5G in der Anwendung So funktioniert 5G standortübergreifend

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Live-Maschinen- und Sensordaten erlauben die industrielle Kommunikation, ganz ohne Verzögerung. In den Anwenderzentren gehen fünf Fraunhofer-Institute der Frage nach, welche Möglichkeiten 5G für die Kommunikation zwischen Maschinen an unterschiedlichen Standorten bietet.

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Mobilfunk: Mit dem 5G-Industry-Campus-Europe entstand im vergangenen Jahr die größte europäische 5G-Infrastruktur auf dem RWTH Aachen Campus Melaten.
Mobilfunk: Mit dem 5G-Industry-Campus-Europe entstand im vergangenen Jahr die größte europäische 5G-Infrastruktur auf dem RWTH Aachen Campus Melaten.
(Bild: Fraunhofer IPT / Luftbild Andreas Steindl)

Was bietet 5G im industriellen Einsatz? Dieser Frage gehen fünf verschiedene Fraunhofer-Institute nach. Denn die drahtlose Echtzeitkommunikation zwischen Maschinen und Geräten sind in der Lage, auf die Millisekunde abgestimmt die Prozessschritten ineinander greifen.

Der größte Mehrwert von 5G liegt in der drahtlosen Übertragung mit hoher Verfügbarkeit bei gleichzeitig geringer Latenz. Unternehmen haben die Möglichkeit, mit einem sogenannten 5G-Campusnetz die neue Technologie in der eigenen Produktion aufzubauen, bei Bedarf ohne eine Schnittstelle ans öffentliche Netz.

Die beteiligten Fraunhofer-Institute betreiben bereits 5G-Reallabore und Testzentren in den Digitalisierungsfeldern Automation, Produkte / Devices, Stadt, Mobilität und Produktion. Erstmalig verknüpfen die Forschungspartner sich nun standortübergreifend. Neben der Fernwartung von Produktionsmaschinen könnten weitere Szenarien die Automatisierung aus der Cloud oder der Einsatz aktueller Technik wie Millimeterwellen in der industriellen Anwendung sein.

5G in der Industrie: Vom Testgebiet zur Umsetzung

„Unser gemeinsamer Untersuchungsgegenstand ist es, die Performance und Zuverlässigkeit von 5G im industriellen Einsatz über mehrere Standorte in ganz Deutschland zu erproben. Diese Frage ist für Betriebe, die sich für den Einsatz von 5G interessieren, hochrelevant. Schließlich sollte eine entsprechende Investition sorgfältig geprüft werden“, sagt Dr. Christoph Jürgenhake, Gesamtprojektleiter und Gruppenleiter am Fraunhofer IEM.

5G gilt als Voraussetzung, um das Internet der Dinge im industriellen Umfeld flächendeckend zu ermöglichen. Dabei ist der neue Mobilfunkstandard insbesondere für großflächige, unternehmensweite oder unternehmensübergreifende Anwendungen interessant und bietet hier viele Potentiale für eine einheitliche Netzabdeckung mit großen Reichweiten und neuen Geschäftsmodellen.

In der „SmartFactoryOWL“ in Lemgo werden unter anderem Closed-Loop-Control-Anwendungen über 5G realisiert und erprobt.
In der „SmartFactoryOWL“ in Lemgo werden unter anderem Closed-Loop-Control-Anwendungen über 5G realisiert und erprobt.
(Bild: Fraunhofer IOSB-INA)

Trotz zahlreicher Forschungsinitiativen in Deutschland, fehlt es bisher noch an einer flächendeckenden Umsetzung. Ursache ist etwa die geringe Verfügbarkeit von industriellen 5G-Produkten, da viele Hersteller in erster Linie den Konsumermarkt adressieren.

Die Fraunhofer-5G-Anwenderzentren wollen Unternehmen dabei unterstützen, den neuen Mobilfunkstandard künftig zielgerichtet entlang ihrer Wertschöpfungskette einzusetzen.

5G-Fraunhofer-Anwenderzentren: Die Partner

  • Fraunhofer IEM in Paderborn: Das Fraunhofer IEM forscht an der ganzheitlichen Entwicklung von intelligenten Produkten, Produktionssystemen, Dienstleistungen und Softwareanwendungen. Im 5G-Anwenderzentrum fokussiert das Fraunhofer IEM den Schwerpunkt 5G-Produkte bzw. Devices und die Kooperation mit der BMI-geförderten Smart-City-Paderborn sowie den Spitzencluster „it’s OWL“.
  • Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo: Das Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo unterstützt Unternehmen entlang der Befähigungskette Informieren-Demonstrieren-Qualifizieren-Umsetzen auf dem Weg zu 5G-basierten Produkten und Services in Fabriken und Städten. Anhand von praxisrelevanten 5G-Anwendungsfällen in den IoT-Reallaboren SmartFactoryOWL und Lemgo Digital bietet es Informations- und Demonstrations- und auch Weiterbildungsangebote für Unternehmen und Kommunen. Auch die Konzeption und Pilotierung von 5G-Anwendungen sowie die Entwicklung und Qualifizierung von 5G-basierten Produkten oder Services unterstützt das Fraunhofer IOSB-INA.
  • Fraunhofer IPA in Stuttgart: Koordiniert vom Fraunhofer IPA bietet das „Transferzentrum 5G4KMU – 5G für kleine und mittelständische Unternehmen“ ein breites Leistungsangebot von der Konzeption bis hin zur Umsetzung und Erprobung von 5G-Anwendungen für die Automatisierung und Produktion. An fünf Standorten in Baden-Württemberg wurden Testumgebungen mit 5G-Standalone-Netzen aufgebaut. Im 5G-Anwenderzentrum liegt der Schwerpunkt auf der Fabrikvernetzung mit 5G, um beispielsweise drahtlos und flexibel prozessnahe Echtzeitdatenanalysen und zeitkritische Anwendungen in der Produktion zu ermöglichen.
  • Fraunhofer IPT in Aachen: Das Fraunhofer IPT in Aachen hat mit dem 5G-Industry Campus Europe im Jahr 2020 die größte europäische 5G-Infrastruktur auf dem RWTH Aachen Campus Melaten geschaffen. Auf einer Fläche von knapp einem Quadratkilometer erproben Partner aus Industrie und Forschung verschiedenste Anwendungsszenarien – von 5G Sensorik für die Überwachung und Steuerung hochkomplexer Fertigungsprozesse über mobile Robotik und Logistik bis hin zu standortübergreifenden Produktionsketten. Ein weiteres Ziel ist es, den Einsatz moderner Edge-Cloud-Systeme zur schnellen Datenverarbeitung zu testen, um weitere Potenziale von 5G für eine vollständig vernetzte und adaptive Produktion auszuschöpfen. Mit dem 5G-Audit bietet das Fraunhofer IPT Unternehmen zudem die Möglichkeit, eigene Potenziale für den industriellen Einsatz der neuen Mobilfunktechnologie zu erkunden und herauszufinden, welche positiven Effekte 5G auf bestehende Prozessabläufe ausüben kann.
  • Fraunhofer HHI in Berlin: Das Fraunhofer HHI in Berlin ist weltweit führend in der Entwicklung mobiler und optischer Kommunikationsnetze und -systeme. Bei der mobilen Breitbandsysteme und 5G konzentriert das HHI seine Entwicklungsaktivitäten auf Signalverarbeitung, Funkverbindung und Systemoptimierung. Zur Expertise gehören Machine Learning and Artificial Intelligence for Wireless Networks, Open RAN, 5G Campus Networks, Millimeter-Wellen, Industrial Wireless, Channel Sounding, Channel Modeling und High-Performance-Computing (HPC). Mit einem eigenen offenen 5G-Testfeld, das mit dem gemeinnützigen Verein „5G BERLIN“ auf dem Nordcampus der TU Berlin betrieben wird, erfolgt die Erprobung der neuesten Drahtlos-Technologien unter realen Bedingungen.

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