Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die Bedeutung der Digitalisierung auf der Fertigungsfläche
- Wie 5G die Nutzung einer digital transformierten Einrichtung ermöglicht und unterstützt
- Wie die Digitalisierung der Fabrik und 5G die Akteure in der Fabrik in die Lage versetzt, Industrie 4.0 umzusetzen
Die Einführung von Geschäftsmodellen im Rahmen von Industrie 4.0 beginnt mit der Umsetzung einer Strategie für die digitale Transformation in den Betrieben. Um KPIs erfolgreich zu messen und die für die Automatisierung industrieller Arbeitsabläufe erforderlichen Daten zu erfassen und zu aggregieren, müssen Fabrikbesitzer zunächst Technologien der Digitalisierung integrieren. Nach Abschluss der Digitalisierung ist der Einsatz einer zuverlässigen Kommunikationsnetzlösung wie 5G der nächste Schritt zur Unterstützung des Datenaustauschs.
Die digitale Transformation und die Fertigungsindustrie
Hersteller und Anlagenbetreiber, die wettbewerbsfähig bleiben wollen, haben sich die Digitalisierung der Fabrik zu eigen gemacht. Heute haben etwa 91 % der Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes eine Digitalisierungsstrategie eingeleitet und Budgets für deren Umsetzung erstellt. Statistiken über die Akzeptanz in der verarbeitenden Industrie zeigen, dass der durchschnittliche C-Level-Manager in dieser Branche die Bedeutung der Leistungsmessung und der Gewinnung von Erkenntnissen aus Daten erkennt.
Digitale Transformation stellt sicher, dass Daten aus verschiedenen Aspekten der Betriebsabläufe einer Fabrik erfasst, genau gespeichert und genutzt werden können. Die Aktualisierung von Hauptbüchern oder umfangreichen Verkaufsdaten in digitaler Form liefert zum Beispiel die Daten, die für die Durchführung von Bedarfsprognosen mit Hilfe von Prognosesoftware erforderlich sind. Die aus den Bedarfsprognosen gewonnenen Erkenntnisse dienen wiederum als Grundlage für die Bestimmung der Anzahl der zu beschaffenden Ressourcen und deren Zuteilung für künftige Produktionszyklen.
Die Bedarfsprognose ist nur ein Beispiel dafür, wie wichtig die Digitalisierung von Fertigungsprozessen ist. Die von den Produktionsanlagen und -prozessen erfassten Daten bieten einen wertvollen Einblick in die Anlagen- und Produktionsleistung. Auf diese Weise kann der Hersteller mangelhafte Produktionsleistungen messen und sie mit Benchmark-Leistungen vergleichen, um Defizite zu ermitteln. Die Herausforderungen, die sich aus der vergleichenden Analyse ergeben, können anschließend dauerhaft angegangen werden, um sicherzustellen, dass die Mehrzahl der Produktionszyklen optimiert wird. Das Vergleichsbeispiel wird auch im Rahmen von Industrie 4.0 als datengesteuertes Geschäftsmodell zur Optimierung der Anlagenleistung kodifiziert.
Größere Projekte zur digitalen Transformation umfassen den Einsatz von IoT- und Edge-Computing-Geräten zur Erfassung von Betriebsdaten. Die aus IoT-Implementierungen gewonnenen Daten bilden die Grundlage für die Entwicklung digitaler Zwillinge, Simulationsmodelle und die Umsetzung anderer Geschäftsmodelle der Industrie 4.0 wie z. B. Zustandsüberwachung und Fernüberwachungsstrategien. Für die Fernüberwachung und andere Zwecke ist jedoch ein Datenaustausch zwischen diesen Lösungen für die digitale Transformation und der Fabrikhalle erforderlich - hier kommt das 5G-Netz ins Spiel.
5G und die digitalisierte Fabrik
Bis 2025 werden IoT-Geräte im Wert von ca. 575,36 Mrd. US-Dollar in der weltweiten Fertigungsindustrie im Einsatz sein. Die Industrie ist bestrebt, ihre Betriebsprozesse zu automatisieren und die Sicherheit in Fertigungsumgebungen zu gewährleisten. Die erfolgreiche Übertragung der von IoT-Geräten erzeugten Daten sowie der Daten von datenproduzierenden Geräten an zentrale Speicher- oder Analyseplattformen erfordert eine zuverlässige Konnektivität.
Kabelgebundene Netzwerke bieten nicht den Umfang, um Hunderte von Datenquellen zu unterstützen, und 4G-Netzwerke sind durch ihre Zuverlässigkeit begrenzt. Die Herausforderung der Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, vor der die Fertigungsindustrie in Bezug auf die Vernetzung steht, ist der Grund für 5G. Die Umsetzung einer Digitalisierungsstrategie für die Fabrik hängt also nicht von 5G ab. Ein Kommunikationsnetz mit geringer Latenz und Zuverlässigkeit erhöht jedoch die Erfolgsquote der umgesetzten Strategien.
Durch den modularen Ansatz bei der Implementierung von 5G haben Hersteller die Möglichkeit, ihre Netzwerkkapazität mit jeder neuen IoT- oder Edge-Framework-Implementierung zu erhöhen. Wenn beispielsweise ein neues fahrerloses Transportsystem mit fünfzig unterstützenden IoT-Geräten zu einer Anlage hinzugefügt wird, genügt die Installation einer zusätzlichen 5G-Box, um diese neuen Geräte zu versorgen. Die Kosten für die Skalierung der 5G-Kapazität sind relativ gering, wenn man sie mit den Gesamtkosten für den Aufbau von kabelgebundenen Netzen für das neue automatisierte Materialflusssystem vergleicht.
Die Kosten für die Nutzung von 5G sind im Vergleich zu anderen drahtlosen Netzwerklösungen, einschließlich der vorherigen Iteration - 4G-Netzwerke - ebenfalls niedriger. Durch die Nutzung von 5G können Hersteller große Datenpakete wie 4k-Videos in Echtzeit an entfernte Einrichtungen übertragen. In diesem Szenario unterstützt 5G die digitale Infrastruktur im Gebäude, um eine zuverlässige Echtzeitkommunikation zu ermöglichen.
Befähigung der Betriebsinhaber durch zuverlässige Kommunikation
Obwohl von den Herstellern erwartet wird, dass sie individuelle Anwendungsfälle für die 5G-Implementierung festlegen, sind viele der Meinung, dass die Unterstützung der Edge-Computing-Ressourcen in der Fertigung die wichtigste Anwendung sein wird. Mit Hilfe von Edge-Hardware soll die Fabrikhalle mit dezentralen Rechenressourcen und Echtzeit-Entscheidungen ausgestattet werden. Die eingesetzte Edge-Hardware interagiert ebenfalls innerhalb des Netzwerkrahmens, und 5G ermöglicht die Übertragung und den Empfang von Daten über den Edge. Somit stellt eine 5G-Edge-Plattform die Ressourcen für die Entwicklung benutzerdefinierter Anwendungen zur Verbesserung der Betriebsleistung in der Fabrikhalle bereit.
5G-Netze werden die Implementierung fortschrittlicher Serviceleistungen unterstützen, da die Hersteller ihre Möglichkeiten zur Umsatzgenerierung erweitern. Durch die Nutzung von 5G können Hersteller effektive Zustandsüberwachungsfunktionen einsetzen, um schnell auf Probleme mit gewarteten Geräten zu reagieren und diese zu beheben. Auf diese Weise kann ein optimales Produkt-Service-System entwickelt werden, das optimierte Dienstleistungen gemäß den in den vertraglichen Vereinbarungen festgelegten Bedingungen bietet.
Weitere mögliche Anwendungen sind die Unterstützung der Maschine-zu-Maschine- und Gerät-zu-Maschine-Kommunikation. Wenn beispielsweise ein tragbares Gerät zur Überwachung automatisierter Systeme eingesetzt wird, bietet 5G die Möglichkeit, Systemdaten in Echtzeit zu übertragen, so dass das Supportpersonal sicherheitsrelevante Entscheidungen in Echtzeit treffen kann.
Schlussfolgerung
Die oben genannten Beispiele zeigen, dass ein zuverlässiges drahtloses Netzwerk, das groß angelegte IoT- und Edge-Implementierungen unterstützt, eine hilfreiche Ergänzung für die digitale Transformation in der Fertigungsindustrie darstellt. Es liegt jedoch auf der Hand, dass die Verfolgung einer 5G-Implementierungsstrategie ohne die vorherige Bereitstellung der damit verbundenen digitalen Ressourcen in den Betrieben zu kurz gedacht ist.
