Digitale Daten im Maschinenmanagement: Untersuchung zur Kombination von Maschinenmanagementsystemen mit Agrarsoftwareanwendungen zur Bereitstellung entscheidungsrelevanter digitaler Daten und Weiterleitung in das Farm Management Information System (FMIS) sächsischer Landwirtschaftsbetriebe

Der Bericht informiert über die Untersuchung zur Kombination von Maschinenmanagementsystemen mit Agrarsoftwareanwendungen zur Bereitstellung digitaler Daten und deren Weiterleitung in Farm-Management-Information-Systemen (FMIS) sächsischer Landwirtschaftsbetriebe. Eine SWOT-Analyse gibt für alle untersuchten Systeme einen Überblick über Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken. Die Bewertungsmatrix umfasst eine tabellarische vergleichende Bewertung der drei untersuchten Maschinenmanagementsysteme, orientiert an den Fragestellungen der Landwirte. Für Landwirte, Landtechnik- und Softwarehersteller sowie für die landwirtschaftliche Beratung werden Handlungsempfehlungen gegeben. Redaktionsschluss: 12.12.202

Optimizing precision agricultural operations by standardized cloud-based functions

Aim of study: An approach to integrate knowledge into the IT-infrastructure of precision agriculture (PA) is presented. The creation of operation relevant information is analyzed and explored to be processed by standardized web services and thereby to integrate external knowledge into PA. The target is to make knowledge integrable into any software solution. Area of study: The data sampling took place at the Heidfeld Hof Research Station in Stuttgart, Germany. Material and methods: This study follows the information science’s idea to separate the process from data sampling into the final actuation through four steps: data, information, knowledge, and wisdom. The process from the data acquisition, over a professional data treatment to the actual application is analyzed by methods modelled in the Unified Modelling Language (UML) for two use-cases. It was further applied for a low altitude sensor in a PA operation; a data sampling by UAV represents the starting point. Main results: For the implemented solution, the Web Processing Service (WPS) of the Open Geospatial Consortium (OGC) is proposed. This approach reflects the idea of a function as a service (FaaS), in order to develop a demand-driven and extensible solution for irregularly used functionalities. PA benefits, as on-farm processes are season oriented and a FaaS reflects the farm’s variable demands over time by origin and extends the concept to offer external know-how for the integration into specific processes. Research highlights: The standardized implementation of knowledge into PA software products helps to generate additional benefits for PA

Beitrag zu einer universellen Baggerschnittstelle zur Übertragung elektrischer und hydraulischer Leistung sowie elektronischer Signale für komplexe Anbaugeräte

Excavators provide a big variety of tasks with specialized accessory attachments. If the number of hydraulic functions however is too high or the function requires an exact control a manual control is not possible. This thesis presents a control system for excavator accessory attachments which enables the control of complex accessory attachments

Beitrag zu einer universellen Baggerschnittstelle zur Übertragung elektrischer und hydraulischer Leistung sowie elektronischer Signale für komplexe Anbaugeräte

Bagger erbringen mit spezialisierten Anbaugeräten eine Vielzahl von Arbeitsaufgaben. Wird die Anzahl der hydraulischen Funktionen jedoch zu groß, oder erfordern eine genaue Regelung, ist eine manuelle Ansteuerung nicht mehr möglich. Die Arbeit handelt von einem Steuerungssystem für Baggeranbaugeräte, das die Steuerung und Regelung komplexer Anbaugeräte ermöglicht

Digitalisierung der Landwirtschaft: gesellschaftliche Voraussetzungen, Rahmenbedingungen und Effekte. Teil II des Endberichts zum TA-Projekt

Innovative Agrartechnologien und die digitale Datenverarbeitung gewinnen in der landwirtschaftlichen Praxis immer mehr an Bedeutung, und es ist davon auszugehen, dass die Automatisierung spezifischer landwirtschaftlicher Produktionsschritte mithilfe digitaler Anwendungen weiter voranschreiten wird. Verbunden damit ist die Vision, landwirtschaftliche Maschinen und Prozesse miteinander zu vernetzen, und zwar nicht nur auf Betriebsebene, sondern weit darüber hinaus – von Futtermittel- und Saatgutherstellung über den Anbau der landwirtschaftlichen Erzeugnisse bis hin zu Lebensmittelverarbeitung und Einzelhandel. Ziel ist letztendlich, nicht nur einzelne Prozessabschnitte, sondern gesamte Wertschöpfungsketten zu optimieren, im Sinne einer möglichst effizienten, aber auch ressourcenschonenden Agrar- und Lebensmittelproduktion. Schon jetzt ist abzusehen, dass sich Strukturen, Abläufe und Verantwortlichkeiten in der Landwirtschaft damit grundlegend ändern werden, wenngleich die möglichen Auswirkungen einer umfassenden Digitalisierung der Landwirtschaft derzeit noch weitgehend unklar sind. Klar ist hingegen, dass es sich um ein Thema mit hohem politischem Gestaltungsbedarf handelt, damit sich die angesprochenen Potenziale – insbesondere die Chance auf eine bessere Vereinbarkeit ökonomischer und ökologischer Ziele – umsetzen lassen. Nachdem im ersten Teil der TA-Analyse Entwicklungstrends digitaler Einzelanwendungen beleuchtet wurden (TAB-Arbeitsbericht Nr. 193), widmet sich der vorliegende Bericht den Voraussetzungen und den potenziellen Wirkungen einer umfassend vernetzten Landwirtschaft

Development of a spatial data infrastructure for precision agriculture applications

Precision agriculture (PA) is the technical answer to tackling heterogeneous conditions in a field. It works through site specific operations on a small scale and is driven by data. The objective is an optimized agricultural field application that is adaptable to local needs. The needs differ within a task by spatial conditions. A field, as a homogenous-planted unit, exceeds by its size the scale units of different landscape ecological properties, like soil type, slope, moisture content, solar radiation etc. Various PA-sensors sample data of the heterogeneous conditions in a field. PA-software and Farm Management Information Systems (FMIS) transfer the data into status information or application instructions, which are optimized for the local conditions. The starting point of the research was the determination that the process of PA was only being used in individual environments without exchange between different users and to other domains. Data have been sampled regarding specific operations, but the model of PA suffers from these closed data streams and software products. Initial sensors, data processing and controlled implementations were constructed and sold as monolithic application. An exchange of hard- or software as well as of data was not planned. The design was focused on functionality in a fixed surrounding and conceived as being a unit. This has been identified as a disadvantage for ongoing developments and the creation of added value. Influences from the outside that may be innovative or even inspired cannot be considered. To make this possible, the underlying infrastructure must be flexible and optimized for the exchange of data. This thesis explores the necessary data handling, in terms of integrating knowledge of other domains with a focus on the geo-spatial data processing. As PA is largely dependent on geographical data, this work develops spatial data infrastructure (SDI) components and is based on the methods and tools of geo-informatics. An SDI provides concepts for the organization of geospatial components. It consists of spatial- and metadata in geospatial workflows. The SDI in the center of these workflows is implemented by technologies, policies, arrangements, and interfaces to make the data accessible for various users. Data exchange is the major aim of the concept. As previously stated, data exchange is necessary for PA operations, and it can benefit from defined components of an SDI. Furthermore, PA-processes gain access to interchange with other domains. The import of additional, external data is a benefit. Simultaneously, an export interface for agricultural data offers new possibilities. Coordinated communication ensures understanding for each participant. From the technological point of view, standardized interfaces are best practice. This work demonstrates the benefit of a standardized data exchange for PA, by using the standards of the Open Geospatial Consortium (OGC). The OGC develops and publishes a wide range of relevant standards, which are widely adopted in geospatially enabled software. They are practically proven in other domains and were implemented partially in FMIS in the recent years. Depending on their focus, they could support software solutions by incorporating additional information for humans or machines into additional logics and algorithms. This work demonstrates the benefits of standardized data exchange for PA, especially by the standards of the OGC. The process of research follows five objectives: (i) to increase the usability of PA-tools in order to open the technology for a wider group of users, (ii) to include external data and services seamlessly through standardized interfaces to PA-applications, (iii) to support exchange with other domains concerning data and technology, (iv) to create a modern PA-software architecture, which allows new players and known brands to support processes in PA and to develop new business segments, (v) to use IT-technologies as a driver for agriculture and to contribute to the digitalization of agriculture.Precision agriculture (PA) ist die technische Antwort, um heterogenen Bedingungen in einem Feld zu begegnen. Es arbeitet mit teilflächenspezifischen Handlungen kleinräumig und ist durch Daten angetrieben. Das Ziel ist die optimierte landwirtschaftliche Feldanwendung, welche an die lokalen Gegebenheiten angepasst wird. Die Bedürfnisse unterscheiden sich innerhalb einer Anwendung in den räumlichen Bedingungen. Ein Feld, als gleichmäßig bepflanzte Einheit, überschreitet in seiner Größe die räumlichen Einheiten verschiedener landschaftsökologischer Größen, wie den Bodentyp, die Hangneigung, den Feuchtigkeitsgehalt, die Sonneneinstrahlung etc. Unterschiedliche Sensoren sammeln Daten zu den heterogenen Bedingungen im Feld. PA-Software und farm management information systems (FMIS) überführen die Daten in Statusinformationen oder Bearbeitungsanweisungen, die für die Bedingungen am Ort optimiert sind. Ausgangspunkt dieser Dissertation war die Feststellung, dass der Prozess innerhalb von PA sich nur in einer individuellen Umgebung abspielte, ohne dass es einen Austausch zwischen verschiedenen Nutzern oder anderen Domänen gab. Daten wurden gezielt für Anwendungen gesammelt, aber das Modell von PA leidet unter diesen geschlossenen Datenströmen und Softwareprodukten. Ursprünglich wurden Sensoren, die Datenverarbeitung und die Steuerung von Anbaugeräten konstruiert und als monolithische Anwendung verkauft. Ein Austausch von Hard- und Software war ebenso nicht vorgesehen wie der von Daten. Das Design war auf Funktionen in einer festen Umgebung ausgerichtet und als eine Einheit konzipiert. Dieses zeigte sich als Nachteil für weitere Entwicklungen und bei der Erzeugung von Mehrwerten. Äußere innovative oder inspirierende Einflüsse können nicht berücksichtigt werden. Um dieses zu ermöglichen muss die darunterliegende Infrastruktur flexibel und auf einen Austausch von Daten optimiert sein. Diese Dissertation erkundet die notwendige Datenverarbeitung im Sinne der Integration von Wissen aus anderen Bereichen mit dem Fokus auf der Verarbeitung von Geodaten. Da PA sehr abhängig von geographischen Daten ist, werden in dieser Arbeit die Bausteine einer Geodateninfrastruktur (GDI) entwickelt, die auf den Methoden undWerkzeugen der Geoinformatik beruhen. Eine GDI stellt Konzepte zur Organisation räumlicher Komponenten. Sie besteht aus Geodaten und Metadaten in raumbezogenen Arbeitsprozessen. Die GDI, als Zentrum dieser Arbeitsprozesse, wird mit Technologien, Richtlinien, Regelungen sowie Schnittstellen, die den Zugriff durch unterschiedliche Nutzer ermöglichen, umgesetzt. Datenaustausch ist das Hauptziel des Konzeptes. Wie bereits erwähnt, ist der Datenaustausch wichtig für PA-Tätigkeiten und er kann von den definierten Komponenten einer GDI profitieren. Ferner bereichert der Austausch mit anderen Gebieten die PA-Prozesse. Der Import zusätzlicher Daten ist daher ein Gewinn. Gleichzeitig bietet eine Export-Schnittstelle für landwirtschaftliche Daten neue Möglichkeiten. Koordinierte Kommunikation sichert das Verständnis für jeden Teilnehmer. Aus technischer Sicht sind standardisierte Schnittstellen die beste Lösung. Diese Arbeit zeigt den Gewinn durch einen standardisierten Datenaustausch für PA, indem die Standards des Open Geospatial Consortium (OGC) genutzt wurden. Der OGC entwickelt und publiziert eine Vielzahl von relevanten Standards, die eine große Reichweite in Geo-Software haben. Sie haben sich in der Praxis anderer Bereiche bewährt und wurden in den letzten Jahren teilweise in FMIS eingesetzt. Abhängig von ihrer Ausrichtung könnten sie Softwarelösungen unterstützen, indem sie zusätzliche Informationen für Menschen oder Maschinen in zusätzlicher Logik oder Algorithmen integrieren. Diese Arbeit zeigt die Vorzüge eines standardisierten Datenaustauschs für PA, insbesondere durch die Standards des OGC. Die Ziele der Forschung waren: (i) die Nutzbarkeit von PA-Werkzeugen zu erhöhen und damit die Technologie einer breiteren Gruppe von Anwendern verfügbar zu machen, (ii) externe Daten und Dienste ohne Unterbrechung sowie über standardisierte Schnittstellen für PA-Anwendungen einzubeziehen, (iii) den Austausch mit anderen Bereichen im Bezug auf Daten und Technologien zu unterstützen, (iv) eine moderne PA-Softwarearchitektur zu erschaffen, die es neuen Teilnehmern und bekannten Marken ermöglicht, Prozesse in PA zu unterstützen und neue Geschäftsfelder zu entwickeln, (v) IT-Technologien als Antrieb für die Landwirtschaft zu nutzen und einen Beitrag zur Digitalisierung der Landwirtschaft zu leisten

Acceptance, status quo and development of digitalisation along the cooperative agro-food value chain

Innerhalb des ersten Themenbereichs (I. Status quo und Entwicklung der Digitalisierung in der deutschen Landwirtschaft) der in dieser Dissertation vorliegenden Veröffentlichung wird das Modell von Porter und Heppelmann (2014) aufgegriffen und weiterentwickelt, um den Status quo der Digitalisierung in der deutschen Landwirtschaft empirisch zu erfassen. Damit konnte festgestellt werden, dass die deutschen landwirtschaftlichen Betriebe noch nicht das Niveau des "Smart Farming" und auch nicht das Niveau der "Produktsysteme" erreicht haben. Die Art der Nutzung der FMIS hinsichtlich einer verbreiteten Nutzung webbasierter Anwendungen, einer automatisch digitalen Dateneingabe und vor allem der Nutzung von universalen Datenstandards wurden innerhalb der Studie als die größten Hemmnisse auf dem Weg zum Erreichen des Smart Farming identifiziert. Die Digitalisierung wird weiterhin als eine Voraussetzung für die zukünftige wirtschaftliche Leistungs- und Überlebensfähigkeit für Genossenschaften dargestellt, wobei vor allem ländliche Genossenschaften einem zunehmenden Wettbewerbsdruck, bedingt durch strukturelle Veränderungsprozesse, anhaltende Transformationsprozesse durch die Digitalisierung und durch das Aufkommen neuer Wettbewerber, ausgesetzt sind. Nach derzeitigem Wissensstand wurde das Themenfeld der Digitalisierung bei ländlichen Genossenschaften bisher nicht beleuchtet und steht nun erstmalig innerhalb des zweiten Themenbereichs dieser Dissertation im Fokus wissenschaftlicher Studien (II. Akzeptanz, Status quo und Entwicklung ländlicher Genossenschaften im Kontext der Digitalisierung). Bereits durchgeführte Studien bezeichneten Genossenschaften in Bezug auf die Adoption neuer Technologien als late adopter" und empfehlen, dies branchenspezifisch zu untersuchen und empirisch nachzuvollziehen. Vor dem Hintergrund der erläuterten Problematik beleuchten zwei Publikationen zunächst die Determinanten von Akzeptanzfaktoren für die Nutzung digitaler Technologien bei ländlichen Genossenschaften. Die erste vorliegende Studie beruht dabei auf der Identifikation und Analyse von Akzeptanzfaktoren bezüglich der Nutzung internetbasierter Informationssysteme (IS) entlang der genossenschaftlich geprägten WSK der Rotfleischwirtschaft aus Sichtweise von Landwirten bzw. Mitglieder/KundInnen einer Viehvermarktungsgenossenschaft. Drei nutzenstiftende Faktoren bezüglich der erwarteten Nutzung von internetbasierten IS konnten dabei als valide Akzeptanzfaktoren identifiziert werden: die Unterstützung bei der Dokumentation und einem verpflichtenden Austausch von Daten Richtung Verwaltungsorganen (B2A); der überbetriebliche Datenaustausch zwischen LandwirtIn und Viehvermarktungsunternehmen/Schlachthof (B2B); die Funktion der Integration externer Daten in das IS. Eine weitere vorliegende Studie fokussiert dabei auf die intermediäre Ebene des gesamtdeutschen genossenschaftlichen Agrarhandels aus Sichtweise der GeschäftsführerInnen, wobei die drei Akzeptanzfaktoren bezüglich der erwarteten Nutzung digitaler Technologien in den Geschäftsfeldern Beschaffung und Logistik; KundInnen-/Mitgliedermanagement und Vermarktung als nutzenstiftend identifiziert werden konnten. Als größte Herausforderung auf dem Weg zur Implementierung digitaler Technologien konnten personelle und finanzielle sowie strategische und operationelle Faktoren identifiziert werden. Chancen, die sich durch eine Mitgliedschaft im genossenschaftlichen Verbund ergeben, müssen daher gezielt genutzt werden, um Herausforderungen zu begegnen und Risiken gemeinsam abzufedern. Insgesamt konnte nachgewiesen werden, dass auf Ebene der Primärproduktion und der intermediären Stufe des genossenschaftlichen Agrarhandels eine Einstellungsakzeptanz gegenüber der Einführung digitaler Technologien besteht. Im Zuge der Analysen konnte die Determinante der Größe der Genossenschaft bzw. des landwirtschaftlichen Betriebs als einen positiven Einfluss auf die Akzeptanz digitaler Technologien zurückgeführt werden. Die letzte im Rahmen dieser Dissertation vorgelegte Veröffentlichung leistet einen Beitrag hinsichtlich der Identifizierung des Status quo der Adoption digitaler Technologien im genossenschaftlichen Agrarhandel und leitet daraus Möglichkeiten einer digitalen Differenzierung von Warengenossenschaften ab. Anhand einer Clusteranalyse konnten die Genossenschaften dem Cluster der Basic Adopters (n=48) und der Advanced service-orientated Adopters (n=18) zugeordnet werden. Vor dem Hintergrund des anhaltenden Verdrängungswettbewerbs und den in den vorliegenden Studien erlangten Erkenntnissen wird den Warengenossenschaften empfohlen, eine individuell angepasste Differenzierungsstrategie in Betracht zu ziehen und dazu konkrete digitale Kompetenzen mit einer verstärken Serviceorientierung aufzubauen, um ihr Geschäftsmodell bzw. die Geschäftsprozesse an die aktuellen Branchenentwicklungen anzupassen.Within the first subject area (I. Status quo and development of digitalization in German agriculture) in one publication presented in this dissertation, the model of Porter and Heppelmann (2014) was taken up and further developed to empirically capture the status quo of digitization in German agriculture. Using a cluster analysis, the farmers participating in the survey could be assigned to two specific development stages. 58.2 % of the respondents were assigned to the second development stage of "users of smart products". 41.8 % of the respondents could be classified as "users of smart, connected products", among whom the use of complex systems that connect individual mechanical and electrical components are particularly widespread. Thus, it could be determined that German farms have not yet reached the level of "smart farming" and also not the level of "product systems". The nature of the use of FMIS in terms of widespread use of web-based applications, automatic digital data entry and, above all, the use of universal data standards were identified within the study as the greatest obstacles on the way to achieving "smart farming". Digitzation is also presented as a prerequisite for future economic performance and survival for cooperatives, with rural cooperatives in particular facing increasing competitive pressure due to structural change processes, ongoing transformation processes through digitization and the emergence of new competitors. According to the current state of knowledge, the topic of digitization in rural cooperatives has not been examined yet and is now, for the first time, the focus of scientific studies within the second subject area of this dissertation (II. Acceptance, status quo and development of rural cooperatives in the context of digitization). Two publications first shed light on the determinants of acceptance factors for the use of digital technologies among rural cooperatives. The first study presented here is based on the identification and analysis of acceptance factors regarding the use of internet-based information systems (IS) along the cooperative value chain of the red meat industry from the perspective of farmers or members/customers of a livestock marketing cooperative. Three benefit-generating factors regarding the expected use of internet-based IS could be identified as valid acceptance factors: the support in documentation and an obligatory exchange of data towards administrative bodies (B2A); the inter-farm data exchange between farmer and livestock marketing company/slaughterhouse (B2B); the function of integrating external data into the IS. Another study focuses on the intermediary level of German agricultural trade and commodity cooperatives from the perspective of the managing directors, with the three acceptance factors relating to the expected use of digital technologies in the business areas of procurement and logistics, customer/member management, and marketing being identified as having a beneficial effect. Personnel and financial factors as well as strategic and operational factors were identified as the greatest challenge on the way to implementing digital technologies. Opportunities arising from membership of the cooperative network therefore need to be exploited in a targeted manner to address challenges and jointly mitigate risks. Overall, it was possible to demonstrate that there is an "attitudinal acceptance" of the introduction of digital technologies at the level of primary production and the intermediate level of agricultural trade and commodity cooperatives. In the course of the analyses, the determinant of the size of the cooperative or farm could be attributed as a positive influence on the acceptance of digital technologies. The final paper presented as part of this dissertation makes a contribution with regard to identifying the status quo of digital technology adoption in agricultural trade and commodity cooperatives and derives opportunities for a digital differentiation for these cooperatives. Based on a cluster analysis, the cooperatives could be assigned to the cluster of "Basic Adopters" (n=48) and "Advanced service-oriented Adopters" (n=18). Against the backdrop of ongoing cut-throat competition and the findings obtained in the present studies, it is recommended that agricultural trade cooperatives consider an individually tailored differentiation strategy and, to this end, build up concrete digital competencies with an increased service orientation in order to adapt their business model or business processes to current industry developments

Digitalisierung der Landwirtschaft: technologischer Stand und Perspektiven. Teil I des Endberichts zum TA-Projekt

Die Digitalisierung führt aktuell zu grundlegenden Umgestaltungen ganzer Lebens- und Wirtschaftsbereiche – auch die Landwirtschaft ist davon nicht ausgenommen. Viele innovative Agrartechnologien, die wesentlich auf digitaler Datenverarbeitung beruhen, sind bereits praxisreif oder in fortgeschrittener Entwicklung – etwa satellitengesteuerte Landmaschinen, Sensor- und Applikationstechniken mit variabler Dosierung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln oderRoboter für Melk-, Fütterungs- und Entmistungsvorgänge. Digitale Anwendungen erfassen große Mengen an Prozessdaten und bilden so die Grundlage für eineweitreichende Digitalisierung der landwirtschaftlichen Produktion. Angesichts der großen Erwartungen, die mit dieser Entwicklung verknüpftsind, wurde das TAB vom Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung beauftragt, den Stand und die Perspektiven der Digitalisierung in der Landwirtschaft zu untersuchen. Die dazugehörige TA-Analyse gliedert sich in zwei Teile: Der vorliegende TAB-Arbeitsbericht Nr. 193 gibt einen Überblick über Entwicklungsstand, Anwendungsmöglichkeiten und Tendenzen digitaler Agrartechnologien in den vier zentralen Technikfeldern Sensoren, Landmaschinen, Drohnen und Roboter. Der TAB-Arbeitsbericht Nr. 194 widmet sich dagegen der systemisch vernetzten Landwirtschaft und es wird eine vertiefende Analyse der damit verbundenen Chancen und Risiken vorgenommen