Auch maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz finden immer häufiger Anwendung im industriellen Kontext. Klassische Anwendungsfälle sind Maschinenkommunikation, Systemsteuerung, und Prozessüberwachung, und – Optimierung im industriellen Internet der Dinge.
Der Einsatz solcher Mobilfunkanwendungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette ermöglicht Effizienzsteigerung und eine Optimierung der Ressourcennutzung, was ultimativ zu einer verbesserten Produktivität führt. Viele Produktionsschritte werden so vereinfacht und Einsparungen, unter anderem auch beim Einsatz von Personal, ermöglicht. Im Folgenden erläutern wir verschiedene mobilfunkbasierte Übertragungstechniken, welches Potenzial 5G für Anwendungen in der Industrie 4.0 hat, und vertiefen einige Anwendungsbeispiele.
Verschiedene Übertragungstechnologien für mobilfunkbasierte Industrieanwendungen
Zur Übertragung industrieller Daten gibt es verschiedene mobilfunkbasierte Technologien, wie beispielsweise LoRaWAN, NB-IoT, oder SigFox. Solche Technologien zeichnen sich vor allem durch einen geringen Stromverbrauch und dadurch lange Batterielaufzeiten, und geringe Betriebs- und Instandhaltungskosten aus. Die Eignung dieser unterschiedlichen Übertragungstechnologien hängt ab von den konkreten Einsatzgebieten. Grundsätzlich unterscheidet man hier zwischen kritischen und nicht-kritischen Anwendungsfällen. Erstere, zu denen beispielsweise zeitkritische Produktionssteuerungen gehören, erfordern eine durchgehende, sehr zuverlässige Übertragungsbereitschaft und kurze Übertragungszeiten. Bei nicht-kritischen Anwendungen, wie sie beispielsweise in der Logistik oder Landwirtschaft auftreten, genügen seltenere Datenübertragungen. Informationen über die genauen Charakteristika der gängigsten Technologien können Sie auch den verlinkten Blogbeiträgen entnehmen.
Außerdem unterscheidet man zwischen öffentlichen und privaten Mobilfunknetzten, welche sich hauptsächlich bezüglich des Umgangs mit den übertragenen Daten unterscheiden. Öffentliche Mobilfunknetze werden von Anbietern wie der Telekom oder Vodafone zur Verfügung gestellt, und können uneingeschränkt von allen Kunden genutzt werden. Private Netze sind vergleichbar mit WLAN und können von der Öffentlichkeit nicht genutzt werden. Dies bietet den Vorteil der vollen Kontrolle über firmeninterne Daten. Aus diesem Grund kommen in der Industrie hauptsächlich solche sogenannten “Campusnetze” zum Einsatz.
Welche Veränderungen in der industriellen Mobilfunknutzung ermöglicht 5G?
Die größere Bandbreite und die kürzeren Latenzzeiten, die 5G verspricht, bergen großes Potenzial für fortschrittliche Industrieanwendungen. Trotz dieser besseren Leistungen hat 5G im Vergleich zu den älteren Mobilfunkstandards einen geringeren Energieverbrauch, was Kostensenkungen ermöglichen könnte.
Unternehmen versprechen sich von dem neuen Standard zuverlässigere Kommunikation, Echtzeitfähigkeit in der Übertragung, und eine umfassende Konnektivität von Produktionsmaschinen und anderen Anwendungen. Die Leistungssteigerung, die mit 5G einhergeht dürfte beispielsweise die drahtlose Steuerung von ganzen Industrieanlagen erlauben. Die Vereinigung verschiedenster Anwendungen in einem allumfassenden System könnte unter anderem automatisierte Regalsysteme, Fertigungsroboter, und einfachere Anwendungen wie Klimaanlagen umfassen.
Ein Hoffnungsträger ist “Massive Machine-type Communication (mMTC)”, welches die Vernetzung vieler nicht-kritischer M2M-Anwendungen auf geringem Raum bezeichnet. 5G ermöglicht hierbei mit bis zu einer Million Geräte auf einem Quadratkilometer deutlich mehr Verbindungen als andere Mobilfunkstandards.
Anwendungsbeispiel: Sensorik
Die Sensorik stellt eines der häufigsten Anwendungsgebiete von Mobilfunk in der Industrie dar, da sie hervorragend geeignet ist zur Überwachung von Prozessen an beispielsweise Fertigungsanlagen. Intelligente Geräte können hierbei verschiedenste Daten erheben, welche dann drahtlos und flexibel, meist über eine Cloudanbindung, an Unternehmenszentralen übermittelt werden. Auch eine Kommunikation zwischen mehreren Sensoren oder zwischen Sensoren und anderen Geräten, beispielsweise Steuerungselementen, ist möglich.
Klassische Einsatzbeispiele für Sensoren sind die Messung des CO2- oder Feinstaubgehaltes in der Luft, oder die ununterbrochene Kontrolle der Füllstände von Regenabwasser- oder Ölbehältern. Auch die Messung des Füllstandes von Abfallbehältern ist vielerorts eine Standardanwendung. Dieser wird dann regelmäßig an die Abfallwirtschaft übermittelt, so dass Abholungsrouten nach Bedarf flexibel und effizient geplant werden können.
Der Einsatz von IoT-Sensoren zur kontaktlosen Überwachung der oben genannten Faktoren sorgt dafür, dass vor-Ort-Besuche nicht mehr notwendig sind. Solche manuellen Messungen sind zeit- und kostenintensiv, und liefern außerdem keine regelmäßigen und zeitgenauen Daten. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit häufig auf Schätzungen zurückgegriffen. Mobilfunksensoren ermöglichen den Austausch solche ungenauen Schätzungen durch exaktes Wissen, welches tages- oder sogar stundengenau ist.
Anwendungsbeispiel: Logistik und Transportsysteme
Auch in der Logistik hat Mobilfunk vielfachen Nutzen. Zu den einfacheren Anwendungen gehören zum Beispiel die Standortermittlung und Warenverfolgung. Auch hier kommen häufig Sensoren zum Einsatz, die Daten über Füllstände, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, oder Druck erheben. Dies ist besonders hilfreich beim Transport von empfindlichen Waren über große Entfernungen und ermöglicht eine dauerhafte Verfolgung. Genutzt werden solche Mobilfunkanwendungen hauptsächlich bei Transporten von Massengut mittels Schienen- oder Schiffverkehr. Hier können die erhobenen Daten nicht nur an zentrale Niederlassungen der Transportunternehmen weitergegeben werden, sondern auch an andere intelligente Geräte. So können beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit eines Containerinnenraums automatisch angepasst und die Qualität der Ware gewährleistet werden, auch wenn ein manuelles Eingreifen unmöglich ist.
Neben solchen Überwachungssystemen kommt Mobilfunk in der Logistik auch in wesentlich komplexeren Szenarien zum Einsatz. Hierzu gehören beispielsweise fahrerlose Transportsysteme und –roboter. Diese werden in der internen Logistik, wie beispielsweise in Warenhäusern verwendet. Fortschritte in der Mobilfunktechnik erlauben immer komplexere Systeme, so bietet auch 5G ein enormes Potenzial zur Weiterentwicklung.
Fahrerlose Transportsysteme bieten Flexibilität bei gleichzeitiger Minimierung der Lagerkosten und des Zeitaufwands. Die Kombination mit dynamischer Lagerhaltung erlaubt beispielsweise, dass Roboter eigenständig eine zügige Kommissionierung von Waren vornehmen.
Anwendungsbeispiel: Automobilbranche
Das letzte Beispiel, welches im Rahmen dieses Artikels genauer erläutert werden soll ist die Automobilbranche. Diese stellt ein breites Anwendungsgebiet dar, denn Mobilfunksysteme ermöglichen diverse Applikationen in modernen Fahrzeugen. Hierzu gehören beispielsweise die Automatisierung der Fahrzeugproduktion, oder die Digitalisierung und Optimierung von Kernprozessen. Außerdem ist Mobilfunk die Basis für Software-basierte Anwendungen in Autos, deren Bedeutung stetig wächst. Die Standortübermittlung über Mobilfunk, auch zwischen verschiedenen Fahrzeugen, ermöglicht beispielsweise eine intelligente Routenplanung und Echtzeitnavigation. Auch Notrufsysteme gehören zu den kritischen Mobilfunkanwendungen in der Automobilbranche und erfordern eine dauerhafte und zuverlässige Funkverbindung.
Experten schreiben der Verbreitung von 5G auch hier das Potenzial für großen Fortschritt zu. Der neue Mobilfunkstandard könnte die Entwicklung des autonomen Fahrens maßgeblich vorantreiben.
