SCHUBKRAFT FÜR DIE DIGITALISIERUNG

LT: Der Antrieb zur Digitalisierung kommt also nicht aus den Unternehmen der Lebensmittelindustrie?

Danneel: Trotz der hohen wirtschaftlichen Potenziale, die mit Industrie 4.0 einhergehen, nähert sich die Branche dem Thema relativ zurückhaltend. Was sich genau hinter den "neuen digitalen Lösungen" verbirgt, bleibt für die Unternehmen oft nebulös. Das dürfte ein Grund dafür sein, warum der Nahrungsmittelmaschinenbau das Thema erst später aufgegriffen hat. Das Verlangen der Lebensmittelproduzenten nach Industrie 4.0-Technologien war schlicht und einfach nicht so groß wie in anderen Branchen.

LT: Automatisierung und Digitalisierung sind für die Lebensmittelindustrie dennoch keine Fremdworte. Viele Prozesse wurden bereits in den zurückliegenden Jahren automatisiert und teilweise schon digitalisiert ...

Lohweg: Wir sprechen bei smartFoodTechnologyOWL deswegen nicht von Automatisierung, sondern immer von intelligenter Automation, denn die Durchgängigkeit der im Wertschöpfungsprozess erzeugten Daten erfordert die Vernetzung verschiedenster IT-Systeme innerhalb des Unternehmens und über dessen Grenzen hinaus. Dabei geht es um die Frage, wie wir die Produktion multikriteriell optimieren können. Zentrale Aspekte bei smartFoodTechnologyOWL sind beispielsweise die Themen Nachhaltigkeit und Lebensmittelverschwendung – sowohl im Kontext der einzelnen Lebensmittel wie auch der Verpackungen.

Witte: Die Projektteams um Prof. Danneel und Prof. Lohweg entwickeln dafür Sensoren zur gezielten Identifizierung und Bestimmung flüchtiger organischer Verbindungen, die als Verderbnisindikatoren bereits in einer sehr frühen Phase Rückschlüsse auf die Haltbarkeit zulassen.

Lohweg: Unsere Forschungen haben nicht nur die Vorhersage der Haltbarkeit zum Ziel. Die smarten Sensoren sollen es den Lebensmittelproduzenten künftig ermöglichen, mittels Echtzeitdaten auf Veränderungen im Prozess reagieren zu können, um die gewünschte Qualität sicherzustellen – ganz im Sinne eines Closed-Loop-Verfahrens. Bis diese Vision Realität wird, haben wir noch einige Jahre wissenschaftliche Grundlagenarbeit vor uns. Wir müssen herauszufinden, was die physikalischen oder auch chemischen Messmethoden im Bereich Echtzeit-Qualitätssicherung leisten können.

LT: Für eine erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0-Lösungen sehen viele Experten die Akzeptanz der neuen Technologien durch die Beschäftigten als ein zentrales Schlüsselelement ...

Danneel: Die Lebensmittelindustrie ist geradezu gezwungen, den digitalen Wandel voranzutreiben, wenn sie neue Felder erschließen will. Insofern denke ich, müssen wir gar nicht mehr über Akzeptanz reden. Wir etablieren hier neue Standards, was Lebensmittelsicherheit und -qualität angeht, von denen die Unternehmen letztendlich profitieren werden. Aber Sie haben natürlich recht: Industrie 4.0 entfaltet sein volles Potenzial erst mit dem Erfahrungswissen der Mitarbeiter. Die Digitalisierung spielt in der Food Branche nicht zuletzt deswegen eine so große Rolle, weil der diesbezügliche Fachkräftemangel mittlerweile in den Unternehmen spürbar ist.

LT: Sie haben es bereits angedeutet: Für die Themen Digitalisierung und Vernetzung gibt es keinen Königsweg. Wo sehen Sie aktuell noch die größten Hürden, damit die Vision von der Echtzeit-Qualitätskontrolle Wirklichkeit wird?

Lohweg: Wenn wir die Prozesse in der Lebensmittelindustrie genauer betrachten, fällt uns ein Defizit immer wieder ins Auge: Eine Wertschöpfung aus Maschinendaten findet bisher kaum statt. Diese ist aber zwingend erforderlich, um eine produzierende Anlage im Sinne von Industrie 4.0 zu verstehen und um Materialoptimierungen für mehr Nachhaltigkeit vorzunehmen. Den größten Handlungsbedarf sehe ich bei der Entwicklung smarter Sensoren, der Datenanalyse und den Methoden des maschinellen Lernens.

Danneel: Es gibt vor allem eine Hürde, die wir meistern müssen: Die Übersetzung der Lebensmitteleigenschaften in sensortechnische Daten großer Bandbreite. Gerade dieses Thema und die damit einhergehende Fleißarbeit haben wir anfangs unterschätzt. Noch fehlen uns diese hochdatenintensiven Sensoren, mit denen wir die Vielzahl unserer Lebensmittel realitätsnah und in Echtzeit abbilden können. Sie sind das Fundament auf dem Weg zur digitalen und vernetzen Produktion und ihre Entwicklung ist mit einem erheblich höheren Aufwand verbunden, als wir zu Beginn gedacht haben. Das war eine Lektion, die wir bei smartFoodTechnologyOWL gelernt haben.

LT: ... hochdatenintensive Messtechnik, was genau verbirgt sich hinter diesem Begriff?

Danneel: Sie erlaubt uns die Echtzeitbestimmung wichtiger Qualitätsparameter. Aktuell arbeiten wir am ILT.NRW an Sensorlösungen für den Einsatz in industriellen Prozessen, die auf der Nahinfrarot­spektroskopie (NIR) basieren. Das Team um Prof. Lohweg vom inIT ergänzt unsere Forschung mit Kompetenzen aus den Bereichen der Signal- und Bildverarbeitung, der hochdimensionalen Datenanalyse sowie Mustererkennungsmethoden. Anschaulich umgesetzt wird dies mit einer Demonstrationsanlage für den Maisch-Prozess beim Bierbrauen. Die von uns entwickelten Sensoren bestimmen die kritischen Zucker- und Stickstoffgehalte und ermöglichen eine Vorhersage über den Endvergärungsgrad des Bieres.

Lohweg: Der Demonstrator ist für uns zugleich eine Prototyp-Forschungsplattform, an der wir Industrie 4.0-Technologien wie maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz, Cloud Computing, hochdatenintensive Sensorik und Big Data-Anwendungen testen können, um sie später in reale Produktionsumgebungen zu integrieren.

LT: Inwieweit sind die Sensorhersteller am Markt daran interessiert, entsprechende Lösungen für die Food Branche bereitzustellen?

Lohweg: Selbst den marktführenden Technologieanbietern fällt es schwer, derartig spezifische Sensoren zu entwickeln. Die Gründe dafür liegen in den heterogenen Automatisierungsmärkten und darauf aufbauender Geschäftsmodelle. Die Intention der Unternehmen ist es, möglichst hohe Stückzahlen an Sensoren in beliebig viele Branchen zu verkaufen.

Witte: ... und wir dürfen den Kostenaspekt nicht außer Acht lassen: Die geringeren Stückzahlen von Spezialsensoriken in industriellen Anwendungen führen dazu, dass die Entwicklungskosten auf verkauften Einheiten umgelegt werden müssen. Gegenwärtig sind diese Preisregionen für Nahrungsmittelmaschinenbauer noch unwirtschaftlich. Hinzu kommt, dass bei derartig neuen Features bei den Anwendern in der Lebensmittelindustrie häufig keine hohe Zahlungsbereitschaft vorliegt.

LT: Die Kosten von Sensorsystemen bleiben dadurch hoch, neue Anwendungen können nicht erschlossen werden ...

Lohweg: Ein Teufelskreis, den wir durchbrechen wollen. Wir müssen hochdatenintensive Lösungen finden, die auch erschwinglich sind. Infolgedessen konzentrieren wir uns bei smartFoodTechnologyOWL gemeinsam mit unseren Partnern auf die Entwicklung eigener, nicht-invasiver Verfahren, mit denen wir beliebige und beliebig viele relevante Lebensmittelinhaltsstoffe erfassen können. Diese auf Nahinfrarotspektroskopie beruhenden Sensoren kommen beispielsweise in unserem Maisch-Demonstrator zum Einsatz. Sie ermöglichen eine umfassendere Qualitätssicherung als die konventionelle Stichprobennahme mit anschließender Laboruntersuchung.LT: Was denken Sie, wann wird die neue Technologie marktfähig sein?

Lohweg: Im Bereich Nahinfrarotspektroskopie kommen wir gut voran. Auch wenn ich mich jetzt mit meiner Voraussage nicht zu weit aus dem Fenster lehnen will: Ich denke in zwei bis drei Jahren haben wir praxistaugliche Lösungen, die auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten konkurrenzfähig sind.