Germany
February 22, 2013
Integrating embedded systems into the IT infrastructure holds immense potential for the productive sectors of the economy. At the “Embedded World 2013” trade show in Nuremberg from 26 to 28 February, Fraunhofer researchers – using “Smart Farming” as an example – will demonstrate how the interaction of machines in cyber-physical systems operates safely and securely (Hall 5, Booth 228).
Climate change, population growth and increasingly scarce resources are putting agriculture under pressure. Farmers must harvest as much as possible from the smallest possible land surface. Until now, the industry confronted this challenge with innovations in individual sectors: Intelligent systems regulate engines in order to save on gas, for instance. With the aid of satellites and sensor technology, farming equipment can automatically perform the field work; in doing so, they efficiently distribute seed, fertilizer and pesticides on the arable land. Nonetheless, optimization is gradually hitting its limits. The next step is to network these individual systems into cyber-physical production systems. They map the entire process electronically, from the farm computer to the harvesting operation. Thus, these systems can substantially increase efficiency and quality once again. At the 2013 Embedded World trade show (26 to 28 February in Nuremberg) – specifically at the joint Fraunhofer booth 228 in Hall B5 – researchers from the Fraunhofer Institute for Experimental Software Engineering IESE in Kaiserslautern will demonstrate how agriculture will be able to benefit from networked systems in the future.
Intelligent networking as competitive advantage
For their exhibit, the experts intentionally chose the field of agriculture: A miniature tractor with an implement moves across a plot of land on an agricultural diorama. Located at the edge of the farmland are two tablet PCs. Visitors to the trade show can use them to start up the automated control of the farm equipment. Six screens are suspended above the model farm. They display the processes behind the automation, showing how software manages the functionality. Today’s tractors and implements feature extensive use of electronics and software – these are known as “embedded systems.” The motto of the exhibit is “SEE: Software Engineering Explained”. The visualization helps visitors to understand the challenges and solutions of interconnecting embedded systems and IT systems. With intelligent networking, farmers can improve farming productivity. “To many people, software is just an abstract thing,” explains Ralf Kalmar, business area manager at IESE. “However, working with it pays off. Indeed, it is becoming the next major factor in innovation in several industries.”
The networking of ag operations is not limited to simple task management for agricultural machinery. Over the last few years, the number of „players“ in ag business has soared: Besides seed and fertilizer producers, sensor technology and data service providers are joining in the mix, offering geodata and weather data, for instance; systems for e-government and smartphone apps for identifying pests are also used. “The challenge lies in linking all systems intelligently, and in creating standards for interfaces so that all participants can benefit,” says Dr. Jens Knodel, Smart Farming project manager. For this reason, he adds, it is helpful to provide them with the methods of software engineering: from standards management and system architecture to programming code – with particular attention paid to security and reliability.
Better understanding for software development
The chances are good that Kaiserslautern will deliver important momentum to the agricultural industry – thanks to the excellent environment. The Fraunhofer researchers are collaborating with John Deere, which runs the European Technology and Innovation Center (ETIC) in the city. The Fraunhofer Innovation Cluster “Digital Commercial Vehicle Technology,” where the majority of the solutions that are on display were engineered, has existed since April 2007. In addition to IESE, other parties involved include the Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM and companies from throughout the region. Through the Commercial Vehicle Alliance, the cluster is tied to the Center for Commercial Vehicle Technology at the University of Kaiserslautern, and to the Commercial Vehicle Cluster GmbH.
After the trade show, the exhibit will be converted into a “Living Lab.” “It is not restricted to agriculture, but may be of interest to small and medium-sized enterprises, for instance,” says Knodel. “Based on the production units installed in the laboratory, they can see the benefits that networking holds for them - and launch their own development projects.“
Smarte Landwirtschaft
Die Integration eingebetteter Systeme in die IT-Infrastruktur birgt ein riesiges Potenzial für die produzierende Wirtschaft. Auf der Messe „Embedded World 2013“ vom 26. bis 28. Februar in Nürnberg zeigen Fraunhofer-Forscher am Beispiel Smart Farming, wie das Zusammenspiel von Maschinen in cyber-physischen Systemen sicher funktioniert (Halle 5 Stand 228).
Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Ressourcenknappheit setzen die Landwirtschaft unter Druck. Landwirte müssen möglichst viel auf möglichst kleiner Fläche ernten. Bislang begegnete die Branche der Herausforderung mit Innovationen in einzelnen Bereichen: Intelligente Systeme regeln Motoren, um Benzin zu sparen. Mit Hilfe von Satelliten und Sensortechnik verrichten die Maschinen automatisch die Feldarbeit, dabei werden Saat, Dünger und Pflanzenschutzmittel präzise auf dem Acker verteilt. Allmählich stößt die Optimierung aber an ihre Grenzen. Der nächste Schritt ist die Vernetzung der Einzelsysteme zu cyber-physischen Produktionssystemen. Sie bilden den gesamten Prozess vom Hofrechner bis zur Erntekette elektronisch ab. Die Betriebe können damit die Effizienz und Qualität noch einmal erheblich erhöhen. Auf der Messe Embedded World 2013 (vom 26. bis 28. Februar in Nürnberg) zeigen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 228 in Halle B5, wie die Landwirtschaft künftig von vernetzen Systemen profitieren kann.
Intelligente Vernetzung als Wettbewerbsvorteil
Die Experten haben sich bei ihrem Exponat bewusst für die Landwirtschaft entschieden: Auf einem Spielzeug-Bauernhof ruckelt ein Miniaturtraktor mit Anhänger über einen kleinen Acker. Am Feldrand befinden sich zwei Tablet-PCs. Die Messe-Besucher können damit die automatisierte Steuerung der Landmaschinen in Gang setzen. Über dem Modell-Bauernhof sind sechs Bildschirme angebracht. Sie veranschaulichen die Vorgänge hinter der Automatisierung, etwa anhand einer ablaufenden Programmschleife. Denn in heutigen Traktoren und Anbaugeräten stecken jede Menge Hard- und Software - sogenannte eingebettete Systeme. Das Exponat steht unter dem Motto „SEE - Software Engineering Explained“. Die Visualisierung erleichtert die Verständigung zwischen Informatiker und den Menschen, für die die Software gedacht ist. Ein Landwirt etwa kann dann besser seine Bedürfnisse einbringen. „Software ist für viele Menschen etwas Abstraktes“, erklärt Ralf Kalmar, Geschäftsbereichsleiter am IESE. „Doch die Beschäftigung mit ihr lohnt sich. Sie wird in vielen Branchen zum nächsten großen Innovationsfaktor.“
Die Vernetzung zum Cyber-Agrarbetrieb ist nicht auf Landmaschinen beschränkt. In den letzten Jahren ist die Zahl der „Player“ in der Agrarbranche gestiegen: Neben Saatgut- und Düngerproduzenten mischen Sensorik- und Datenprovider mit, die zum Beispiel Geodaten und Wetterdaten anbieten, Systeme für E-Government oder Smartphone-Apps etwa zur Bestimmung von Schädlingen. „Die Herausforderung liegt darin, sämtliche Systeme intelligent zu verknüpfen und Standards für Schnittstellen zu schaffen, so dass alle Beteiligten profitieren“, sagt Smart-Farming-Projektleiter Dr. Jens Knodel. Dafür sei es hilfreich, ihnen die Methoden der Software-Entwicklung zu vermitteln: vom Anforderungsmanagement über die Systemarchitektur zum Programmiercode – mit besonderen Augenmerk auf Sicherheit und Zuverlässigkeit.
Besseres Verständnis für Software-Entwicklung
Die Chancen, dass wichtige Impulse für die Landwirtschaft aus Kaiserslautern kommen, stehen gut – dank exzellentem Umfeld. Die Fraunhofer Forscher kooperieren mit dem Unternehmen John Deere, das in der Stadt das Europäische Technologie- und Innovations-Centrum (ETIC) betreibt. Seit April 2007 gibt es das Fraunhofer-Innovationscluster „Digitale Nutzfahrzeugtechnologie“, in dem der Großteil der gezeigten Lösungen entwickelt wurde. Beteiligt sind neben dem IESE das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM sowie Unternehmen aus der Region. Über die Commercial Vehicle Alliance ist das Cluster mit dem Zentrum für Nutzfahrzeugtechnik der TU Kaiserslautern und der Commercial Vehicle Alliance GmbH verbunden.
Das Exponat wird nach der Messe in ein „Living Lab“ umgewandelt. „Es ist nicht auf die Landwirtschaft beschränkt, sondern kann beispielsweise für mittelständische Industriebetriebe interessant sein“, sagt Knodel. „Sie können anhand von im Labor aufgebauten Produktionseinheiten sehen, welchen Nutzen die Vernetzung für sie hat – und eigene Entwicklungsprojekte lancieren.“
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