Cognitive Sensor Connector

Warenverfolgung mit kognitiven Sensoren, intelligenter Datenverarbeitung und sicheren Datenräumen

© Cognitive Internet Technolgies

Lückenlose Nachverfolgung durch Bündelung neuer Technologien wie sicherer Vernetzung und Sensorik, Lokalisierung, maschinelles Lernen und vertrauenswürdige Datenverarbeitung.

Die Logistikbranche als wichtiger Stützpfeiler der deutschen Wirtschaft hat zahlreiche Herausforderungen zu meistern, die an Komplexität zunehmen, sobald es sich um Güter handelt, bei denen die Einhaltung und der Nachweis der Lieferkette vom Gesetzgeber gefordert wird. Mit dem Cognitive Sensor Connector bietet das Fraunhofer-Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies (CIT) Technologien an, die eine lückenlose Warenverfolgung ermöglichen und den beteiligten Akteuren aus Unternehmen und Behörden einen sicheren Zugriff und eine datenschutzkonforme Verarbeitung von Daten ermöglicht. Auf der CEBIT 2018 in Hannover präsentierte das Forschungscluster CIT ein Konzept zur technologischen Realisierung einer ganzheitlichen und lückenlosen Warenkettenverfolgung am Beispiel eines Gefahrguttransports. 

Die Beförderungsmenge im Güterverkehr in Deutschland liegt laut Statistischem Bundesamt seit Jahren bei rund 4,5 Milliarden Tonnen. Der größte Teil davon mit rund 3,5 Milliarden Tonnen entfällt auf den Lastkraftwagenverkehr. Durch den Einsatz von Technologien wie sicherer Vernetzung und Sensorik, Lokalisierung, maschinelles Lernen und vertrauenswürdige Datenverarbeitung bietet das Forschungscluster CIT allen Branchen, die von einer zuverlässigen Logistik abhängig sind, die Möglichkeit, durch neue Technologien die Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und neue Geschäftsfelder zu entwickeln. Dies ist für eine Weiterentwicklung der einzelnen Branchen unerlässlich, wollen sie sich kontinuierlich verbessern und ihre Wettbewerbsposition halten. Der Cognitive Sensor Connector als Herzstück der Lösung erlaubt eine sichere Anbindung funkbasierter Sensorik, sicherer Kommunikation über aktuelle Standards wie 5G, vertrauenswürdigen Ortungsbestimmungsdiensten mit Galileo Public Regulated Service (PRS), Machine-Learning-Verfahren zur Erkennung von Ereignissen und Anomalien sowie durch vertrauenswürdige und sichere Datenverarbeitung und Datenflusskontrolle.

Warenkettenverfolgung – Beherrschung von Komplexität

Gefahrguttransporte erfordern eine besondere Behandlung nicht nur beim Verpacken und Verladen sondern auch bei der Planung und Durchführung des gesamten Logistikprozesses. Zahlreiche Faktoren die Ladung betreffend sowie äußere Einflüsse müssen berücksichtigt werden. Besondere Vorschriften für die Beförderung erhöhen die Brisanz in der Distributionslogistik. Der Cognitive Sensor Connector des CIT reduziert diese Brisanz und hilft, die Komplexität zu beherrschen. Durch eine kontinuierliche Datenerhebung und -verarbeitung sowie kontrollierten Datenaustausch wird allen Akteuren die Möglichkeit geboten, den Weg der Ware sowie den Zustand lückenlos abzubilden. Mithilfe spezieller Sensorik lassen sich nicht nur beschädigte Chargen während des Verladevorgangs erkennen, sondern auch die Sicherheit der Ladung während des Transports durch zahlreiche Frühwarnsysteme gewährleisten. Durch eine souveräne Übermittlung von Statusmeldungen kann die Logistik in Abweichungsfällen optimal angepasst werden und im Schadensfall kann die Benachrichtigung der Rettungskräfte mit allen notwendigen Informationen schneller erfolgen.

© Cognitive Internet Technologies

Warenverfolgung mit Cognitive Sensor Connector

Cognitive Sensor Connector

Ein zentraler technologischer Baustein innerhalb der Warenverfolgung ist der Cognitive Sensor Connector. Dieser fungiert als Edge Device während des Transports und verarbeitet, analysiert und aggregiert die Sensordaten aus der Ladung in Echtzeit. Dies können Temperatur, Lage und Position, Zustand der Verpackung und ähnliches sein. Die Verarbeitung geschieht in speziellen isolierten Applikation auf dem Connector, die unterschiedliche Funktionen ausführen. Alle Sensoren kommunizieren über verschlüsselte, authentifizierte und integritätsgeschütze Funkverbindungen mit dem Connector. Die Daten werden lokal erhoben und vorgehalten, so dass die Verarbeitung direkt im Connector erfolgt. Verlassen Daten den Connector, um Informationen über den Zustand der Ladung an die beteiligten Akteure zu übermitteln, so unterliegen sie einer strengen Datenflusskontrolle, die eindeutig regelt, wer, was, wie lange, wo und zu welchem Zweck nutzen darf. Neben dem Logistiker, dem Hersteller der Waren und dem Empfänger der Waren können Informationen über den Zustand der Waren auch für Personal vor Ort, etwa den Fahrer eines LKW, relevant sein. Dabei bekommt jeder Akteur nur Zugriff auf die für ihn notwendigen Informationen in einer für ihn notwendigen Granularität. Der LKW-Fahrer kann somit beispielsweise Warnungen bei zu hohen Temperaturen der Ware oder Gasentwicklung erhalten und entsprechend reagieren. Die Vertrauenswürdigkeit der Sensordaten kann dabei stets überprüft werden.

Über Galileo PRS kann der Standort der Ladung präzise ermittelt werden. Methoden und Verfahren des Maschinellen Lernens werden bei der Verarbeitung und Auswertung von datenintensiven Sensordaten wie Video und Audiodaten verwendet, um beispielsweise Rückschlüsse auf den äußeren Zustand der Landung zu ziehen. Schäden an der Verpackung oder austretende Flüssigkeiten können so erkannt werden. Durch die Fusion von Sensordaten mit Hilfe maschineller Lernverfahren können zudem Anomalien erkannt werden, etwa wenn die Beschleunigungswerte eines Sensors eines Paketes von den Sensorwerten aller anderen Pakete im selben Container abweichen oder die Ortsinformation nicht mit den charakteristischen Beschleunigungswerten aufgrund der örtlichen Fahrbahnbeschaffenheit korrespondiert.

Kognitives Internet für die Industrie

Drei Fragen an Prof. Dr. Claudia Eckert, Direktorin des Clusters Cognitive Internet Technologies

© Andreas Heddergott

Direktorin des Fraunhofer CIT und Leiterin des Fraunhofer AISEC

Was bedeutet kognitives Internet und was ist der Unterschied zum „normalen“ Internet?  

Die fortschreitende Digitalisierung macht eines deutlich: die bloße Orientierung auf klassische Web-basierte, digitale Prozesse greift entscheidend zu kurz. Wettbewerbsfähige Anwendungen, Produkte und Dienstleistungen erfordern heute die vertrauenswürdige Nutzung der vielfältigen Sensordaten des Internet of Things, ihre unternehmensübergreifende semantische Integration und die Erbringung hochintelligenter, lernender Dienstleistungen, um so aus Anwendersicht ein »kognitives Internet« (CI) zu schaffen.

Wo steht die Industrie in diesem Bereich und wie kann Fraunhofer Unternehmen unterstützen?

Die Industrie ist gerade dabei, Lösungen für die digitale Transformation in den Unternehmen zu entwickeln und schrittweise einzuführen. Die Digitalisierung und durchgehende Vernetzung von u.a. Maschinen, Produkten, aber auch Logistikabläufen, Bestell-, Lager- und Rechnungswesen birgt ein riesiges Potential für die Verbesserung der Abläufe und Individualisierung der Produkte zugeschnitten auf individuelle Anforderungen. Gleichzeitig führt dies zunehmend zu kaum beherrschbaren Systemen von immenser Komplexität. Fraunhofer möchte mit dem Cluster of Exellence „Cognitive Internet Technologies“ (CIT) die Unternehmen während des gesamten Transformationsprozesses begleiten und zusammen mit ihnen passgenaue kognitive Lösungen entwickeln, die es ermöglichen, die Komplexität zu beherrschen.  Die Unterstützung reicht dabei von der Analyse über die Planung einer zukunftsfähigen Unternehmensstrategie bis hin zur agilen Technologieentwicklung und Erprobung in den zahlreichen Innovations- und Anwendungszentren des CIT.

Was sind die langfristigen Ziele des Forschungsclusters CIT? Was möchten Sie mit Ihrer Arbeit erreichen?

Das langfristige Ziel besteht ganz klar darin, durch Erforschung kognitiver Technologien ein neues Internet für die Industrie zu errichten. Schlüsseltechnologien entlang der Wertschöpfungskette vom Sensor über intelligente Lernverfahren bis hin zur Cloud sollen in den Unternehmen zu hochintelligente Lösungen und Produkte führen, die die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen bewahren, deren Innovationskraft stärken und deren digitale Souveränität sichern. Das möchten wir erreichen und die Unternehmen bei der zukunftsorientierten Gestaltung ihres Geschäfts begleiten.

Cognitive Internet Technologies

Mit dem Forschungs-Cluster Cognitive Internet Technologies (CIT) arbeitet die Fraunhofer-Gesellschaft massiv an zentralen Schlüsseltechnologien für das CI mit dem Ziel einer Technologie-Führerschaft mit internationaler Sichtbarkeit und Impact. Dazu bündelt das Forschungs-Cluster CIT die Kompetenzen von 13 Fraunhofer-Instituten aus der Mikroelektronik, der Informations- und Kommunikationstechnik und der Produktion. Die bereits in den Instituten verankerte erstklassige Forschungs- und Entwicklungskompetenz wird in dem Forschungs-Cluster gebündelt und durch gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit Schwerpunkten in den Bereichen der IoT-Kommunikation, der Datenräume und des Maschinellen Lernens. Im Cluster CIT werden diese drei Technologie-Felder zusammengeführt, um den Brückenschlag von physischer Welt, digitaler Welt hin zu sozialer Welt – den Nutzern – zu ermöglichen. Cognitive Internet-Technologien sind der Schlüssel für die digitale Souveränität und wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit.  

Gebündelte Kompetenz - die Forschungszentren

 

IoT-COMMS

Leitung: Prof. Dr. Albert Heuberger (Fraunhofer-Institute: IIS, AISEC, HHI, IWU, IVI)

Vertrauenswürdige, robuste Echtzeit-Kommunikation und authentische Ortsinformationen.

 

Maschinelles Lernen

Leitung: Prof. Dr. Stefan Wrobel und Prof. Dr. Christian Bauckhage (Fraunhofer-Institute: IAIS, IOSB, ITWM, SCAI)

Nachvollziehbare, robuste Lernverfahren kombiniert mit domänenspezifischem Expertenwissen.

 

Data Spaces

Leitung: Prof. Dr. Boris Otto (Fraunhofer-Institute: ISST, AISEC, IAIS, IML, IOSB, FIT, IESE)  

Vertrauenswürdige Datenräume zur kontrollierbaren unternehmensübergreifenden Kollaboration.

Forschungs- und Kooperationsmöglichkeiten

Exklusive strategische Industriepartnerschaften

Auf mehrere Jahre angelegte Kooperationen zur nachhaltigen Strategieentwicklung und Technologieumsetzung

Nutzung erfolgreich implementierter Kooperationsformate
(Bsp.: Enterprise Innovation Campus)

Abwicklung von Großprojekten

Industrielle Umsetzung unter Einbeziehung des  Wissensvorsprungs und der Technologiekompetenz des CIT

Eine Schnittstelle mit einem zentralen Ansprechpartner für Unternehmen

Kerninstitute des CIT

  1. Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC
  2. Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS
  3. Integrierte Schaltungen IIS
  4. Software- und Systemtechnik ISST
  5. Angewandte Informationstechnik FIT
  6. Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI
  7. Experimentelles Software Engineering IESE
  8. Materialfluss und Logistik IML
  9. Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
  10. Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
  11. Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI
  12. Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
  13. Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

Forschungseinrichtungen des CIT

  1. Transferzentrum 5G Testbed HHI
    Lokale Funkknoten 4G/5G mit verschlüsselter Übertragung HHI, AISEC
    V2V, V2X Kommunikation HHI
  2. Testgelände für Automotive-Anwendungen IVI
  3. E3-Forschungsfabrik IWU
  4. Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. IIS
    High precision positioning in 5G IIS
  5. Leistungszentrum Sichere Vernetzte Systeme AISEC, EMFT, ESK
    Hardware- und Laserlabor AISEC, EMFT
  6. Leistungszentrum Simulations- und Softwarebasierte Innovation ITWM
  7. Enterprise Innovation Campus IAIS
  8. Industrial Data Space Lab ISST
    Leistungszentrum Logistik ISST, IML
    Digital.Hub Logistik IML, ISST
  9. Smart Factory OWL IOSB