5G macht die vernetzte Produktion erst richtig möglich

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Die neuen 5G-Mobilfunknetze haben das Potenzial, die Produktion in Deutschland einen großen Schritt voranzubringen. Der mittelständische Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland und Europa wird davon spürbar profitieren, denn 5G ist ein wichtiger Baustein für die Zukunftsfähigkeit auch der verarbeitenden Industrie in Deutschland.

Welchen Unterschied kann eine Tausendstelsekunde machen? Schon ein menschlicher Wimpernschlag dauert etwa hundert Mal länger. Doch Ingenieuren eröffnet diese Winzigkeit neue Welten. Die kommenden 5G-Mobilfunknetze übermitteln Daten in tausendstel Sekunden und damit etwa hundert Mal schneller als LTE.  Über 5G können Menschen, Maschinen, Sensoren, Geräte und IT-Systeme drahtlos und in Echtzeit miteinander kommunizieren. Für die Industrie löst dies drei große Probleme: Noch ist die Datenübertragung in der Produktion in vielen Bereichen zu langsam, die Datenraten sind zu niedrig und die Verfügbarkeit (Resilienz) ist zu gering. Es ist die Tausendstelsekunde, die den Unterschied macht. Sie entscheidet, ob der Bestückungsautomat extrem präzise zielt, ob der autonome Roboter passgenau zuarbeitet, ob fahrerlose Transportsysteme blitzschnell auf Hindernisse reagieren oder präzise Echtzeit-Ortungen schnellste Hochregallager ermöglichen.

Warum ist 5G für die Industrie so wichtig?

5G ist nicht die Neuerfindung des Rades. Für viele Anwendungen werden die jetzigen Mobilfunknetze weiterhin ausreichen. Aber mit dem 5G-Netz und intelligenten Geräten bieten sich völlig neue Möglichkeiten, die nicht nur die Umsetzung der vernetzten Produktion in weit größerem Maße als bisher erlauben. Beispiele dafür sind hochpräzise Just-in-Time Verfahren, ebenso wie die verbesserte vorausschauende Wartung und Instandhaltung (Predictive Maintenance), die als Service-Option für den Verkauf von Maschinen immer wichtiger wird. Das Gleiche gilt für störungssichere und überwachte Kommunikation. 5G wird zum internationalen Standard im immer anspruchsvolleren Wettbewerb des Maschinenbaus.

Vor allem sehr große Unternehmen dürften zum Treiber werden. Das zeigt sich auch bei der Frage nach dem Interesse an den eigenen lokalen 5G-Netzwerken. Laut Umfragen möchten bisher nur wenige große Industrieunternehmen diese Campusnetze einrichten und betreiben. Diese Unternehmen wollen die interne Kommunikation zwischen Menschen und Maschinen wie auch zwischen Maschinen auf ihren Fabrikflächen selbst die Hand nehmen, und sie verfügen dazu auch über die nötigen technischen und finanziellen Mittel. Die Mehrheit der Industrieunternehmen setzt laut Umfragen jedoch derzeit nur in Teilbereichen auf 5G und wartet die Erfahrungen der Erstanwender erst einmal ab.

Hören statt lesen? Der Podcast
Dr. Hermann Buitkamp, Digital-Experte des VDMA, erklärt unterhaltsam, wie 5G funktioniert und welches Potenzial darin steckt. #Der neue Mobilfunkstandard 5G verändert den Maschinenbau

Wie funktioniert 5G technisch?

5G baut auf den bestehenden Mobilfunkstandards LTE (4.0 G) und LTE advanced (4,5 G) auf. Um die Daten mit bis zu 10 GB/s übertragen zu können und um das Datenalter von derzeit 50 ms auf 1 ms senken zu können, werden höhere Frequenzen (3,6 GHz statt 2,2 GHz) benötigt. Die bessere Verfügbarkeit entsteht dadurch, dass die Endgeräte sich jeweils in mehreren Funkzellen gleichzeitig befinden und so redundant verbunden sind. Edge-Cloud-Server werden das Internet dichter an die Anwendungen in der Fabrik bringen und so die Geschwindigkeit weiter steigern.

Über eine Vielzahl von Netzebenen sollen Unternehmen unterschiedliche Anwendungen individuell und parallel bedienen können. Weil das Netz dafür quasi in einzelnen Scheiben filetiert wird, ist die Rede von ‚Network Slicing‘. Basis dafür sind Technologien wie die Virtualisierung von Netzwerk-Funktionen (NFV) und Software-definierte Netze (SDN), die zusammengeschaltet werden können.

Drei Anwendungsbereiche sollen der Industrie zur Verfügung stehen: ultra-schnelles mobiles Breitband (enhanced mobile broadband), Kommunikation zwischen Maschine und Anwendung (massive machine type Communications, M2M) und ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten (Ultra-Reliable and Low Latenz Communications).

Der Weg zu 5G beginnt im Wesentlichen über Hardware- und Softwareupdates von LTE-Equipment.

Die Bundesnetzagentur (BNetzA) wird in diesem Jahr erstmals Frequenzen für private 5G Netze für industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen gegen eine Verwaltungsgebühr auf Antrag bereitstellen. Damit wird Deutschland zum ersten Land, in dem regulierte Funkfrequenzen nicht nur anwendungsspezifisch, sondern auch flächenspezifisch genutzt werden dürfen. Nun gilt es, dass viele Industrie- und landwirtschaftliche Betriebe das Angebot der BNetzA und den damit verbundenen Wettbewerbsvorteil möglichst schnell nutzen. Erste 5G-Endgeräte werden bereits von mehreren Handyherstellern zum Preis hochwertiger LTE-Geräte angeboten. Sie haben noch einen anderen Vorteil in Zeiten immer häufigerer Cyberangriffe: 5G verschlüsselt die Daten so, dass ein Abhören ohne spezielle Wanzen unmöglich wird.

Was bedeutet 5G wirtschaftlich?

Die Kosten für private 5G Netze sind geringer, als befürchtet. Investitionskosten lassen sich durch höhere Effizienz beispielsweise durch flexibles Layout ohne Datenkabel und Gewinnen aus neuen Geschäftsmodellen wieder einspielen.

Viele Unternehmen haben die Wahl, die Netze selbst zu betreiben oder dies einem Dienstleister zu überlassen. Dank der Slicing-Geschäftsmodelle der großen Netzbetreiber lassen sich Campusnetze mit öffentlichen Frequenzen betreiben. Das könnte besonders kleineren Unternehmen die Scheu vor der neuen Technik nehmen. Insgesamt dürften die privaten 5G-Netze zu einem positiven Wettbewerb unter den Ausrüstern, Komponentenherstellern und Netzbetreibern führen.

Diesen Wettbewerb unterstützt der VDMA. Er wird zu mehr Innovationen, ausdifferenzierten Angeboten sowie zu niedrigeren Preisen führen. Wichtig ist dem Verband dabei, dass Investitionssicherheit gleichermaßen für 5G nutzende Unternehmen wie für die Ausrüster, Komponentenhersteller und Netzbetreiber besteht.

Auch lokales oder regionales Roaming ist aus Sicht des VDMA eine sinnvolle Option. Der Vorteil liegt auf der Hand: Wenn Netzbetreiber die aufzubauende Infrastruktur gemeinsam nutzen, können sie die Flächenauflagen zügig erfüllen - und dank dadurch gesparter Investitionen günstigere Tarife anbieten.

Entscheidend für den Erfolg des 5G-Netzes und der dadurch möglichen Anwendungen dürfte aber vor allem dessen lokale Verfügbarkeit werden. Hier gibt es schon jetzt Nachholbedarf: Nicht nur die so genannten „Hidden Champions“ kämpfen häufig fern von Großstädten um bessere Netzversorgung. Bereits mit Hilfe der 4G-Technik muss es gelingen, Deutschlands Funklöcher zu stopfen – zunächst mit einer hundertprozentigen Industrieabdeckung und später lückenlos für alle Unternehmen. 5G muss darauf aufbauen – zunächst in der industriellen Produktion, später immer mehr in der Fläche. So bleibt der Maschinen- und Anlagenbau in Entwicklung, Produktion und Service international wettbewerbsfähig.

Der Maschinenbau ist mit mehr als 1,3 Millionen Erwerbstätigen der größte industrielle Arbeitgeber Deutschlands. Auch für sie wird die Tausendstelsekunden immer wichtiger.

5G in der Praxis

Was kann 5G? Drei Beispiele aus Unternehmen:

Mercedes: Im Werk Sindelfingen soll der Einsatz des 5G-Mobilfunknetzes in Pilotanwendungen in der Montage getestet werden. Für die neue Funktechnik haben die Stuttgarter Autobauer dabei eine Vielzahl an Use-Cases identifiziert.

Smart Factory auf der Hanover Messe 2019: Wie können hohe Datenraten im industriellen Umfeld geschützt und mit einer möglichst geringen Latenzzeit übertragen werden? Das demonstrierte die Hannover Messe: Beim Transport des Werkstücks durch das flexible Transportsystem wird eine optische Qualitätsinspektion durchgeführt. Dank 5G werden die Daten von der Kamera drahtlos in die Cloud übertragen und dort ausgewertet. Je nach Ergebnis wird das Produkt an die passende nächste Bearbeitungsstelle gefahren.

Landwirtschaft 4.0: So unterstützt 5G Bauern und kooperative Maschinen dank großvolumigem Datenaustausch in Echtzeit beispielsweise beim optimalen Pflanzenschutz                       

Weiterführende Links

Das 5G Lab Germany an der TU Dresden ist ein interdisziplinäres Team mit mehr als 600 Forschern aus 20 verschiedenen Forschungsbereichen der TUD und hat zum Ziel, Schlüsseltechnologien für 5G zu liefern. Es gibt mehr als 50 verbundene Partner, darunter Bosch, Claas, Deutsche Telekom, Ericsson, IDT, National Instruments, NEC, Nokia, Rohde&Schwarz und Vodafone.

Unsere VDMA-Experten:

 

Dr. Hermann Buitkamp
Referent für Digitalisierung und Standardiesierung
hermann.buitkamp@vdma.org

 

 

 

 

 


Dr. Reinhard Heister
Geschäftsführer Elektrische Automation
reinhard.heister@vdma.org

 

 

 

 

 

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