FH-Impulspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL

smartFoodTechnologyOWL: Partnerschaft zur Nutzung von Industrie 4.0 in der Lebensmittelindustrie

 

Logo der FH-Impulspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL
Partnerschaftslogo (Bild: Hochschule Ostwestfalen-Lippe)

Die Partnerschaft smartFoodTechnologyOWL ist eine Innovationsallianz bestehend aus der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und Partnern aus Industrie, Handwerk, Handel und weiteren Forschungseinrichtungen. Die Partnerschaft fokussiert sich auf die Bereiche Lebensmittelproduktion, -qualität, -sicherheit, -verteilung und –nachhaltigkeit. Sie nutzt die Potenziale von Digitalisierung und Industrie 4.0 Technologien, um bislang getrennte Einzelsysteme der Lebensmittelwirtschaft zu integrierten Wertschöpfungs- und Produktionsketten zu vernetzen.

Durch neu entstehende Produkt- und Produktionsansätze sollen folgende Ziele erreicht werden:

  • Verbesserung der Qualität und Produktsicherheit der Lebensmittel
  • Verbesserung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der Produktionsprozesse
  • Erhöhung der Transparenz für den Verbraucher
  • Nachhaltige Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Lebensmittelindustrie

Im Rahmen der Projekte wird u.a. in folgenden Bereichen geforscht:

  • Cyber-Physische Systeme zur Pasteurisation von Lebensmittelglaskonserven
  • In-line fähige Sensortechnik zur Messung geschmacklicher und geruchlicher Eigenschaften von Lebensmitteln
  • Qualitätskontrolle und –sicherung in der Lebensmittelproduktion mithilfe Cyber-physischer Systeme und Big Data
  • Vernetzungs- und Integrationstechnologien für eine individualisierte, wandlungsfähige und ressourcenoptimierte Lebensmittelproduktion

Durch diese Zusammenführung von Industrie 4.0 Kompetenzen und lebensmitteltechnologischem Know-How sollen insbesondere in der Region Innovationen entstehen.

Partnerschaftsporträt

Lebensmittel sind ein höchst sensibles Thema: Von ihrer Qualität und Sicherheit hängen unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden ab. Ihre Produktion erfordert genaueste Planung und maximale Effizienz. Denn es gilt, begrenzte Rohstoffe klug zu nutzen, Unterversorgung und Überproduktion zu vermeiden, die Umwelt möglichst wenig zu belasten und dabei wirtschaftlich zu arbeiten. Komplexe Herausforderungen, die wie geschaffen sind für den Einsatz intelligenter digitaler Technologien. Daran arbeitet die Forschungsallianz smartFoodTechnologyOWL.

Zwei Frauen diskutieren in einem Labor.
Wissenschaftliche Mitarbeiterin Venera Gilemkhanova im Labor der Getränketechnologie der Hochschule OWL
(Bild: Arthur Isaak)

Hinter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ verbirgt sich die Idee, die industrielle Produktion durch den Einsatz modernster Informations- und Kommunikationstechnik zu optimieren. Intelligente, digital vernetzte Systeme ermöglichen weitgehend selbstorganisierte Produktionsprozesse, bei denen  Menschen, Maschinen und Produkte direkt miteinander kommunizieren. Dadurch lassen sich nicht nur einzelne Herstellungsschritte, sondern die gesamte Wertschöpfungskette effizienter gestalten. Die FH-Impulspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL überträgt diesen Ansatz nun auf die komplette Wertschöpfungskette der Lebensmittelproduktion. Trägerin der Partnerschaft ist die Hochschule Ostwestfalen-Lippe (Hochschule OWL). Gemeinsam mit rund 40 kleinen und großen regionalen Partnern aus Industrie, Handwerk, Handel und weiteren Forschungseinrichtungen arbeitet die Hochschule an innovativen Produkten und Technologien für die Lebensmittelindustrie.

Ambitionierte Ziele

Ziel ist es, die Qualität und Sicherheit von industriell gefertigten Nahrungsmitteln zu steigern sowie die Herstellungsprozesse nachhaltiger und effizienter zu gestalten. Zudem möchten die Partner die Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln erleichtern und so mehr Transparenz für die Verbraucherinnen und Verbraucher schaffen. Diese können dann den Weg etwa Ihres Gemüses vom Feld bis auf den Teller Schritt für Schritt nachvollziehen. Ein weiteres wichtiges Thema ist die effiziente Produktion von Lebensmitteln in unterschiedlichsten Varianten, passend zu den immer differenzierteren Verbraucherbedürfnissen. Man spricht hier von einer Individualisierung der Lebensmittelproduktion. Diese wird angesichts zunehmender Lebensmittelunverträglichkeiten von Verbraucherinnen und Verbrauchern eingefordert. Hier arbeitet die Forschungsallianz an Lösungen für die serienreife und nachhaltige Produktion.

Vorteile für Verbraucher/innen und Partner

Das Engagement von smartFoodTechnologyOWL zahlt sich sowohl für die Verbraucherinnen und Verbraucher, als auch für die beteiligten Unternehmenspartner aus. Erstere profitieren von sicheren, hochwertigen und nachhaltig produzierten Lebensmitteln. Letztere können die Forschungsergebnisse direkt anwenden und so ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern. Damit leistet smartFoodTechnologyOWL einen wichtigen Beitrag zur Stärkung des Wirtschaftsstandorts Ostwestfalen-Lippe.

Hohe gesellschaftliche Bedeutung

Die zuverlässige Versorgung mit hochwertigen, sicheren und nachhaltig produzierten Lebensmitteln ist ein wichtiges Thema für die gesamte Gesellschaft. Deshalb wird smartFoodTechnologyOWL vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme „Starke Fachhochschulen – Impuls für die Region“ (FH-Impuls) gefördert. Die Strahlkraft der Forschungsallianz erstreckt sich mittlerweile auf die gesamte Region, deren Position als Kompetenz- und Innovationszentrum der Lebensmittelbranche durch die Arbeit von smartFoodTechnologyOWL gezielt ausgebaut wird.

Blick in die Praxis

Die geballte Expertise aus Wissenschaft und Wirtschaft zeigt sich in den ambitionierten Projekten der Partnerschaft. Zwei werden hier genauer beleuchtet.

Neue Wege in der Qualitätssicherung

Bild von Jutta Deppe
Jutta Deppe
Leitung Geschäftsstelle SFTOWL
(Bild: Hochschule OWL)

Das Projekt der ersten Stunde trägt den Titel „Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion durch Cyber-physische Systeme und Big Data“. Was kompliziert klingt, verfolgt ein leicht verständliches Ziel:  die Qualität der Lebensmittel schon während der Produktion zu sichern, nicht erst danach stichprobenartig am fertigen Produkt. Dazu werden während des Produktionsprozesses kontinuierlich Daten zu den Eigenschaften der Produkte bzw. Zwischenprodukte mit entsprechender Sensorik erfasst. Diese Daten dienen dazu, ein digitales Modell – oder virtuelles Abbild – des Lebensmittels zu erstellen, anhand dessen die Qualität bestimmt werden soll. Erkennen die Experten Abweichungen von den gewünschten bzw. vorgegebenen Eigenschaften wie beispielsweise Beschaffenheit, Temperatur oder Größe, können sie sofort eingreifen, indem sie etwa den Herstellungsprozess stoppen oder modifizieren. So entsteht letztendlich weniger Ausschuss, was wiederum Kosten spart. Zwei Anwendungsszenarien sind derzeit aktuell: 

  • Bei einem Projektpartner soll anhand des Herstellungsprozesses von trübem Apfelsaft eine Realisierung der Echtzeit-Qualitätskontrolle getestet werden. Ziel ist es, mithilfe der geschilderten digitalen Überwachung der Produktion eventuelle Qualitätsabweichungen direkt während des Produktionsprozesses zu erkennen, zu beheben und so das Produzieren von Ausschuss zu vermeiden.
  • An der Hochschule OWL wird ein Demonstrator aufgebaut, um die beschriebene Echtzeit-Kontrolle am Beispiel des Maischprozesses als Teil der Bierherstellung zu implementieren. Der Prozess im Kleinstmaßstab erlaubt es, die angewandten Lernverfahren und virtuellen Abbilder ausgiebig zu testen.

Mensch im Mittelpunkt

Bild von Dr. Tatjana Nisic
Dr. Tatjana Nisic
Projektleitung FoodTech 4 Society
(Bild: Hochschule OWL)

Die Einführung digitaler Technologien in der Lebensmittelindustrie hat maßgeblichen Einfluss auf die Gesellschaft. So wirkt sich die Digitalisierung der Produktion ganz unmittelbar auf die Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer aus. Diese müssen sich mit den neuen Technologien vertraut machen, um sie effizient anwenden zu können. Auch die Bürgerinnen und Bürger sind betroffen: In ihrer Rolle als Verbraucherinnen und Verbraucher profitieren sie von zunehmender Qualität und Sicherheit sowie nachhaltiger produzierten Lebensmitteln. Dennoch stehen viele dem Thema Digitalisierung skeptisch gegenüber, die Furcht vor zunehmender Automatisierung und dem damit vermeintlich verbundenen Kontroll- und Einflussverlust des Menschen ist durchaus weit verbreitet. Vor diesem Hintergrund übernimmt smartFoodTechnologyOWL auch gesellschaftliche Verantwortung. Das Partnerschaftsprojekt FoodTech & Society zielt darauf ab, die Umsetzung und Einführung der technologischen Innovationen gesellschaftswissenschaftlich nachzuvollziehen und zu begleiten. Dazu gilt es, die gesellschaftlich wirksamen Veränderungen mithilfe von Befragungen und Studien zu identifizieren und zu analysieren, um schließlich geeignete Maßnahmen zur Information und Einbindung der Menschen entwickeln zu können.

Hannover Messe 2018: Verbraucherschutz durch digitale Prozesse in der Lebensmittelproduktion

 

Dr. Tatjana Nisic im Gespräch
Gesellschaftswissenschaftlerin Dr. Tatjana Nisic von der Hochschule Ostwestfalen-Lippe erläutert die Bedeutung eines ganzheitlichen Ansatzes in der FH-Impulspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL
(Bild: BMBF/Isabell Massel)

Auf dem Gemeinschaftsstand Ostwestfalen-Lippe „it´s OWL“ in Halle 16 ist die FH-Impulspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL vertreten. Tatjana Nisic, Projektleiterin im Teilprojekt „FoodTech & Society“, befasst sich mit Verbraucherfragen zu Industrie 4.0 in der Lebensmittelbranche. Sie berichtet, dass im Bereich Lebensmittelproduktion die Themen Nutzerakzeptanz und  der Verbraucherschutz von großer Bedeutung sind, aber auch umgekehrt großer Aufklärungsbedarf in der Lebensmittelbranche selbst besteht. Dabei stellten insbesondere die Themen Datensicherheit und Standardisierung große Herausforderungen dar. Die Möglichkeit, Produktions- und Lieferketten durch digitale Prozesse transparenter zu gestalten, böten für Unternehmen auch einen Wettbewerbsvorteil. Diese und weitere Aspekte sollen im Teilprojekt „FoodTech & Society“ auch über Befragungen untersucht werden. Die Hochschule Ostwestfalen-Lippe versteht sich als Gestalterin eines ganzheitlichen Prozesses. Deshalb wird neben den technologischen Forschungslösungen, die auf Kompetenzen der beiden etablierten Forschungsinstitute der Hochschule, des Instituts für Lebensmitteltechnologie NRW (ILT.NRW) und des Instituts für industrielle Informationstechnik (inIT) aufbauen, auch ein gesellschaftswissenschaftlicher Fokus gelegt. Technologisch besteht z.B. ein immenser Forschungsbedarf im Bereich der Qualitätssicherung während der Lebensmittelproduktion. Ziel ist es, im Produktionsprozess frühzeitig eingreifen zu können, bevor eine ganze Charge bei der Endkontrolle „durchfällt“. Was einfach klingt, ist sehr komplex, denn nun gilt es, Sensordaten mit Qualitätsstandards zu verknüpfen. Wie sieht ein Messergebnis für einen gut schmeckenden Apfelsaft aus? Welche Temperaturen verträgt ein Produkt, ohne an Qualität zu verlieren? Es müssen große Datenmengen erhoben und intelligent ausgewertet werden – also eine Big Data Herausforderung. Die Hochschule Ostwestfalen-Lippe profitierte bei der Beantragung von FH-Impuls von einem großen Netz bestehender Unternehmenskooperationen und setzt auf der Hannover Messe darauf, neue interdisziplinäre Forschungskooperationen mit Unternehmen, Universitäten und anderen Hochschulen zu initiieren.