Obwohl das Konzept der Industrie 4.0 schon seit einigen Jahren bekannt ist, wird der Übergang zu einer intelligenten Fertigung erst in jüngster Zeit dank der Softwarisierung und den Fortschritten bei der Konnektivität zur Realität.
Obwohl das Konzept der Industrie 4.0 schon seit einigen Jahren bekannt ist, wird der Übergang zu einer intelligenten Fertigung erst in jüngster Zeit dank der Softwarisierung und den Fortschritten bei der Konnektivität zur Realität.
5G war die erste Generation der Mobilfunktechnologie, die neben dem traditionellen B2C-Geschäft auch spezifische Funktionen für die B2B-Branche enthielt. Während sich 5G weiterentwickelt, haben verschiedene vertikale Branchen begonnen, sich an der Entwicklung der 3GPP-Spezifikationen zu beteiligen, um sicherzustellen, dass ihre Anforderungen in den künftigen Standards berücksichtigt werden.
Abb.: Zu den Teilnehmern der 3GPP-Plenarsitzung von 2019 gehörten neben Anbietern und Betreibern auch verschiedene vertikale Mitglieder.
Die Kombination von 5G und intelligenter Fertigung ermöglicht Flexibilität in der Produktion, um kurzfristig maßgeschneiderte Lösungen zu schaffen, sowie autonome Abläufe, die aus der Ferne konfiguriert und überwacht werden können, was zu einer Verbesserung der Gesamtproduktivität und gleichbleibender Qualität führt.
Private 5G-Netze (P5G) werden bereits erprobt, getestet und in der Industrie eingesetzt, da sie neben den geringen Latenzzeiten, der hohen Zuverlässigkeit und der verbesserten Sicherheit im Vergleich zu anderen Verbindungstechnologien viele Vorteile bieten. Prognosen vieler verschiedener Analystenfirmen gehen davon aus, dass sich der Markt für intelligente Fertigungssysteme bis 2030 auf über 500 Milliarden US-Dollar belaufen wird.
In dem Maße, wie die Versuche erfolgreich abgeschlossen und in den Echtbetrieb überführt werden, werden die Erkenntnisse das Vertrauen der Hersteller stärken, und die endgültige Marktgröße könnte schließlich weit über den heutigen Prognosen liegen.
Die ersten Versuche und Implementierungen von P5G-Netzwerken haben viele Erkenntnisse darüber geliefert, wie die Fertigungsindustrie durch eine schnellere, effizientere und zuverlässigere Kommunikation zwischen Maschinen, Geräten und Menschen effektiv umgestaltet werden kann. Hier sind einige Möglichkeiten, wie P5G die intelligente Fertigungsindustrie unterstützt:
Insgesamt können private 5G-Netze den Herstellern helfen, die Produktivität zu steigern, die Kosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern, wodurch sie auf dem globalen Markt wettbewerbsfähiger werden.
Hier sind einige Beispiele aus der Praxis, wie P5G für die intelligente Fertigung eingesetzt wird.
P5G-Netze werden bereits für die Optimierung der Fahrzeugherstellung erprobt. Hier sind die Gründe und die langfristigen Auswirkungen der Lösung.
Die Herausforderung: Die Fahrzeugherstellung erfordert Konsistenz bei der Fertigung und Montage von Teilen. Geringfügige Abweichungen können die Qualität beeinträchtigen und zu einem Produkt führen, das nicht den Spezifikationen entspricht, für die es gebaut wurde. Jede Art von Fehler muss in Echtzeit erkannt werden, und es muss schnell gehandelt werden, um sicherzustellen, dass die Produktionslinie nicht unterbrochen wird. Die Lösung muss auch über sehr lange Zeiträume hinweg ohne jegliche Beeinträchtigung zuverlässig arbeiten, um die Qualität zu gewährleisten.
Die Lösung: Die 5G-Konnektivität ermöglichte die Analyse aller erfassten Bilder und Daten in Echtzeit, wodurch eine optimale Maschinenleistung sichergestellt und Defekte reduziert, wenn nicht gar beseitigt werden konnten. Die KI-basierte vorausschauende Wartung nutzte die Konnektivität mit niedriger Latenz, um Defekte zu erkennen und Ausfallzeiten zu reduzieren. Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) Techniken verbesserten die Unterstützung der Fernwartung jeglicher Fabrikanlagen.
Ergebnisse: Das P5G-Netz machte den Einsatz physischer Kabel überflüssig und ermöglichte so Flexibilität, verringerte die Ausfallzeiten aufgrund von Kabelproblemen und reduzierte den Zeitaufwand für die Neukonfiguration der Produktionslinien für die Arbeit mit verschiedenen Modellen. Gleichzeitig wurden die bestehenden Funktionen zur Durchführung der Aufgaben in der Fabrikhalle erfüllt und die Möglichkeit geschaffen, neuere Anwendungsfälle zu implementieren.
Gelernte Lektionen: P5G spielt eine wichtige Rolle bei der Einführung von Industrie-4.0-Prinzipien im Fertigungssektor. 5G-Funktionen wie hohe Datenraten, extrem niedrige Latenzzeiten, höchste Zuverlässigkeit und verbesserte Sicherheit ermöglichen Automatisierung, Flexibilität für schnelle Anpassungen und gleichbleibende Qualität. In dem Maße, wie Prozesse verfeinert und neue Anwendungsfälle identifiziert werden, wird P5G in Zukunft noch viel mehr dazu beitragen können.
Flugzeughersteller erkunden zunehmend die Nutzung von P5G-Netzen für viele verschiedene Anwendungsfälle, darunter die Digitalisierung von Fertigungsabläufen, Ferninspektion, Fernunterstützung und Schulungen mit Hilfe von AR und MR.
Die Herausforderung: Die Konnektivität spielt bei der Flugzeugherstellung eine entscheidende Rolle. Die Verbindung von immer mehr Werkzeugen und Maschinen ist eine große Herausforderung aufgrund großer Standorte, riesiger Hangars und Störungen in nicht lizenzierten Funkbändern. Darüber hinaus erfordert der Übergang von hochgradig manuellen Vorgängen zu mehr automatisierten Vorgängen eine Verfolgung der Vorgänge in Echtzeit sowie des Ausrüstungsstatus.
Die Lösung: P5G-Netze können viele, wenn nicht sogar alle dieser Herausforderungen lösen, indem sie eine hochzuverlässige Abdeckung über ein großes Gebiet bieten, um eine große Anzahl von Geräten, Werkzeugen, Maschinen, Fahrzeugen und Ersatzteilen zu verbinden. Darüber hinaus bieten P5G-Netze strenge Sicherheits-, Datenschutz- und Datensicherheitsstandards.
Ergebnisse: P5G hat bereits eine breite Palette von Anwendungsfällen für Flugzeughersteller an ihren Standorten ermöglicht. Testdaten können mit 5G schnell hoch- und heruntergeladen werden. AR/MR-Headsets haben die Notwendigkeit reduziert, komplexe Handbücher auf Tablets oder physisch mitzuführen. Automated Guided Vehicles (AGVs) können eingesetzt werden, um Teile zwischen den Hangars und der Baustelle zu bewegen, wobei ein Echtzeit-Videostream zur Kontrolle der Teile zur Verfügung steht. Kollaborative Roboter (Cobots) können die Fertigung beschleunigen. Echtzeit-Inspektionen mit Drohnen ermöglichen eine schnellere und genauere Inspektion des Flugzeugs.
Gelernte Lektionen: P5G wird bereits in vielen Anwendungsfällen eingesetzt, aber die größte Herausforderung bei der Bereitstellung an mehreren Standorten ist die Verfügbarkeit von Frequenzen. Da es keine koordinierte Verfügbarkeit von Frequenzen in verschiedenen Ländern gibt, können nicht an allen Standorten die gleichen Funkgeräte und Optimierungen verwendet werden. In jedem Fall kratzen die aktuellen P5G-Anwendungsfälle nur an der Oberfläche, und es gibt noch weitere Anwendungsfälle, die aufgrund der 5G-Funktionen von Wi-Fi zu 5G wechseln werden.
Ein führender südostasiatischer Betreiber hat eine P5G-Lösung bei einem multinationalen Fertigungsunternehmen eingeführt, um zu untersuchen, ob die Produktivität verbessert werden kann.
Herausforderung: In einem Fertigungsbetrieb spielen mehrere Probleme eine große Rolle bei der Beeinträchtigung der Produktivität. Eines davon ist das Verschieben und Neukonfigurieren von Maschinen in der Fabrikhalle, das andere sind Fehler, die durch eine unsachgemäße Konfiguration entstehen können. Darüber hinaus ist eine zuverlässige Verbindung für die Maschinenüberwachung und -wartung in Echtzeit erforderlich.
Lösung: Die P5G-basierte IoT-Lösung für die intelligente Fertigung half der Fertigungsanlage, Daten in Echtzeit zu sammeln und zu analysieren und dadurch sofortige Updates über den Betrieb der Maschinen zu liefern. AR/VR-basierte Schulungslösungen ermöglichten es mehr Menschen, etwas über die Maschinen zu lernen und sie in Echtzeit zu debuggen. Sensoren in den Maschinen ermöglichten die Fernüberwachung der Maschinen und die Rückverfolgbarkeit ihres Standorts, während Sensoren an den hergestellten Waren die Verfolgung ihres Weges von der Herstellung bis zum Verlassen des Werksgeländes ermöglichten.
Ergebnisse: Die P5G-basierte IoT-Smart-Manufacturing-Lösung half dem Fertigungsbetrieb, seine Produktivität zu steigern, indem Aufgaben wie die Berichterstellung wegfielen und Mitarbeiter für die Arbeit in der Fabrik freigesetzt wurden. Die Maschinenauslastung verbesserte sich aufgrund der Rückverfolgbarkeit, während die Schulung der Mitarbeiter vor Ort die Verfügbarkeit von Fähigkeiten verbesserte und ungeplante Ausfallzeiten aufgrund von Unkenntnis über die Funktionsweise einer Maschine sowie falscher Konfigurationen reduzierte.
Gelernte Lektionen: Für ein multinationales Fertigungsunternehmen, das Produktionslinien in verschiedenen Ländern unterhält, könnte die intelligente Fertigung dabei helfen, den Prozess einmal zu implementieren und zu testen und ihn dann in anderen Ländern zu wiederholen. Der Echtzeit-Support könnte an verschiedenen Standorten zur Verfügung stehen und so die Lösung von Problemen zu jeder Zeit und das ganze Jahr über unterstützen.
Die einzige wirkliche Herausforderung, die dies verhindert, ist entweder die mangelnde Verfügbarkeit von Frequenzen für ein P5G-Netz oder unterschiedliche Frequenzen in verschiedenen Regionen, was zum Kauf unterschiedlicher Funkhardware und -geräte und zum Durchlaufen der gleichen strengen Testphase in jeder Region führt.
Private 5G hat ein immenses Potenzial für die Lösung vieler Herausforderungen, mit denen die Industrie heute konfrontiert ist. Es gibt zwar keine Standardlösung, die schnell eingesetzt werden kann, aber es besteht die Möglichkeit, eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Bedürfnisse und Anforderungen zu entwickeln. Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, um mehr darüber zu erfahren, wie wir Ihnen helfen können.
