Der globale Ressourcenverbrauch und die Endlichkeit von Ressourcen zwingen zu einem Umdenken hin zur Circular Economy, um ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit zu erreichen. Die derzeitige Linearwirtschaft verursacht enorme Abfallmengen und schädigt das Ökosystem. Die Circular Economy nutzt Produkte durch Produktservicesysteme effizienter, verlängert deren Lebensdauer und schließt Kreisläufe durch die konsequente Wiederverwendung von Produkten, Komponenten oder Materialien. Damit werden Ressourcen eingespart und CO2-Emissionen reduziert. Die Digitalisierung unterstützt diese Transformation. Digitale Zwillinge, die auf Künstlicher Intelligenz (KI) basieren, und digitale Produktpässe, die in Produktservicesysteme und Recyclingprozesse integriert sind, tragen zur Entwicklung einer Digitized Circular Economy bei.
Digitale Zwillinge ermöglichen die umfassende digitale Abbildung von Produkten und Geräten über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Dadurch können Produkte kontinuierlich optimiert werden, was wiederum die Ressourcennutzung verbessert. Dem gleichen Ziel dienen digitale Produktpässe, die Informationen zur Herstellung, Nutzung und zum Recycling von Materialien, Komponenten und Prozessen erfassen und bereitstellen. Diese Informationen können verschiedenen Zeitpunkten des Lebenszyklus zugeordnet werden. Der digitale Produktpass verbessert die Rückverfolgbarkeit von Ressourcen für das Recycling und unterstützt Entscheidungen etwa zur Wiederverwendung von Komponenten.
Neben den digitalen Zwillingen und den digitalen Produktpässen spielen Informationsplattformen eine zentrale Rolle. Sie verwalten die Daten der digitalen Zwillinge und Produktpässe. Die Plattformen können organisationsübergreifend zum Austausch von Daten genutzt werden. Standardisierte Datenmodelle fördern die Zusammenarbeit verschiedener Akteure entlang der Wertschöpfungskette. Darüber hinaus sind Daten in solchen Informationsplattformen die Grundlage für KI-basierte Ansätze. Im Rahmen der Circular Economy kann KI zur Automatisierung, Systematik, Nachverfolgbarkeit und Recyclingfähigkeit von Materialien beitragen. Weitere Einsatzfelder sind die Abfalltrennung und die Überwachung von Abfallströmen.
Im Zukunftslabor Circular Economy konzipieren wir Szenarien und zugehörige Daten- und Informationsmodelle für KI-basierte digitale Zwillinge und Produktpässe. Hierfür ermitteln wir Bedarfe und Ansprüche an die digitale Transformation hin zu einer Circular Economy mit Praxispartner*innen und weiteren Akteuren aus Niedersachsen.
Auf dieser Basis erarbeiten die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors übergreifende Konzepte für Daten-, Informations- und Lebenszyklusmodelle. Hier fließen die Anforderungen der Stakeholder ein sowie übergreifende Strukturen des Forschungsdatenmanagements, Prozessabläufe und Schnittstellenbeschreibungen. Daraus können Konzepte für digitale Zwillinge und Produktpässe abgeleitet werden. Bei der Entwicklung der KI-basierten digitalen Zwillinge und Produktpässe stehen die Produkttransparenz und der Informationsaustausch im Fokus. Hierzu wird eine Architektur der digitalen Pässe und Zwillinge skizziert, die Schnittstellen zu anderen Systemen und Infrastrukturanforderungen ermöglicht.
An dieser Forschung sind folgende Wissenschaftler*innen beteiligt:
