Effizienzsteigerung durch 5G-Campusnetze: Wie die Industrie durch die hohe Konnektivität profitiert
Viele Industrieunternehmen haben sie schon im Einsatz oder planen, sie einzusetzen: 5G-Campusnetze. Denn abgesehen von sehr hohen Datenraten und niedrigen Latenzzeiten lassen sich so kostengünstig unzählige Maschinen anbinden sowie sicher auslesen und steuern. Wieso Campusnetze für viele Use Cases und Technologien unumgänglich sind, zeigt Hendrik Kahmann, Head of Innovations bei Axians Germany in diesem Beitrag.
Dank neuer Funktechnologien, allen voran dem Mobilfunkstandard 5G, hat sich in der Industrie 4.0 in den letzten Jahren schon viel getan. Die neue Generation des Mobilfunks, die nach Vergabe der 5G-Lizenzen im Juli 2019 offiziell an den Start ging, hat auf vielen Werksplätzen wie ein Katalysator gewirkt, das Industrial Internet of Things (IIoT) in Deutschland voranzutreiben.
Bereits seit 2021 haben wir 5G Campusnetze und ihre weitreichenden Vorteile im Blick und versuchen stetig, diese unseren Kunden näher zu bringen. Vielen Business-Entscheider:innen fehlt jedoch die Vorstellungskraft, um wirklich die Benefits und die Tragweite der Netze zu verstehen. Aus diesem Grund haben wir Anfang 2022 unseren 5G-Demonstrator in Frankfurt am Main erschaffen. Mit diesem können wir unseren Kunden vor und während der Projektplanung eindrucksvoll zeigen, wie einfach und effizient sich damit ein hocheffektives, extrem latenzarmes, sicheres 5G-Campusnetz zur Steuerung von bis zu einer Million Sensoren einrichten lässt.
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5G: Enabler vieler Technologien
An den Einsatz von 5G und den Campusnetzen knüpfen sich viele andere Lösungen und Möglichkeiten. Beispielsweise ermöglicht die geringe Latenz und schnelle Datenübertragung Augmented Reality (AR) für die Wartung und den Einsatz von Remote Experts, die von zentraler Stelle aus via Videoübertragung Teams vor Ort auf dem Campus mit ihrer Expertise unterstützen.
In der Industrie und Logistik ziehen AR und VR auch immer mehr ein, und Funklösungen wie 5G spielen dabei eine ganz wichtige Rolle. 5G führt als „Enabler“ auch hier verschiedene Technologien zusammen.
Um den Namen Campusnetze wirklich zu verstehen, benötigt es einer kleinen Erklärung: Ein 5G-Campusnetz oder Campus Area Network (CAN) ist dediziert auf das Gelände oder eben den Campus eines Unternehmens oder einer Hochschule begrenzt und vom öffentlichen Mobilfunk isoliert. Damit bieten diese vergleichsweise kleinen 5G-Funknetze eine hohe Sicherheit
Das (bisherige) Manko: Die wachsende Akzeptanz in der Fertigungsindustrie
Der 5G Standard kommt langsam aber sicher bei der deutschen Industrie an. Das kann man auch einer vom Digitalverband Bitkom im November 2022 veröffentlichten Umfrage entnehmen: Mehr als ein Viertel der deutschen Industrieunternehmen setzen jetzt schon auf 5G-Campusnetze. Genauer haben 26 Prozent der Befragten angegeben, dass sie bereits ein 5G-Campusnetz im Einsatz haben oder in naher Zukunft einrichten wollen, sieben Prozent in Eigenregie und 19 Prozent über einen Mobilfunkanbieter.
Ein weiteres, sehr wichtiges Argument für 5G ist dabei neben der Latenz von unter 1 ms und der hohen Datenrate von 1,5 Gbit/s die Tatsache, dass die Verarbeitung beziehungsweise Vorverarbeitung der Daten nicht mehr zentral, sondern direkt an der Edge, sprich an der Peripherie des lokalen Netzwerkes stattfindet.
Zukünftig erlaubt 5G, das auf LTE beziehungsweise 4G aufbaut, anders als GPS eine zentimetergenaue Ortung und Steuerung von Maschinen oder gewünschten Drohnen zur Gebäudeüberwachung über dem Werksgelände, alternativ oder parallel zu Robotern für die Wartung und autonome Inspektion. Das ist nicht nur sicherer, sondern auch weit effektiver als die Inspektion durch geschulte Fachkräfte, wenn sie denn überhaupt in ausreichender Zahl verfügbar sind. Bis es soweit ist, dürften aber noch gut ein bis zwei Jahre vergehen.
Doch wie steht es um die Nutzung der Netze in Unternehmen? 85 Prozent der von Bitkom befragten Industrieunternehmen wollen den neuen Mobilfunkstandard für die Vernetzung ihrer Produktionsanlagen einsetzen, 79 Prozent für die Maschinensteuerung in Echtzeit, jeweils rund drei Viertel (74 und 71 Prozent) für die Fernwartung und für Assistenzsysteme wie AR und VR. Zwei Drittel (65 Prozent) sehen Potenziale für den Einsatz von autonomen Fahrzeugen und Transportsystemen, 40 Prozent in puncto mobile Roboter. Das deckt sich in etwa auch mit unseren Kundenerfahrungen.
Anwendungsbeispiele und Best Practices
Best Practices sind dem Begriff nach die beste Voraussetzung, um Unternehmen zu überzeugen, in bestimmte Technologien zu investieren, die Stuttgarter Mercedes-Benz-Arena ist nur eines von vielen Beispielen. Andere Anwendungsbeispiele für 5G-Campusnetze in der Industrie habe ich auch schon genannt. Unternehmen können damit für die Überwachung der Gebäude oder Überprüfung von schwer erreichbaren Schlüsselkomponenten Drohnen und Roboter einsetzen, sie können drahtlos Roboterarme und unzählige Sensoren der Produktionsanlagen anbinden, um sie zu steuern oder ihre Daten in IIoT-Szenarien auszuwerten und – Stichwort Predictive Maintenance – die Wartungsintervalle zu optimieren und Ausfälle zu minimieren.
Über 5G lassen sich nicht nur Maschinen, Produkte und Transportfahrzeuge mühelos miteinander vernetzen, sondern auch Mitarbeitende in die digitale Transformation einbeziehen. Denn ein ganz wichtiger Schlüsselfaktor für die Industrieproduktion von morgen sind Connected-Worker-Systeme. Diese erlauben es, dass Mensch und Maschine nicht nebeneinander arbeiten, sondern remote miteinander über eine mobile App kommunizieren und die Anlagensteuerung bequem über ein Notebook, Smartphone oder Tablet erfolgen kann.
Die Anbindung von Maschinen- oder Anlagensensoren ist ein ganz zentraler Baustein für das industrielle Internet of Things (kurz IIoT genannt), um die Maschinendaten auslesen, auswerten und analysieren zu können. Aber ebenso wichtig, und das wird in der Berichterstattung über IIoT-Anwendungen und 5G-Campusnetze im Bereich Manufacturing oft vergessen, ist die Vernetzung der Aktoren, das heißt der eigentlichen Anlagensteuerungselemente. 5G ist weit besser als die meisten anderen Funktechnologien geeignet, von den aufwendig verkabelten alten BUS-Systemen wegzukommen, um die Daten von der Edge in die Cloud und wieder zurückzubringen.
Viele Mythen lösen sich von selbst
Um Die Netze ranken sich einige Mythen, die es aufzuräumen gilt.Dafür haben wir einmal die größten Mythen in verschiedenen Videos aufbereitet:
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Aber auch hier will ich zu den größten Mythen Stellung nehmen:
„5G-Campusnetze sind für ihren Nutzen deutlich zu komplex.“
Aus unserer Erfahrung können wir sagen: Das stimmt so nicht. 5G-Campusnetze sind keineswegs komplexer als Glasfaser- oder WLAN-Verbindungen, sondern nutzen zum Beispiel Glasfaser für die Anbindung an die Funkstationen und sind von den Controllern her stark an WLAN-Lösungen angelehnt. Sie sind auch nicht zwangsläufig teurer als WLAN oder WiFi, sondern mit bis zu einer Million Clients pro Quadratkilometer bei einer Reichweite von bis zu 20 km statt 50 m wesentlich kosteneffektiver.
„Die Kosten sind viel zu hoch.“
Auch hier können wir einstimmig berichten: Ganz im Gegenteil. Die jährlichen Lizenzkosten für eine 100-MHz-Bandbreite im 3,7-3,8-GHz-Band liegen auf zehn Jahre gerechnet nur bei 600 Euro und somit im Vergleich zu Kabellösungen deutlich niedriger.
„5G-Campusnetze erfordern eine zusätzliche, aufwändige Zusammenarbeit mit neuen Herstellern.“
Dass Campusnetze als neue Welt auch die Zusammenarbeit mit neuen Herstellern erfordert, ist ebenso ein Mythos. Denn der Core besteht in der Regel aus einfach zu handhabenden, bekannten Lösungen wie denen von Cisco und Nokia. Und mit 5GaaS, 5G-as-a-Service, sprich als Managed Service, wie wir von Axians sie bieten, lassen sich Einrichtung und Betrieb eines 5G-Campusnetzes ganz einfach und ebenfalls kostengünstig auslagern.
5G dient nicht zuletzt auch der Nachhaltigkeit
5G und 5G-Campusnetze dienen zudem der Nachhaltigkeit, die heute viele Industrieunternehmen immer mehr umtreibt. Denn 5G-Netze tragen einen wesentlichen Beitrag dazu bei, die Prozesse, die Produktion selbst und die Materialflüsse auf den Werksgeländen zu optimieren, was sich auch positiv im Energieverbrauch bemerkbar macht. Beispielsweise konnte ein großer deutscher Automobilkonzern mit einem 5G-Campusnetz die komplette Produktion vernetzen und weiter automatisieren.
Und die Reise geht noch weiter. Solche Campusnetze sind ein ganz entscheidender Meilenstein auf dem Weg von der automatisierten zur autonomen Produktion, die künftig immer wichtiger sein wird. Denn es geht längst nicht mehr nur darum, mit weniger Human Resources kostengünstiger zu produzieren, sondern einen Ausgleich zu schaffen, um den sich mit Ausscheiden der Babyboomer noch verschärfenden Fachkräftemangel auszugleichen.
Fazit und Ausblick
5G-Campusnetze, deren Funktionalitäten und Umfang durch neue Releases in den nächsten Jahren noch zunehmen, bieten ein großes Spektrum an Möglichkeiten für Industrieunternehmen, von denen die meisten noch gar nicht erschlossen und ausgeschöpft sind. Man denke nur an die Potenziale mit Blick auf die autonome Fertigung. Dabei geht es vor allem um Effizienzgewinne und nicht darum, die Maschinen gegen die Menschen auszuspielen.
Wir werden für die Planung, Entwicklung und übergeordnete Kontrolle der Produktionsanlagen auch weiterhin gebraucht und über inversive Technologien wie AR und VR vielleicht sogar ein stückweit verschmelzen mit der Welt der Maschinen und Roboter. Das Internet of Things wird somit immer mehr zum Internet of Everything als perfektes Zusammenspiel von Machine to Machine (M2M) und Mensch und Maschine, wo eine Geste oder ein Wort genügt, um schwerstes Gerät in Gang zu setzen und eine weitere Geste oder ein Wisch, um die Daten auf dem Dashboard über die Cloud zu ihrem Bestimmungsort zu bewegen, um sie auszuwerten und für weitere Zwecke nutzbar zu machen. Auch die mobile Fertigung auf Rädern und die mobile Fabrik als „Factory-in-a-Box“ in Form von Modulen, die aus dem Frachtcontainer aufgebaut und zusammengesetzt werden, sind mehr oder weniger noch Zukunftsmusik.
Quelle Titelbild: Adobe Stock | Галина Сандалова
