Die vierte industrielle Revolution? So läuft 5G im Realbetrieb
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Wissen
12:25 17.03.2020
Von Valentin Raskatov
Die 5G-Technologie wird Industrieprozesse
beschleunigen und die Kosten durch eine Überwachung im Millisekundentakt
senken. Das zeigen erste Versuche in realen Fertigungsumgebungen im
Rahmen des Projekts „5G-SMART“.
Unter 5G stellen sich viele Leute schnelleres
Internet für alle vor. Falsch gedacht: Das schnelle Internet kommt
vielleicht, aber sicher nicht als erstes, denn das größte Interesse an
5G besteht in der Industrie, wo sich Unternehmen effizientere Prozesse
und eine gesteigerte und präzisere Produktion von 5G erhoffen.
Wie 5G sich in der Fertigung bewährt, wird
gegenwärtig im Rahmen des europäischen Projekts „5G-SMART“ im
Realbetrieb erprobt. Koordiniert wird das Projekt vom schwedischen
Telekommunikationsausrüster Ericsson. Insgesamt gibt es drei
Versuchsstätten. In einer von ihnen beleuchtet die schwedische Firma ABB
das Thema Robotik und 5G. In einer weiteren beschäftigt sich Bosch mit
der Fertigung von Halbleitern sowie der Automatisierung mittels
autonomer Roboter. Und in Aachen konzentriert sich das
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT auf die Überwachung
von Zerspanungsprozessen mittels kabelloser 5G-Sensorik.
Mit Sensoren den Verschleiß von Maschinen
überwachen
„Wir entwickeln verschiedenste Sensorlösungen
für das Monitoring von Zerspanungsprozessen, um die Prozesse besser
kontrollieren und dokumentieren zu können“, erklärt Niels König,
Abteilungsleiter Produktionsmesstechnik am Fraunhofer IPT, im
Sputnik-Interview. Bei Zerspanungsprozessen wie Fräsen und Bohren
entsteht unter anderem ein charakteristisches, akustisches Spektrum.
Hier setzt das Fraunhofer IPT mit Körperschallsensorik an. Konkret
handle es sich um „hochaufgelöste und hochfrequente
Beschleunigungsaufnahmen“, erklärt König. Da durch die 5G-Technologie
extrem dichte Aufnahmeabfolgen möglich sind, können kleinste
Veränderungen in diesen Aufnahmen erkannt werden, und diese
Veränderungen lassen Rückschlüsse auf Probleme im Prozess, im Fall der
Zerspanung – auf einen fortgeschrittenen Verschleiß des Zerspanwerkzeugs
– zu. „Der Verschleißzustand ist charakteristisch, drückt sich im
Körperschall aus und kann von den Sensoren detektiert werden“, so König.
Diese Untersuchungen haben einen
unmittelbaren Nutzen für die Fertigungsprozesse: Verschlissene Werkzeuge
vermindern die Qualität der gefertigten Teile und liefern im Extremfall
unbrauchbare Produkte. Da aber jedes neue Werkzeug mit Kosten verbunden
ist, sollte der Austausch nur dann erfolgen, wenn er wirklich notwendig
ist. Durch ultraschnelle Körperschallsensoren lässt sich genau das
erreichen: den Punkt ermitteln, an dem der Verschleißzustand einen
Austausch notwendig macht und im Fall eines Werkzeugbruchs oder einer
Kollision mit der für 5G charakteristischen kurzen Latenzzeit die
Maschine automatisch abzuschalten. Damit liefert 5G einen unmittelbaren
wirtschaftlichen Vorteil.
Alle Parameter auf einen Blick mit der
Multisensorplattform
Eine weitere vom Fraunhofer IPT untersuchte
Anwendung ist die Multisensorplattform. König erklärt diese in Analogie
zum Smartphone. In jedem Gerät dieser Art seien verschiedene Sensoren
wie Mikrophon, Beschleunigungssensor, Gyroskop oder Temperatursensor
verbaut.
„So etwas wollen wir auch für die Produktion
entwickeln, also eine Plattform mit vielen verschiedenen Sensoren,
sodass diese Plattform als universelles Layout für verschiedenste
Anwendungen in der Produktion eingesetzt, kabellos betrieben und sehr
einfach nachgerüstet werden kann“, erläutert er.
Diese Multisensorplattformen könnten direkt
an Bauteilen befestigt werden und bei den verschiedenen
Produktionsschritten Informationen sammeln und an die Edge-Cloud senden.
Ebenfalls würden sie sich eignen, um unterschiedlichste Parameter von
Werkzeugmaschinen zu überwachen, etwa: Geräuschemissionen,
Luftfeuchtigkeit oder Temperatur. Zudem können zukünftig durch solche
Plattformen jederzeit Gegenstände in der Fertigungshalle mit einer
Genauigkeit von einem Meter geortet werden.
Die Messaufnehmer selbst entwickelt das
Fraunhofer IPT nicht. „Es geht um die Datenerfassung und
Auswerteelektronik, die wir speziell entwickeln, um die Daten
vorzubearbeiten und direkt in Datenpakete zu packen, damit man sie über
bestimmte Kommunikationsprotokolle über 5G absetzen kann“, erklärt
König. Es geht also um die Organisation des Flusses der von den Sensoren
erhobenen Daten im 5G-Netz.
Eine eingängige Demonstration am Bohrprozess:
„Wir haben bereits die erste Version für den
Körperschallsensor entwickelt und im September 2019 demonstriert. Dafür
haben wir vom Sensorhersteller Marposs, der ebenfalls Projektpartner in
5G-SMART ist, einen Körperschallaufnehmer bekommen und uns mit der
eigentlichen Signalverarbeitung und -aufbereitung befasst“, so König.
Die Zustandsdaten, die Aufschluss geben, ob der Bohrer verschlissen ist
und die Schneidkanten stumpf geworden sind, werden über 5G übertragen,
und ein Rechner leitet die nötige Aktion wie z.B. den Abbruch des
Bearbeitungsprozesses aus diesen Daten ab. „Es ist eine sehr einfache
Demonstration, um zu zeigen, dass man über das Prozessmonitoring am Ende
Aktionen ableitet, die in die Produktion zurückfließen“, bemerkt König.
5G kann in der Industrie Kosten senken
Und wie wirkt sich das auf die
Produktionskosten aus? „Was die Überwachung des Werkzeugverschleißes
angeht, rechnen wir, dass man mit einer sehr engmaschigen
Verschleißüberwachung circa 17 Prozent längere Werkzeugstandzeiten
beziehungsweise die entsprechende Kosteneinsparung erreichen kann, weil
man den Verschleißzustand des Werkzeugs einfach besser kennt“, so König.
„5G verspricht ähnliche wirtschaftliche Vorteile in vielen
Produktionsschritten. Diese müssen jeweils separat beziffert werden.
Hierzu entwickeln wir in 5G-SMART spezifische Kostenrechnungsmodelle.“
Dies ist für König ein wesentlicher Baustein zur wirtschaftlichen
Einführung von 5G in die Produktion und ein weiterer Beitrag zur
Industrie 4.0.
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https://de.sputniknews.com/wissen/20200317326617190-5g-projekt-deutschland/
Die 4.0 Industrie stellt sehr,sehr hohe Anforderungen an zeitkritische Prozesse, Fehlerfreiheit und Redundanz.
Hierbei ist die Latenzzeit ein schwerer Störfaktor.
Noch haben wir keine 25 GHz Frequenzen für Datenübertragungs-raten von 1
Gbitps.
Sie benötigen mindestens 2 "unabhängige" Funkkanäle.
desweiteren diverse Randbedingungen