Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview

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Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Digital transformation of European
regional agri-food systems

Project overview
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Project overview

                                                                                                              The aim of the project is to accelerate
                                                                                                              the process of digital transformation in
                                                                                                              European regional agri-food systems.

                                                                                                              The project is characterized by a strong
                                                                                                              convergence of actions coming from the
                                                          Harvesting
                                                          Avg. yeld
                                                          Fill level
                                                                       1h 32 min.
                                                                       2.4 q./min.
                                                                       39%
                                                                                                              public and private levels in order to
                                                          -
                                                          Lat.:
                                                          Lon.:
                                                                       41.3461136
                                                                       21.8437243
                                                                                     Water flow
                                                                                     Starting at
                                                                                     Duration
                                                                                                   12 mc/h
                                                                                                   17:23.00
                                                                                                   75 min.
                                                                                                              make a decisive contribution:
                                                                                                              • to the development of the potential
     Crop forecast: 21/08/2019
     Total production: 12,3 tons

                                                                                                                in various regional agri-food systems;
                                   Air humidity     58%
                                   Leaf wetness     34%
                                   Soil moisture    29%
                                   Soil temp (C°)   35

                                                                                                              • to increase their resilience and their
                                                                                                                ability to respond to the multiple
                                                                                                                challenges to which they are
                                                                                                                individually and totally subjected.

                                                                                                                                                         2
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Regional agri-food systems

     Trends and                          Policies                        Digital
     challenges                                                      transformation
 Continuous growth and rapid        Integrated intervention in      Limited diffusion with a very
changes in the composition of    food chain innovation for the     fragmented offer of solutions
            demand                 creation of customer value          due to the low level of
 Scarcity of natural resources   Integration of circularity and           interoperability
  and need for new places for         sustainability concepts              The low level of
           production             Value development through        interoperability is a risk factor
 Need for the development of          constant integration of          for companies that find
   conditions for rural socio-    information throughout the           themselves with a non-
        economic areas                        chain                flexible, often expensive offer
   Diseases and other threats    (more data -> better decisions)       that binds to the use of
 from different ecosystems or    Climate change management               specific equipment.
resulting from climate change.

                                                                                                       3
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
European Context: players, programs and projects
   L’agroalimentare è uno dei domini più importanti nelle Strategie di
   Specializzazione Intelligente delle regioni dell'UE:
                                                                                   Players
   ben 272 priorità tra le 1.260 codificate nel database Eye@RIS3 si riferiscono
                                                                                   1.   DG AGRI
   all’agroalimentare.
                                                                                   2.   DG CONNECT
   È anche uno dei principali orientamenti tematici delle applicazioni e dei
   progetti di clustering selezionati per nuove catene di valore industriale       3.   EIP-AGRI
   (INNOSUP-1) nell'ambito di Horizon2020                                          4.   EIT-FOOD
                                                                                   5.   ERA-NET ICT-AGRI 2
                                                                                   6.   ADIH

                                                                                   Projects
                                                                                   a)   IoF2020 (December 2020)
                                                                                   b)   U4IoT (December 2019)
                                                                                   c)   SMART-AKIS (September 2018)
                                                                                   d)   4D4F (February 2019)
                                                                                   e)   ... many others

                                                                                                               4
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Project scope

                Valore aggiunto

                                  5
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Which line of action?

    Livello di partenza in termini di consumo
    di risorse in agricoltura (misurato in
    emissioni di CO2) – anno 2010

    Livello stimato per il 2050
                                                La rivoluzione digitale ed il futuro
                                                del nostro territorio
                                                Portogruaro
                                                30 settembre 2019
    Impatto positivo derivante dalle azioni
    mirate all’aumento della produttività       STEFANO QUINTARELLI

                                                Membro dell’Expert Group on AI
                                                della Commissione Europea

                                                Componente del Leadership
                                                Council - Sustainable Development
                                                Solutions Network per l’ONU.

                                                                                       6
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Line of action

                                                                                                                     Activation
                                                                                                                     process

            Trends and                              Policies                          Digital
            challenges                      Integrated intervention in the
                                                                                  Transformation                       0
           Continuous growth of             food chain innovation for the         Limited diffusion with a very
                 demand
                                        2    creation of consumer value          fragmented offer of solutions
                                                                                     due to the low level of
        Scarcity of natural resources                                                   interoperability
                                            Integration of circularity and
           Rapid changes in the                sustainability concepts
                                                                                         The low level of
          composition of demand                                                  interoperability is a risk factor
                                            Decisions based on constant              for companies that find
         Need for development of
                                             integration of information              themselves with a non-
       socio-economic conditions for
                                            throughout the value chain           flexible, often expensive offer
                rural areas                                                  1       that binds to the use of
         Diseases and other threats         Climate change management                  specific equipment.
        from different ecosystems or
       resulting from climate change.

                                                                                                                                  7
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Confirmations needed?

                        8
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Project functional areas and their main players
                                                                                                             Field                    Product processing      Product      Consumer       Regulatory
                                                                                                                                                            Distribution   experience     bodies

                                                                                           Soil &        Plant       Field       Product        Process                    Quality and
                                                                                           Environment               Equipment   processing     equipment                  Customer
                                                                                                                                 and tracking                              satisfaction
                                                                   Connected objects
              Telemetria dai sensori sul campo:                    Production data
              1. Leaf wetness                                      Telemetry
                                                                   Basic monitoring
              2. Dendrometer
              3. Leaf imaging                                      Comand execution

              Accesso ai dati raccolti durante le
              ispezioni sul campo relativi a:
              • fasi vegetative,                                   Business intelligence
              • evidenza di malattie,
              • campioni,
              • foto, …
                                                                   Model based analysis
              Trattamenti effettuati
              (localizzazione, tipologia e intensità)
              Lotti di raccolta (varietà, data,
                                                                   Machine learning and
              segmenti (mappa del raccolto))                       predictive analysis

                                                                   Cognitive DSS

      Sviluppo pubblico             Sviluppo privato    Non previsto

                                                                                                                                                                                                       9
Digital transformation of European regional agri-food systems - Project overview
Stakeholders and benefits

               Imprese della filiera                                 Consumatori                           Operatori settore IT

     • Semplicità di adozione, a costi più contenuti      • Miglioramento della qualità del
                                                            prodotto                                 • Nuove opportunità in un mercato
     • Ottimizzazione delle pratiche e misurazione
                                                                                                       aperto
       dei risultati                                      • Riduzione dei costi del prodotto
                                                                                                     • Sviluppo e vendita di nuovi modelli di
     • Aumento della produzione                           • Maggiore informazione
                                                                                                       diffusione delle malattie, specifici per
     • Riduzione delle perdite                            • Completa tracciabilità del prodotto e
                                                                                                       le diverse regioni e adatti alle mutate
     • Riduzione costi antiparassitari                      sicurezza
                                                                                                       condizioni climatiche
     • Riduzione costi controlli (veterinari ad es.)      • Protezione contro la contraffazione
     • Aumento conoscenza
     • Scelte migliori in situazioni complesse grazie a
       cross-farm analytics
     • Conservazione delle pratiche tradizionali locali         Organi di controllo                         Organi di governo
     • Accesso mirato a vincoli e regolamenti relative
       alla Azienda
     • Valutazione delle evoluzioni della domanda         • Flussi di Informazioni ottimizzati con
                                                            gli operatori                            • Misurazione dell’impatto delle
     • Rimodellazione dell’attività in base ai                                                         politiche di settore
       cambiamenti climatici                              • Ottimizzazione degli impegni del
                                                            personale                                • Monitoraggio ai diversi livelli (singolo
     • Gestione ottimizzata delle attrezzature                                                         operatore, intero Sistema
                                                          • Accesso continuo ad Informazioni
     • Ottimizzazione delle relazioni con gli organi di                                                agroalimentare)
                                                            sempre aggiornate
       controllo

                                                                                                                                                  10
Existing data
            -

            11
Data for cross-farm, cross sector long term analysis

  Sistema                Anagrafe               Sicurezza
  Informativo            Zootecnica             alimentare
  Agricolo               (Gestito dal           Regolamento
  Nazionale (SIAN)       Ministero della        (CE) 852/2004
                         Salute)

                                                                                                 Climate
                                                    Food                     Other
                                                                                                    &                  Research          Lab analysis     Demand
       Farms               Live stock          production and               Quality                        Soil
                                                                                                  micro                 results            results      composition
                                               tranformation             certifications
                                                                                                 climate

 Imprese agricole      Stato sanitario degli   Informazioni di         Certificazioni su                          Molti altri silos di dati
 regionali (oltre il   allevamenti;            dettaglio, al livello   prodotti su:
 90%), particelle      certificazione della    di tracciabilità sui    • Particolari modalità
 agricole,             salubrità degli         lotti di prodotto,        produttive
 produzioni            alimenti per animali    su:                       (biologico, ...)
 annuali               e per l'uomo;           • Trasformatore
                                                                       • Origine territoriale
                       pronto intervento in    • Lavorazione
                                                                         di provenienza
                       caso di incidente       • Confezionamento
                       sanitario lungo la      • Distribuzione         • Rispetto di specifici
                       filiera produttiva      • Deposito                disciplinari di
                                               • Vendita                 produzione (DOC,
                                                                         DOCG, DOP ecc.).

                                                                                                                                                                      12
Current data flow
                                                               Local public                     Sistema
                                                                                              Informativo
                                                               authorities
                                                                                                Agricolo
                                                                                               Nazionale

                  Production resources                         Intermediary                   Organismo     Control &
    Farmers
                                                               Organization                    gestore      supervision   EU

               economic aid, tax breaks

               Detailed production information
                                                                 Public
     Food
                                                                 health                        Sicurezza
   producers
                                                               authorities                    alimentare
               authorizations for the processing of products

                                                                        Emergenze sanitarie

                                                               Consumers

                                                                                                                               13
Some thoughts on current data

   Tutti gli archivi sin qui descritti servono allo svolgimento di specifici compiti istituzionali e difficilmente
   possono essere consultati da soggetti diversi dai detentori. Risulta di conseguenza impossibile fare aggregazioni
   e analisi di dati tra settori diversi per le necessità di studio o estrazione di informazioni.

                                                                                                                       14
State of the Art
 Technology Overview
Candidate Architecture
                      -

                      15
The current situation

                        • Complessità delle relazioni tra le
                            diverse tipologie di attività;
                        •   Bassi livelli di adozione delle tecnologie
                            digitali;
                        • Piattaforme digitali basate sulle
                            tecnologie dell'Internet of Things (IoT),
                            che offrono un basso livello di
                            interoperabilità, ed implementano le
                            sole funzionalità per l’agricoltura di
                            precisione;
                        • L’offerta di soluzioni, estremamente
                            frammentata, espone gli operatori ad
                            un elevato livello di rischio.

                                                                         16
IoT consolidated standards and best practices

      Architectures                    Communications                                          Enabling technologies
                                                                                               and tools
      •   Cloud services                       at different levels:
                                               Device to Device (actuators, edge nodes, ...)
      •   Big data                                                                             •   Business Intelligence
                                               Device to Cloud
      •   Distribuited Microservices           Cloud to Device                                 •   Data analytics
      •   Serverless code                                                                      •   Anomaly detection
      •   Edge intelligence            •   MQTT                                                •   Machine learning
                                       •   NB-IoT                                              •   AI
                                       •   UDP + CoAP                                          •   (Cognitive) DSS
                                       •   BLE
                                       •   Sigfox
                                       •   LoRaWAN
                                       •   Modbus (industry protocol)
                                       •   OPC-UA (not only as a fault tolerant
                                           communication protocol, but as an information
                                           modelling framework )

                                                                                                                           17
What is happening in other industries

         « ... Operations must be consistent across manufacturing lines and plants.»

                                                                                       Digital McKinsey – August 2018

                                                                                                                        18
Technology trend analysis

                            19
Technology trend analysis: digital twins
                                                             Digital twins   Cloud level

             Top 10 Strategic Technology Trends for 2019
             Published: 15 October 2018

   “The digital-twin trend focuses on creating the                           Land & Equipment level

   appropriate digital representations of the operations of
   physical assets in the real world”

   “ … Organizations will use digital twins of people,
   processes, organizations, and environments for
   strategic and operational decision making, and
   advanced simulation.
   Examples include a digital twin of a city (for example,
   Singapore, a digital twin of a factory (Bosch), and a
   digital twin of a port (Rotterdam) …”

                                                                                                      20
Digital twins: architecture, implementation, integration

                                                           21
WoT - W3C

            22
Approach and
   resources

           23
Target

Regioni           Aziende Agricole                Aziende agro-alimentari              Consumatori

257                10,8 mil.                            0,3 mil.                       500 mil.
          • Completa trasformazione digitale nei sistemi agroalimentari regionali
            europei
          • Sviluppo del loro specifico potenziale grazie a politiche definite sulla
            base di informazioni oggettive, puntuali e continuamente aggiornate
          • Incremento della loro resilienza alle molteplici sfide alle quali sono
            individualmente e complessivamente sottoposti in questa fase storica

                                                                                                     24
Tools and Strategies
     Il successo tecnico del progetto sarà determinato dai         L’adozione di processi e soluzioni per la trasformazione
     seguenti passaggi strategici:                                 digitale verrà perseguita con decisione dagli operatori a
     1. Participazione ai principali organismi di                  tutti i livelli in quanto oltre a produrre un incremento dei
        standardizzazione operando sugli approcci semantici        livelli produttivi e qualitativi, consentirà loro una
        per il settore agroalimentare al fine di progettare e      interazione diretta ed efficace con gli elementi costitutivi
        rendere disponibili soluzioni ‘composable’;                del sistema stesso ed il conseguente buon indirizzamento
                                                                   delle istanze di redesign continuo delle loro pratiche.
     2. Mappatura accurata ed estesa delle sorgenti di dati
        gestiti dalle diverse piattaforme pubbliche e private;     La partecipazione attiva ai moderni sistemi agroalimentari
                                                                   regionali, nazionali ed europei offrirà agli operatori ciò
     3. Definizione di una Digital Twin Strategy adatta alla       che a loro interessa per lo svolgimento della loro attività,
        gestione sia dei singoli elementi che di elementi          come:
        compositi e complessi come aziende di coltivazione,
        trasformazione, organismi di controllo ed interi sistemi   o Tendenze qualitative e quantitative della domanda
        agroalimentari;                                            o Valutazioni dei rischi colturali
     4. Integrazione ed orchestrazione coerente delle              o Analisi di mercato finalizzate al riassetto aziendale
        tecnologie IoT, Big-data, Machine Learning e Advanced
                                                                   o Determinazione del valore di specifici segmenti del
        Analytics;
                                                                     mercato
     5. Uso esteso del cloud e della edge intelligence.
                                                                   o Individuazione della disponibilità di materie seconde
     Questi passaggi consentiranno lo sviluppo di una                delle produzioni e trasformazioni (incentivazione alla
     implementazione di riferimento dell’architettura la cui         bioeconomia circolare)
     adozione darà origine a sistemi agroalimentari reattivi.
                                                                                                                                  25
Domains and expertise
                                                                       Coordinamento generale

                                                                 Coordinamento tecnico operativo

                                                            Sviluppo e consulenza di esperti di dominio

 Bioeconomia                                  Information Technology                        Aziende                                   Consumatori
 Consulenze e sviluppi con esperti di:        Consulenze e sviluppi con esperti di:         Consulenze e sviluppi con:                Consulenze e sviluppi con:
 • Suolo, acqua                               • Sensori, sistemi di controllo, protocolli   • Operatori di settore (consulenti)       • Singoli (consulenti e partecipanti al
 • Metodi colturali                              e comunicazioni                            • Operatori di settore (partecipanti al     pilot)
 • Patologie e modelli predittivi             • Localizzazione                                 pilot)                                 • Associazioni
 • Attrezzature agricole (inclusa robotica)   • IoT e Edge intelligence                     • Rappresentanti di categoria             • Esperti di privacy e altri aspetti legali
 • Cibo, cultura, tradizioni                  • Digital twins
 • Tracciabilità                              • User Experience
 • Normative e direttive pubbliche            • Business Intelligence
 • Aziende di produzione                      • AI, Machine Learning, complex-event
 • Industrie di trasformazione                   processing (CEP)
 • Industrie della distribuzione              • Cloud (infrastruttura)
 • Economia circolare                         • Big Data
                                              • Security (things, edge, cloud)
                                              • Sistemi informativi regionali e nazionali
                                              • Sviluppatori (distributed architectures,
                                                 event-driven architectures)
                                              • Project managers
                                                                                                                                                                                    26
Timeline

                             Attivazione rapporti con
                          organismi di standardizzazione

                                                 Platform building (cont. improvement sprints)                                 Platform building (continuous improvement sprints)
     Sinergie con altri
      programmi EU
                                                   Data integration                                                      Data integration

            Analisi, design, prototipizzazioni

Y1                                                                     Y2                                                        Y3
                                                                                             Small scale pilot                                              Large scale pilot

                                                                                                       Gestione del
                                                                                                                                                       Ecosystem building and monitoring
                                                                                                   followup, re-design

                                                                                                                                                                                           27
Impact
     -

     28
Project impact

                 Aumento della produzione a parità
                 di consumo di risorse

                                                     29
Project impact - 2
                     Economico
                     •   Aumento fertilità suoli
                     •   Nuovi servizi e nuovi prodotti
                     •   Nuove Catene del Valore
                     •   Mercato più trasparente ed aperto
                     •   Cooperazione competitiva (“coopetition”)

                     Bioeconomia circolare
                     • Rivitalizzazione aree rurali
                     • Preservazione delle risorse sociali e naturali
                     • Focus non conflittuale (rispetto a produzione
                       alimentare) su scarti agricoli e biomasse di
                       integrazione.

                                                                        30
Project impact - 3
Ambientale                     Sostenibilità
• Aumento circolarità          • Integrazione e Resilienza
  dell’economia                  sistemica
• Individuazione costante      • Scelte colturali e politiche più
  dei flussi di carbonio         “robuste”
  (esternalità o biomasse)     • Evoluzione, combinazione e
• Adattamento e aumento          monitoraggio delle pratiche
  della resilienza colturale     agricole

                                                                    31
Final thoughts

 Il settore agroalimentare diventerà nel prossimo futuro tra i più dinamici settori in
                                     termini di adozione reale di nuove tecnologie.

  Molti progetti appartenenti alla prima ‘ondata’ di tecnologie relative all’IoT sono
prossimi alla fase conclusiva e nuove tecnologie abilitanti si stanno presentando sul
             mercato aprendo la strada a sviluppi progettuali prima non realizzabili.

I cambiamenti che caratterizzeranno il settore saranno talmente rilevanti che non è
  pensabile di poterli affrontare senza adottare una governance agile a livello locale
           ed efficace al livello internazionale, basata sui servizi diffusi a tutti i livelli,
   realizzabili grazie all’adozione di una nuova generazione di strumenti tecnologici.

                                                                                             32
▪ Questo progetto è tra i primi in Europa che si propone di
  intervenire a livello sistemico nel settore agroalimentare,
  ultilizzando queste tecnologie e su un territorio così
  ampio.

▪ La nostra Regione ha le capacità e le competenze per
  gestire questo progetto con una ampia partnership
  composta dal Governo locale, dalle sue Università, dalle
  imprese ICT e agroalimentari, dai suoi cittadini
  attraverso le loro organizzazioni.                            Conclusion

                                                                         33
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