Digitale Technologien bieten grosse Chancen

Christian Rosset und Martin Ziesak, Professoren an der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL, im Gespräch über die Initiative Wald & Holz 4.0 und das Potenzial, das die digitale Transformation der Forstwirtschaft bietet.

Wir sprechen über die Initiative Wald & Holz 4.0, die die BFH lanciert hat. Was verstehen Sie unter Wald & Holz 4.0 in Bezug auf die Forstwirtschaft?

Martin Ziesak: Im Kern der vierten industriellen Revolution steckt die intelligente und allumfassende Vernetzung von Komponenten und Akteuren, von Produkten und Maschinen, von Services und Prozessen. Als charakterisierend wird oft die sich daraus ableitende riesige Datenmenge (Big Data) oder auch die direkte Vernetzung der Dinge (Internet of Things IoT) gesehen. In der Auswirkung ist für die Forstwirtschaft damit zu rechnen, dass sich neue Denkansätze etablieren, althergebrachte Strukturen überwinden lassen und neue Geschäftsmodelle verbreiten könnten.

 

Welche Motivation gab es für die Teilnahme der HAFL an dieser Initiative?

Martin Ziesak: In der Wald- und Holzwirtschaft gibt es einige übergeordnete Aspekte, die die Branche bedrohen. Es gibt den Klimawandel, der sich auf das Vorkommen bestimmter wirtschaftlich bedeutender Baumarten, z.B. die Fichte, auswirken wird. Das hat sowohl für das Geschäftsmodell der Holzindustrie  als auch für die Gestaltung des Waldbildes grosse Konsequenzen. Der Klimawandel erzeugt auch Druck durch Waldschäden wie Windwurf, Schneebruch oder Käferbefall, die für die tägliche Arbeit bis hin zur Holzernte Mehraufwand zur Folge haben werden. Der Normaleinschlag wird eher zur Ausnahme. Man ist deshalb gezwungen, Geschäftsmodelle und Aktionsmuster zu überdenken, um die Zukunft der Branche zu sichern. Wald-&-Holz-4.0-Konzepte sind ein probates Mittel dafür.

Doch ist es eine Realität in unserer Branche, dass die Digitalisierung an manchen Stellen noch viel Potenzial hat und weiter entwickelt werden muss, bevor man mit 4.0-Konzepten aufsetzen kann. Deshalb war es für die HAFL wichtig, sich an dieser Initiative zu beteiligen.

Christian Rosset: Nicht nur das Klima, auch die Gesellschaft verändert sich, und es stellt sich die Frage, ob man den Veränderungen reaktiv oder proaktiv begegnen will. Gleichzeitig können wir von der starken und vielfältigen Entwicklung im Bereich der neuen Technologien profitieren. Die Sensorik beispielsweise ermöglicht ein klareres und dynamischeres Bild des Waldes als früher. Dieses wiederum ist die Grundlage für ein Waldmonitoring, das aufgrund der Datenlage bisher so nicht möglich war. Obwohl die Technologien so neu gar nicht sind, sind sie noch nicht weitverbreitet in der Branche. Der Bedarf ist aber vorhanden. Die Initiative bietet die Gelegenheit, sowohl ein Netzwerk innerhalb der Waldbranche aufzubauen als auch den Austausch mit der Holzwirtschaft und das gegenseitige Verständnis zu fördern. Eine stärkere Vernetzung wäre sehr wertvoll. Dazu wiederum können neue Technologien und die Gedanken von Industrie 4.0 beitragen.

 

Gibt es branchenspezifische Besonderheiten, die im Zusammenhang mit der digitalen Transformation einen Einfluss haben?

MZ: Wenn man von  Industrie 4.0 auf Wald & Holz 4.0 schwenkt, erkennt man, dass die industrielle Fertigung im Wald nicht in einem konzentrierten, geschützten, Raum stattfindet. Im geschützten Raum weiss ich genau, wo was passiert. Es gibt eine technische Infrastruktur, es ist trocken und warm, Smartphones funktionieren immer. Das ist in der Primärproduktion grundsätzlich anders. Die Arbeit erfolgt auf der Fläche, die örtliche Zuordnung ist nicht automatisch gegeben. In der Regel gibt es keine Infrastruktur. Kabelgebundene Netzwerke und WLAN-Verbindungen wie in der Produktion sind nicht überall vorhanden, und ein flächendeckendes Mobilfunknetz ist oftmals auch nicht verfügbar. So können keine Agenten im Internet miteinander kommunizieren.

Auch die Produktionszeiträume unterscheiden sich natürlich deutlich von jenen der Industrie: Während wir dort von wenigen Jahren sprechen, müssen wir in der Waldwirtschaft mindestens in Menschengenerationen denken. Es braucht also Konzepte, die viel länger in die Zukunft weisen. Das spielt auch bei der Datenhaltung eine Rolle.

CR: Wir arbeiten mit der Natur. Die Waldökosysteme sind hochkomplex, jeder Baum ist einzigartig. Die Auswirkungen eines Eingriffs sind aufgrund des langsamen Baumwachstums oft erst nach einigen Jahren sichtbar. Dazu kommen unerwartete, kurz- und langfristig auftretende Ereignisse, – z.B. Stürme oder der Klimawandel – die unsere bisherigen Kenntnisse über Waldökosysteme infrage stellen. Die biologische Produktion ist entsprechend mit vielen Unsicherheiten behaftet. Es ist nicht leicht, sie zu optimieren. Wir sind in einem ständigen Lernprozess, der uns ermöglicht, die Waldökosysteme immer besser zu verstehen.

 

Wo sehen Sie demnach das grösste Potenzial für die digitale Transformation in der Forstwirtschaft?

CR: Ausgehend von der biologischen Produktion ist sicher das Management interessant, da die Daten detaillierter und aktueller sind als früher (siehe Kasten «Smart Forest»). Der Wald liesse sich viel differenzierter und präziser bewirtschaften. Man könnte auch die Erfolgskontrolle der waldbaulichen Massnahmen ausbauen und entsprechend die biologischen Produktionskonzepte laufend verbessern. Industrie-4.0-Konzepte können auch hilfreich sein, um trotz langer Produktionszeiträume stärker nachfrageorientiert arbeiten und die vorhandenen Holzressourcen besser in Wert setzen zu können.

MZ: Aus Sicht der technischen Produktion sind Forstmaschinen im Hinblick auf die digitale Transformation als besonders bedeutsame Komponenten zu betrachten. Sie sind bereits jetzt in hohem Mass mit Sensoren ausgestattet, verfügen teilweise über eigene Onboard-Computer und bieten damit erste Elemente für eine Digitalisierung. Dadurch stellen sie einen guten Ausgangspunkt zur Weiterentwicklung zu smarten, vernetzten Maschinen nach Industrie 4.0-Sichtweise dar (siehe Kasten «Forwarder 2020»). Weiteres Potenzial bieten auch der Bereich der Arbeitssicherheit (siehe Kasten «Kollegenschutz 4.0», Seite XX) oder die durchgängige Vernetzung der Holzerntekette. Dazu läuft in Deutschland gerade ein Projekt mit wichtigen und grossen Akteuren an.

 

Welches sind bisher die wesentlichsten Erkenntnisse aus der Initiative?

CR: Der Aufbau des Netzwerks und der Austausch mit der Holzwirtschaft waren ein sehr wichtiger Teil der Initiative. Wir stehen am Anfang des Prozesses. Vieles ist möglich, aber noch unklar. Der Austausch ist zentral, um Klarheit zu schaffen, was die Wald- und Holzwirtschaft gemeinsam erreichen könnte.

MZ: Mit der Initiative erfolgte ein erster Schritt, die grundlegenden Konzepte und Methoden von Industrie 4.0 aufzugreifen und auf den Schweizer Branchencluster Wald und Holz zu übertragen Durch die breite Vertretung der Basis hat sie Bewusstsein für das Thema in der Branche geschaffen und möglichen und erhofften Folgeaktivitäten den Weg geebnet. Doch muss man nun dranbleiben, die Initiative darf nicht der Schlusspunkt sein. Das Thema muss gemeinsam mit allen Akteuren in die Umsetzung kommen.

 

Stephan Sigrist (Leiter von W.I.R.E.) sagt: «Bei ineffizienten Prozessen im System besteht die Gefahr, dass Branchenfremde und Plattformen die Strukturen und Geschäftsmodelle infrage stellen.» Es gibt zahlreiche Beispiele, die diese Aussage bestätigen. Bestehen in der Forstwirtschaft Parallelen?

MZ: Ich denke, dass eher Akteure mit Branchenkenntnissen disruptiv wirken können. Dass sie andere Sichtweisen auf Geschäftsprozesse und Dienstleistungen anbieten, die die klassischen Akteure an den Rand drängen und marginalisieren. Das kann rasch geschehen. Nicht die Grossen und Etablierten, sondern die Schnellen und Agilen können sich ein Geschäftsmodell sichern. In der klassischen Wald- und Holzwirtschaft greift dieses Argument vielleicht nicht ganz so stark, weil wir flächig arbeiten und Zugang zu den Akteuren brauchen. Das Potenzial für schnelle und gute Ideen ist aber gegeben. Mit Blick auf unsere Absolventen ist das jedoch eher eine Chance.

 

Welches sind für Sie die grossen Themen in Bezug auf die digitale Transformation in der Forstwirtschaft in den nächsten Jahren?

CR: Für mich ist es ganz klar die Vernetzung. Es gibt viele IT-Tools, die jedoch oft Insellösungen sind. Die grosse Herausforderung wird sein, sie zu vernetzen, um die Komplexität der Waldbewirtschaftung noch besser im Griff zu haben und die biologische Produktion zu optimieren. Auch die Integration von neuen Technologien, z.B. von Drohnen, wird ein Thema bleiben.

MZ: Mittelfristig sehe ich Handlungsbedarf bei der Etablierung von zukunftsfesten Standards. Diese Standards fehlen bislang. Wir brauchen eine Architektur und, damit die Kommunikation funktioniert, eine für die Branche taugliche Semantik dahinter. Einzellösungen sind für die Gesamtintegration möglicherweise zu kurz gedacht. Deshalb ist es sehr wichtig, die Entwicklung gemeinsam mit Praxispartnern zu verfolgen. Durch die Zugkraft von Industrie 4.0 gibt es Bewegung auf dem Markt. Ebenso ist ein international breit abgestütztes Vorgehen vorzuziehen, wo immer es möglich ist: sowohl auf der Ebene der Wissenschaft als auch auf der Ebene der Politik und Geldgeber. Landesspezifische Standards nachgängig europaweit zu harmonisieren, ist mühsam. Also sollten Vernetzungen zum «Kompetenzzentrum Wald und Holz 4.0» in Deutschland und zur Kooperation «Forest 4.0» zwischen Deutschland und Österreich geschaffen werden.

Dr. Martin Ziesak ist seit 2012 Professor für forstliches Ingenieurwesen an der BFH-HAFL. Er leitet das Fachgebiet «Forstliche Produktion» und vertritt die Themenfelder Verfahrenstechnik, Walderschliessung und Arbeitswissenschaft.

Dr. Christian Rosset ist seit 2008 Professor an der BFH-HAFL, zuerst für forstliche Planung und GIS, ab 2013 für Waldbau und forstliche Planung. Er ist Leiter der Fachgruppe Wald und Gesellschaft. Forstingenieurstudium und Promotion an der ETHZ bis 2005, danach Arbeit in einem Ingenieurbüro und an der WSL.

FORWARDER 2020

Initiator des inzwischen abgeschlossenen Projekts war die Firma Hohenloher Spezial-Maschinenbau (HSM). Um das Projekt «Forwarder 2020» realisieren zu können, schloss sie sich mit 14 Partnern aus verschiedenen europäischen Ländern zusammen. Gemeinsam entwickelten sie fünf innovative Module, die auf zwei For-warder-Prototypen verbaut wurden:

  • Ein hydro-mechanisches, leistungsverzweigtes Getriebe
  • Einen neuen hydraulischen Kran mit energetischer Rekuperation
  • Eine federnd aufgehängte Fahrerkabine
  • Eine Dreifach-Bogie-Achse
  • Ein «Monitoring System», das die Maschine in einen «smartForwarder» verwandelt

Die HAFL hat zusammen mit HSM und forstware Informationssysteme GmbH das

«Monitoring System» entwickelt. Dazu wurden die Sensorik der Forwarder erweitert und eine Software installiert, mit der sich ihre Betriebsdaten dokumentieren lassen. Gleichzeitig und im Nachgang konnten mittels eines Cloud-Speichers Auswertungen über das Verhalten der Maschinen gemacht werden.

 

SMART FOREST

Smart Forest ist ein Managementsystem für die Optimierung der biologischen Produktion im Wald. Es besteht aus mehreren, modular konzipierten IT-Tools, die Waldinventur, Waldwachstum, Waldbau und Waldplanung in einem Gesamtprozess verbinden. Mit «TBk / Sentinel-2» wird eine Bestandeskarte aus Fernerkundungsdaten automatisch erarbeitet, mit der Smartphone-App «Moti» werden dendrometrische Grössen wie Vorrat und Grundlfäche gemessen, mit dem Waldwachstumssimulationsmodell «SiWaWa» wird die zukünftige Entwicklung der einzelnen Bestände abgeschätzt, und mit dem Planungstool «WIS.2» lässt sich die Entwicklung des ganzen Forstbetriebes lenken und überwachen. Die vier Tools decken die wesentlichen räumlichen und zeitlichen Ebenen der Waldbewirtschaftung ab. Zur Dokumentation und Kontrolle der waldbaulichen Eingriffe werden zudem permanente «waldbauliche Dauerbeobachtungs- und Trainingsflächen» eingerichtet (auf martelage.sylvotheque.ch zugänglich).

 

KOLLEGENSCHUTZ 4.0

Im aktuell laufenden Projekt «Kollegenschutz 4.0» geht es darum, in der Waldarbeit eine bessere Einsichtnahme über die Position von Personen zu erhalten und gegebenenfalls in Gefährdungsmomenten eine (automatisierte) und zielgerichtete Warnung auszugeben. Die auf Waldbedingungen adaptierte Funksensorik wird von der Forschungsgruppe «Embedded Systems» der BFH entwickelt. Die Gesamtarchitektur ist in der Lage, sich in Wald & Holz 4.0-Konzepte einzugliedern und so gegebenenfalls via Dashboards Auskunft zu geben.