaft weiter stärken.

Das Konsortium für das Forschungsvorhaben umfasst die folgenden Partner: Duisburger Hafen (Gesamtkoordinator), Materna SE und Materna TMT GmbH, dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik sowie dem Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen CML. Weitere Projektpartner sind Haeger & Schmidt Logistics GmbH, Eurogate Technical Services GmbH und Container Terminal Dortmund GmbH.

Der Projektabschluss ist für Herbst 2021 geplant.

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Konzeption und Erprobung einer Datenplattform

LKWs, die unmittelbar an Autobahnen und Fernstraßen parken, stellen ein immer größer werdendes Problem dar. Dem stetig wachsenden Schwerlastverkehr, ohnehin schon als potentieller Unsicherheitsfaktor im Verkehr identifiziert, sollte einst durch strenger regulierte Lenkzeiten entsprochen werden – für mehr Sicherheit auf deutschen Straßen. Die Vorschriften führten jedoch gleichermaßen zu einer Konzentration von LKWs an Tankstellen, Rastplätzen und Parkplätzen, an denen mittlerweile viele Fahrzeuge, mangels Platz, widerrechtlich und gefährlich abgestellt werden.

Diesem Überlastungsproblem nimmt sich das Forschungsprojekt „Intelligent Truck Parking“ (ITP) an, das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert wird. Materna ist Teil des Projektkonsortiums.

Das primäre Ziel des Forschungsprojekts ist die Realisierung einer Datenplattform, die den Fahrern und Unternehmen ein effizientes Management von Fahrtstrecken und Ruhepausen ermöglicht. Die (tatsächlich) verfügbaren Stellplatzkapazitäten fungieren dabei als Datengrundlage für Navigations- und Logistiksysteme, die die Informationen entweder direkt oder indirekt von Verteilplattformen wie dem MDM (Mobilitäts-Daten-Marktplatz) beziehen können. Die Auskunft über die Belegungszustände von Parkplätzen ermöglicht eine vorausschauende Planung für Pausenzeiten und unterstützt dabei, der zunehmenden Schwerlast-Konzentration entgegenzuwirken.

Materna übernimmt in diesem Vorhaben die Rolle des Systemintegrators und die technische Projektleitung. Zudem entwickelt Materna ein Großteil der Software-Komponenten. Der Projektabschluss ist für Herbst 2020 geplant.

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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 diesem Vorhaben wird 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 soll. Neue kommunale Verkehrsdaten und bundesweite Mobilitätsdaten werden erschlossen und für eine sichere und souveräne Verarbeitung auf den Plattformen bereitgestellt, die dazu um Data-Space-Konzepte erweiterten werden. Die kommunalen Plattformen werden mit dem MDM verknüpft, um regionale Daten auch auf nationaler Ebene bereitzustellen und verwerten zu können.

Im Projekt werden der MDM und weitere kommunale Plattformen für die Unterstützung datenbasierter Services weiterentwickelt. Dazu werden 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 werden erstmals auch sensiblere Mobilitätsdaten wie Floating Car Data (FCD) verwertbar. Der MDM und die kommunalen Plattformen werden zu einem dezentralen Data Space verknüpft und bilden dadurch ein föderales Mobilitätsdaten-Ökosystem. Darauf aufbauend werden in komplexen Echtzeit-Use-Cases Beiträge zur Senkung der Umweltbelastung, Verkehrsverflüssigung und zur multimodalen Pendlerbenachrichtigung geleistet.

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

Der Projektabschluss ist für Mai 2022 geplant.

• 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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Informationskonzept für den Krisen- und Katastrophenfall

Die Bereitstellung koordinierter Hilfeleistung in Krisensituationen ist für alle Beteiligten eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben müssen ihre Entscheidungen dynamisch auf Basis einer Vielzahl an Informationen treffen.

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung wird im Rahmen des Projekts K3 ein geeignetes Informations- und Kommunikationskonzept entwickelt.

Als Grundlage müssen die in Echtzeit auflaufenden Informationen geeignet analysiert, bewertet und priorisiert werden. In Krisensituationen gewinnen soziale Medien an Bedeutung und müssen sinnvoll in ein modernes Kommunikationskonzept eingebunden werden.

Um dies zu gewährleisten, entwickelt Materna mit weiteren Projektpartnern ein Webportal. Es wird spezielle Portlets enthalten, die Informationen aus sozialen Netzwerken extrahieren und in kürzester Zeit visuell und interaktiv aufbereiten, sodass eine einfache und schnelle Analyse ermöglicht wird. Den Nutzern des Portals werden somit individuell konfigurierbare Benutzeroberflächen in Webbrowsern zur Verfügung gestellt.

Die Zugriffsberechtigungen werden durch „Role Based Access Control“ gesteuert und ermöglichen die dynamische Rollenverteilung pro Einsatz. Als Portal-Software setzt Materna Liferay ein, zur Implementierung der Benutzeroberfläche wird Vaadin verwendet.

Das Forschungsprojekt lief bis Anfang 2018.

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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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Vernetzung von Clouds im Projekt EASI-CLOUDS

Cloud Computing ist aus der IT nicht mehr wegzudenken. Dennoch gibt es immer noch technische Herausforderungen, wie beispielsweise die fehlende einheitliche Service-Qualität über alle Software-Ebenen von Cloud-Strukturen hinweg. Leistungsangebote der drei Schichten Infrastruktur, Middleware und Software sind in der Regel nicht aufeinander abgestimmt, da die eingesetzten Lösungen oft von unterschiedlichen Herstellern stammen. Dies verhindert, dass Clouds miteinander vernetzt werden, und ist eine Ursache dafür, dass Cloud Computing bei Endanwendern und Unternehmen noch immer nicht ausreichend akzeptiert wird.

In diesem Umfeld war das europäische Forschungsprojekt EASI-CLOUDS (Extendable Architecture and Service Infrastructure for Cloud-Aware Software) angesiedelt. Gemeinsam mit der Charité Berlin forschten die Projektpartner an einer neuroradiologischen Diagnostik, um rechenintensive MRT-Scans bei Hirnerkrankungen mithilfe von vernetzten Clouds schneller berechnen und auswerten zu können. Die zugrunde liegende Cloud-Architektur wurde mit OpenStack realisiert. Das Forschungsprojekt hatte das Ziel, eine offene Cloud-Infrastruktur zu erarbeiten, die die Interoperabilität auf allen Schichten des Cloud Computings gewährleistet und unterstützt.

Materna entwickelte im Projekt einen Prototyp für die schichtenübergreifende Überwachung von Cloud Services und konnte so umfassendes Wissen für die OpenStack-Technologie aufbauen. Das mittlerweile abgeschlossene EASI-CLOUDS Projekt erhielt auf dem ARTEMIS-ITEA Co-Summit im März 2015 in Berlin den „Excellence Award for Business Impact“ – eine Auszeichnung für besonders marktnahe Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. Das Forschungsprojekt lief von Dezember 2011 bis August 2014.

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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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Entwicklung einer servicebasierten Infrastruktur im Projekt Sirena

Sirena (Service Infrastructure for Real Time Embedded Networked Applications) war ein europäisches Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine servicebasierte Infrastruktur für echtzeitfähige eingebettete Netzwerkanwendungen zu entwickeln. Die im Sirena-Projekt entwickelte Web-Service-basierte Technologie ist für vielfältige Einsatzbereiche interessant – unter anderem für die Gebäude- und Industrieautomatisierung, Automobilelektronik oder die Medizintechnik.

Materna brachte Erfahrungen als Systemintegrator ein und sorgte damit von Anfang an dafür, dass sowohl die Verwaltbarkeit als auch die Interoperabilität bei der Definition des Rahmenwerks berücksichtigt wurde. Es wurden Infrastrukturdienste entworfen und spezifiziert, die grundlegenden Management-Dienste und Mechanismen sowie Administrationsfunktionen zur Anpassung und Verwaltung der Anwendungen bereitstellen.

Das Projekt lief von 2003 bis 2005 und wurde im Jahr 2006 mit dem „ITEA Achievement Award“ ausgezeichnet.

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