Integriertes 5G: Wie sich die Industrie durch maßgeschneiderte Netzwerke verändert
Die 5G technology (5G-Technologie(öffnet in neuem Fenster) bietet im Vergleich zu früheren Mobilfunkstandards ein völlig neues Maß an Konnektivität mit extrem hoher Bandbreite und geringen Latenzzeiten. Dabei geht es um viel mehr als um eine schnellere mobile Breitbandverbindung für unsere intelligenten Geräte: 5G-Netze können helfen, Industrie 4.0 Realität werden zu lassen, indem sie Maschinen und andere Geräte in großem Maßstab und in Echtzeit miteinander verbinden. Während der Ausbau öffentlicher 5G-Netze(öffnet in neuem Fenster) in ganz Europa an Fahrt aufnimmt, steckt der Aufbau privater 5G-Netze(öffnet in neuem Fenster) für intelligente Fabriken noch in den Kinderschuhen. „Die Anforderungen vertikaler Sektoren wie der Automobilindustrie, der Fertigung, des Gesundheitswesens oder der öffentlichen Sicherheit lassen sich oft besser mit eigens dafür gebauten Netzen erfüllen“, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter Sven Wittig vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut(öffnet in neuem Fenster). „Private 5G-Netze, die lokal betrieben und für bestimmte Anwendungen optimiert werden, sind der Schlüssel dazu, dass sowohl 5G als auch Industrie 4.0 ihre Versprechen einhalten können.“
Industrielle Anwendungsfälle für 5G
Um solche Netze fit für den Einsatz zu machen, hat das Institut das EU-finanzierte Projekt 5G CONNI(öffnet in neuem Fenster) durchgeführt. Es richtete zwei miteinander verbundene Teststandorte in Europa und Taiwan ein, um industrielle 5G-Anwendungsfälle in einem internationalen privaten Netzwerk zu demonstrieren. Das Projekt trug auch dazu bei, die Anforderungen an die Architektur und die Bereitstellungsmodelle solcher Netze zu definieren. „Unsere Arbeit bietet eine solide Grundlage für Unternehmen, die den Einsatz von 5G für ihre Geschäftstätigkeit in Erwägung ziehen, auch für solche, die keine umfassende Erfahrung mit IKT haben“, so Wittig. Die vom 5G CONNI-Team entwickelten und vorgestellten Anwendungen zielten darauf ab, die Effizienz industrieller Fertigungsprozesse zu steigern, beispielsweise durch eine höhere Rekonfigurierbarkeit, einen besseren Zugang zu Prozessdaten oder die Zentralisierung von Wartungsfunktionen.
Flexible Zusammenarbeit mit Menschen und Robotern
Zu den Anwendungsfällen gehört eine industrielle Roboterplattform, deren Intelligenz- und Steuerungsfunktionen vom Roboter weg auf eine nahe gelegene Edge Cloud(öffnet in neuem Fenster) verlagert wurden, um den Regelkreis drahtlos über 5G zu schließen. „Die ausgelagerten Steuerungsfunktionen ermöglichen es den kabellosen Robotern, sich freier in der Werkhalle zu bewegen“, sagt Wittig. Der Wegfall der Verkabelung zwischen einer externen Steuerung und den mechanischen Teilen des Roboters ermöglicht einen effizienteren Einsatz von Robotern, da diese problemlos und schnell dorthin bewegt werden können, wo sie gerade gebraucht werden. Zu den weiteren Vorteilen gehört eine flexiblere Zusammenarbeit, da Auftragsdaten direkt über entsprechende Schnittstellen innerhalb der Cloud ausgetauscht werden können. Auch die zentral gesteuerte Überwachung und Steuerung von Robotern über die Edge Cloud kann zu einer erhöhten Produktivität beitragen. Eine weitere erfolgreich getestete Anwendung war ein digitaler Zwilling der physischen Maschine, der in Echtzeit an einem entfernten Standort synchronisiert wurde. Bei Problemen mit dem Fertigungsprozess kann das Fachpersonal über ein Tablet oder eine für die virtuelle Realität ausgerüstete Kopfgarnitur auf den Zwilling zugreifen und aus der Ferne Soforthilfe leisten.
Entwicklungen für den großtechnischen Einsatz
Nicht nur, dass der Mehrwert der 5G-Konnektivität für industrielle Anwendungen demonstriert wurde, die Anwendungsfälle halfen auch beim Aufzeigen der aktuellen Grenzen der Technologie und des Potenzials für zukünftige Verbesserungen. Die Partner arbeiteten zudem an zukünftigen Iterationen der 5G-Technologie: Dies umfasste Entwicklungen auf der Ebene der Netzausrüstung, neuartige Algorithmen für das Netzwerkdesign sowie die Modellierung der Funkausbreitung in Innenräumen. Während private 5G-Netze für Industrie 4.0-Anwendungen noch in den Kinderschuhen stecken, glaubt Wittig, dass die Arbeit seines Teams dazu beitragen kann, dass diese ihr volles Potenzial erreichen: „Der großflächige produktive Einsatz der Technologie liegt noch in weiter Ferne. Projekte wie 5G CONNI sind jedoch wichtig, um die verbleibenden Lücken zu schließen.“
