Industrie 4.0
29.05.2018

5G – Chancen, Potenziale, Projekte

Dem Mobilfunkstandard 5G wird eine große Zukunft prognostiziert: Ab 2020 soll er Trendthemen, wie IoT oder das autonome Fahren, anwendungsreif machen. Unternehmen, Verbände und Nutzerorganisationen haben sich aufgemacht, die industriellen Anforderungen in die aktuellen Standardisierungsarbeiten einzubringen. Innerhalb des ZVEI hat sich die 5G-ACIA gegründet. Außerdem werden in diversen Projekten Erfahrungen gesammelt.

(Bild: Fotolia_sdecoret)

„Der Standort Deutschland kann ganz besonders von 5G profitieren“, ist Friedbert Pflüger, Vorsitzender der Internet Economy Foundation (IE.F), überzeugt. Die IE.F hat zusammen mit Roland Berger die Studie „Erfolgsfaktor 5G“ he­rausgebracht. „Die deutsche Indus­trie setzt schon heute auf viele Zukunftstechnologien, die erst mit dem neuen Mobilfunkstandard richtig durchstarten werden“, sagt er weiter. Gemeint sind damit innovative Lösungen und Anwendungsfelder, wie autonom fahrende Fahrzeuge, das Internet der Dinge in Fertigungsprozessen oder auch ­E-Health, die auf einen schnellen und jederzeit verfügbaren Datenaustausch angewiesen sind. Für all diese Anwendungen müssen Milliarden von Sensoren in Maschinen, Autos und Geräten miteinander kommunizieren können – mobil und in Echtzeit.

Sieben Schritte für die 5G-Technologie in Deutschland

Die Prognosen für die zusätzliche Wertschöpfung durch 5G liegen im Milliardenbereich. Ein schneller und flächendeckender 5G-Rollout ist in Deutschland deshalb unverzichtbar. Um die Ausbaupläne zum Erfolg zu führen, haben Roland Berger und die IE.F in ihrer Studie sieben Handlungsempfehlungen ausgearbeitet. Dazu gehören neben der zügigen Vergabe der Frequenzen und dem Aufbau zusätzlicher Testfelder auch staatliche Investi­tionen in den Ausbau der nötigen Zugangsnetze, denn 5G funktioniert nur mit lokaler Glasfaseranbindung. Außerdem sind politische Weichenstellungen wichtig. Dazu gehört vor allem eine rechtliche Grundlage für das National Roaming: Es sorgt dafür, dass alle Netze miteinander verknüpft und so Versorgungslücken vermieden werden. Außerdem muss sichergestellt werden, dass auch Unternehmen ohne eigene Frequenzen als virtuelle Netzbetreiber die Infrastruktur für ihre Lösungen und Angebote nutzen können. „Denn nur dann, wenn alle Anbieter von digitalen Innovationen den freien Zugang zum Markt haben, kann sich ein echter und fruchtbarer Wettbewerb der Ideen, Lösungen und Geschäfts-modelle entwickeln“, sind die Experten überzeugt.

Die Herausforderungen

„Damit 5G im industriellen Umfeld funktioniert, müssen besondere Anforderungen erfüllt werden“, sagt Dr. Jan Stefan Michels, Leiter der Standard- und Technologieentwicklung bei Weidmüller. „Dazu gehören zum Beispiel die absolute Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Kommunikation auch unter den rauen Bedingungen in der Produktion, die Möglichkeit des Betriebs ‚privater‘ 5G-Netzwerke ohne zwingende Einbindung von Mobilfunk-Providern und die Diagnose und Fehlerbehebung bei Nutzung von providerbetriebenen Netzen. Gleichzeitig müssen wir gemeinsam mit den Mobilfunk-Providern Geschäftsmodelle für die Machine-to-Machine-Kommunikation entwickeln, weil sie grundsätzlich anders betrieben wird als wir das vom Smartphone und der Telefonie kennen.“

Dr. Jan Stefan Michels, Leiter der Standard- und Technologieentwicklung bei Weidmüller: „Mit 5G werden Technologien und Mechanismen entwickelt und getestet, die eine zukunftsfähige Kommunikation sicherstellen sollen – und viele Anwendungsfelder liegen in der Vernetzung der Industrie“ (Bild: Weidmüller)

 

Wichtig ist es aus Sicht des Experten, einheitliche Standards zu schaffen. „Mit 5G werden Technologien und Mechanismen entwickelt und getestet, die eine zukunftsfähige Kommunikation sicherstellen sollen – und viele Anwendungsfelder liegen in der ­Vernetzung der Industrie“, weiß Dr. J. S. Michels.

Zukünftig sind aus seiner Sicht in diesem Bereich zwei Szenarien möglich: Sofern ein 5G-Mobilfunknetz von einem Mobilfunkanbieter vorhanden ist, können Geräte und Maschinen mit 5G-Schnittstelle ausgestattet werden und sich in das Netz einwählen. „Die Technologien und Mechanismen, die mit 5G entwickelt werden, lassen sich aber auch auf die eigene, lokale Infrastruktur, wie das eigene Maschinennetzwerk eines Produktionsbetriebs, übertragen“, erklärt er. In diesem Fall werden Maschinen nicht in das Netzwerk eines Mobilfunk-Service-Providers eingebunden, sondern in ein privates.

Damit die industriellen Anforderungen bei der Entwicklung und Einführung des 5G-Standards berücksichtigt werden, hat sich im letzten Jahr der Zentralverband der Elek­troindustrie (ZVEI) dieses Themas angenommen. Am 3. April 2018 wurde dann im ZVEI die Arbeitsgemeinschaft „5G Alliance for Connected Industries and Automation“ (5G-ACIA) gegründet. Sie hat es sich zum Ziel gesetzt, 5G erfolgreich in der industriellen Produktion zu etablieren und von vornherein indus­triefähig zu gestalten. Dr. J. S. Michels ist als Experte in dem Arbeitskreis vertreten und weiß deshalb, dass der ZVEI dazu tendiert, die Nutzung des firmeneigenen Netzwerks zu unterstützen. Dadurch müssten  Unternehmen nicht auf die Einführung von 5G bei den Mobilfunkanbietern warten.

5G-ACIA bringt Industrieanforderungen ein

Neben Weidmüller zählen 25 weitere Unternehmen zu den aktuellen 5G-ACIA-Mitgliedern: Beckhoff, Bosch, DFKI, Deutsche Telekom, Endress+Hauser, Ericsson, Festo, Fraunhofer Gesellschaft, Harting, Hirschmann Automation & Control, Huawei, Infineon, „inIT“, „ifak“, Intel, Mitsubishi, Nokia, NXP, Pepperl+Fuchs, Phoenix Contact, R3 – Reliable Realtime Radio Communications, Siemens, Trumpf, Vodafone und Yokogawa. Sie alle haben die Chancen von 5G erkannt, Industrie 4.0 noch schneller umzusetzen und auf die nächste Entwicklungsstufe zu heben. Dazu will sich 5G-ACIA nur aktiv in die Standardisierung und Regulierung von 5G einbringen, sondern auch mög-liche Anwendungsfälle und die damit einhergehenden Anforderungen seitens der Industrie identifiziert und analysiert. „5G wird das zentrale Nervensystem der Fabrik der Zukunft werden und sich disruptiv auf die industrielle Fertigung auswirken“, sagt Dr. Andreas Müller (Bosch), Vorsitzender der 5G-ACIA. „In der 5G-ACIA bringen wir erstmalig alle wichtigen Akteure weltweit zusammen. Dadurch sind wir in der Lage, konzertiert und zielgerichtet daran zu arbeiten, dass die Belange der Industrie entsprechend berücksichtigt werden.“

Afif Osseiran, Ericsson (links), und Dr. Andreas Müller, Bosch (rechts), präsentieren das 5G-ACIA-Whitepaper (Bild: 5G-ACIA)

Projekte angelaufen

Neben dem Engagement im ZVEI treibt Weidmüller das Thema 5G auch auf internationaler Ebene vo­ran: Gemeinsam mit 16 weiteren Projektpartnern, wie dem Mobilfunkanbieter Telefónica sowie den Endgeräteherstellern Huawei und Nokia, engagiert man sich in einem internationalen Projekt. „Im Rahmen des Forschungsprojekts ‚5GTANGO‘, das von der EU über das Förderprogramm ‚Horizon 2020‘ mitgetragen wird, sollen Maßnahmen zur Qualifizierung von Services umgesetzt werden, die 5G-Netzwerke flexibel programmierbar und damit besser skalierbar machen“, erklärt Dr. Patrick Benjamin Bök, Leiter des Bereichs Global Digitalization bei Weidmüller sowie Leiter dieses  Projekts bei Weidmüller.

Für das Unternehmen, das sich immer mehr auf Digitalisierungs- und Automatisierungslösungen spezialisiert, ergeben sich bei „5GTANGO“ Synergien als Anwender in der eigenen Fertigung und als Anbieter von Lösungen für die Digitalisierung. Mit dem Piloten „Smart Manufacturing“ ermöglicht Weidmüller ein industrielles Anwendungsszenario. In einer Produk­tionshalle in Detmold wird dazu ein IIoT-Testbed genutzt. „Wir stellen aber nicht nur die Infrastruktur bereit, sondern definieren auch Anforderungen aus industrieller Sicht und unterstützen die forschenden Partner, wie die Universität Paderborn, beim Validieren und Verifizieren der entwickelten Services“, verdeutlicht Dr. P. B. Bök. Ein weiterer wichtiger Aspekt sei die Unterstützung bei der Verbreitung und der Berichterstattung gemeinsam mit den Projektpartnern der EU-Kommission.

Die Rolle der IKT-Anbieter

Wie bereits erwähnt, haben sich neben Vertretern der klassischen Automatisierungs- und Fertigungsindustrie in der 5G-ACIA-Initiative auch Unternehmen aus dem Bereich der IKT-Industrie zusammengeschlossen. So auch Ericsson, das den stellvertretenden Vorsitz innerhalb des Konsortiums und der Leitung der Arbeitsgruppe Technologie und Architektur innehat. „Als eines der weltweit führenden IKT-Unternehmen ist es uns besonders wichtig, eine führende Rolle bei der 5G-ACIA einzunehmen“, erläutert Afif Osseiran, stellvertretender Vorsitzender der 5G-ACIA und Principal Researcher bei Ericsson.

In seiner Studie „The 5G Business Potential“ beziffert Ericsson das zusätzliche Umsatzpotenzial für die IKT-Branche durch den Einsatz von 5G im Fertigungsumfeld entsteht, auf 11,5 Mrd. € allein im Jahr 2026 in Deutschland. Damit wird die Fertigung als eines der umsatzpoten­zialreichsten 5G-Einsatzgebiete außerhalb des klassischen Mobilfunk-Geschäfts gesehen. Rund 50 % dieses Umsatzpotenzials werden im Einsatzfeld „Industrielle Steuerung und Automatisierung“ erwartet (5,9 Mrd. €).

Sein Unternehmen treibt aktuell die Forschung im Bereich Industrie 4.0 in diversen Projekten voran. So zum Beispiel am Eurolab in Aachen, dem Forschungs- und Entwicklungsstandort in Deutschland. Hier laufen derzeit Forschungsprojekte, wie 5Gang (5G angewandt in der Industrie) oder KOI (Koordinierte Industriekommunikation). „Insbesondere im Eurolab arbeiten wir an ganz konkreten Einsatzfeldern von 5G im Industrie-4.0-Umfeld“, erklärt Olaf Reus, Leiter der Fokusgruppe 5G des Digitalgipfels und Mitglied der Geschäftsleitung der Ericsson GmbH.

„Um die Bedürfnisse von Indus­triepartnern wie Bosch, Sick oder Schildknecht genau zu verstehen, setzen wir auf industrieübergreifende Kooperationen. Unter anderem leitet Ericsson beispielsweise das Forschungsprojekt ,5G angewandt in der Industrie‘ (5Gang).“

Im Rahmen von 5Gang arbeitet Ericsson mit seinen Partnern unter anderem an industrieller Sensor­überwachung: Der Schwerpunkt befasst sich mit der automatischen Zustandserfassung und Steuerung einer vernetzten Fabrik. Hierbei wird eine große Menge an Sensoren, wie Kameras oder Mikrofone, eingesetzt, um die Produktionsanlagen zu überwachen. So soll es anhand der erhobenen Daten und deren Auswertung möglich sein, Ano­malien in den Messwerten der Maschinen und Anlagen zu erkennen und sie zu ­warten beziehungsweise zu reparieren, bevor sie eine Fehlfunktion aufweisen.

Im Bereich der flexiblen Produk­tion wird versucht, die verschiedenen Akteure der Wertschöpfungskette so eng miteinander zu ver-netzen, dass eine Abstimmung der Produktionsprozesse nahezu in Echtzeit möglich wird – vom Zulieferer über den Logistiker bis hin zum Endkunden. Wichtig ist hierbei, dass die Daten der einzelnen Akteure auf einer neutralen Plattform ausgetauscht werden und es so nicht zu Wettbewerbsverzerrung durch den Missbrauch von relevanten Informationen kommen soll.

Bei dem vor Kurzem abgeschlossenen Projekt KOI wurde das Zusammenspiel von Produktionsrobotern, die aufgrund eines Aktionsradius von 360 Grad möglichst ­kabellos angebunden sein sollen, getestet. Ericsson und Projektpartner wie Weiss Robotics, das Fraunhofer Heinrich Hertz Institut und verschiedene universitäre Institu­tionen erreichten hierbei eine Reaktionszeit von ca. 5 ms. Die Forschungsergebnisse fließen nun in die Standardisierungsaktivitäten rund um die neue Netztechnik ein.

Getestet werden die neuen Technologien häufig in der Referenz­fabrik Industrie 4.0, einer Demonstrationsfabrik auf dem Campus der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH). Hier werden technische Innovationen von der Fertigung bis hin zur Montage getestet. Eng verbunden ist die Referenzfabrik Industrie 4.0 mit dem Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR). FIR ist eine gemeinnützige, branchenübergreifende Forschungs- und Ausbildungseinrichtung an der RWTH Aachen auf dem Gebiet der Betriebsorganisation und Unternehmens-IT. Ericsson unterstützt die Referenzfabrik Industrie 4.0 mit Konnektivitäts-Lösungen und ermöglicht die Anbindung an das 5G-Testnetz des Eurolabs in Aachen.

Fazit

Die genannten Firmen und Beispiele geben nur einen kleinen Einblick in die Vielzahl an aktuellen 5G-Forschungsprojekten. Und auch wenn die Stimmen der Mitstreiter positiv sind, so gibt es doch auch eine Vielzahl an Unternehmen, die es sich nicht vorstellen kann, das die Industrieanforderungen an Latenzzeiten tatsächlich erreicht werden. Die Zukunft wird also zeigen, wie groß die Macht der Industrieplayer im Vergleich zum Massenmarkt der Comsumer ist.

Hinweis auf Podiumsdiskussion "5G – Chancen und Herausforderungen für die Industrie"

Der neue Netzwerkstandard 5G verspricht eine Kommunikation mit einer hohen Zuverlässigkeit von mehr als 99,999 % und niedrigen Latenzzeiten von 1?ms. Immer öfter wird 5G somit auch mit der echtzeitfähigen industriellen Kommunikation in Verbindung gebracht. Am 13. Juni 2018 findet von 14.00 Uhr bis 14.45 Uhr eine Podiumsdiskussion unter Moderation der openautomation-Redaktion statt. Zu den Teilnehmern der Diskussion ­ge- hören Dr. Ulrich Dropmann von Nokia, Benedikt Rauscher von Pepperl+Fuchs, Dr. Lukasz Wisiewski von der Hochschule OWL, Dr. Andreas Müller von Bosch und Herbert Schüttler von der Deutschen Telekom. Die Expertenrunde trifft sich im Rahmen des Forums „Automation im Dialog“ auf der Fachmesse Achema in Frankfurt/M., welches von der ARC, der Namur und dem ZVEI organisiert wird. Das Forum befindet sich in Halle 11.0, Stand F59.

www.5G-acia.org

www.bosch.com

www.ericsson.com

www.rolandberger.de

www.weidmueller.de

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Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 15.07.2018