Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die Herausforderungen mit den verfügbaren Netzwerkoptionen
- Warum drahtlose Netzwerke die Zukunft der Industriebetriebe sind
- Die Rolle eines 5G-Netzwerks in der Fabrik der Zukunft
Es wird erwartet, dass die Zukunft industrieller Prozesse oder Abläufe durch die Interkonnektivität und Interoperabilität definiert wird, die die Industrie 4.0 innerhalb der Fabrikhalle bietet. Um die vernetzte Zukunft zu ermöglichen, müssen die Fabrikanlagen, einschließlich der Altanlagen, Edge-Geräte und IoT-Hardware, in der Lage sein, sich mit cyber-physikalischen Netzwerken zu verbinden. Der Bedarf an Interkonnektivität bedeutet auch umfangreiche Upgrades der drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerktechnologie, die sowohl in Alt- als auch in Neuanlagen eingesetzt wird.
Die Herausforderungen bei der Netzwerkkonnektivität in Industrieanlagen verstehen
Statistiken zeigen, dass die durchschnittliche Fabrik aus einer Kombination von Gründen immer noch auf veraltete Anlagen und Prozesse im Fertigungsbereich zurückgreift. Zu diesen Gründen gehören die Kosten für die Aufrüstung der verfügbaren Anlagen und der Glaube an das Mantra „wenn es nicht kaputt ist, repariere es nicht“. Die Tatsache, dass Altgeräte immer noch gut laufen, ändert nichts an dem Umstand, dass sie nicht auf der gleichen Wellenlänge wie moderne Kommunikations- und Netzwerktechnologie liegen. In den meisten Fällen werden kabelgebundene Verbindungen verwendet, um etwas aus diesen Anlagen herauszuholen oder sie mit bestehenden Netzwerken zu verbinden.
Altanlagen sind nicht die einzigen Geräte in den Fabrikhallen, die Probleme mit der Konnektivität haben. Eine Vielzahl von vor einem Jahrzehnt hergestellten Maschinen, die nicht in die Kategorie der Altgeräte fallen, sind mit verdrahteten Busanschlüssen und ohne drahtlose Verbindungsmöglichkeiten ausgestattet. Die Beliebtheit von drahtgebundenen Konnektivitätsfunktionen bei vorhandenen Geräten lässt sich auf den Bedarf an zuverlässiger Netzwerkkonnektivität bei der Datenübertragung in der Fabrikhalle zurückführen; es ist auch der Fall, dass Störungen nicht toleriert werden können, wenn es um die Kommunikation mit zentralisierten Datenspeicher- oder Verarbeitungsplattformen geht.
Die Notwendigkeit, die Zuverlässigkeit von Netzwerken zu gewährleisten, ist auch ein Grundpfeiler der industriellen Automatisierung. Verfügbare drahtlose Netze wie 3G- und 4G-Netze wurden vorwiegend für die Mobil- und Computerkommunikation konzipiert. Der Fokus auf Mobilität bedeutete, dass drahtlose Netzwerke nicht die zuverlässigen Datenübertragungen mit niedriger Latenz und hoher Bandbreite liefern konnten, die für die Automatisierung und Interoperabilität in Industrie 4.0-Fabriken erforderlich sind. Die Einschränkungen der verfügbaren drahtlosen Netzwerke bedeuten, dass man sich noch immer auf drahtgebundene Verbindungen verließ, um die Vorteile der Industrie 4.0 zu nutzen ... bis zur Ankunft von 5G.
Drahtlose Netzwerke und die Zukunft der Industrie 4.0
Es wird erwartet, dass die Einführung von 5G viele der Herausforderungen lösen wird, auf die man trifft, wenn man auf drahtlose Netzwerke zurückgreift, um industrielle Prozesse oder Vorgänge auszuführen. Zuallererst ist es wichtig zu beachten, dass der 5G-Rahmen für drahtlose Netzwerke im Gegensatz zu anderen drahtlosen Iterationen vor 5G für Industrieanlagen ausgelegt ist. Die Konzentration auf Industriebetriebe bedeutet, dass das drahtlose Netzwerk die geringe Latenz, hohe Bandbreite und optimale Zuverlässigkeit bietet, die Industrie 4.0-Geschäftsmodelle und -Anwendungen für den Erfolg benötigen.
Die fortgeschrittene Zuverlässigkeit von 5G bedeutet, dass drahtlose Netzwerke endlich drahtgebundene Netzwerke in industriellen Umgebungen ersetzen und die Zukunft von Industrie 4.0 vorantreiben können. Um zu verstehen, warum dies möglich ist, werden im Folgenden einige wichtige Vergleiche zwischen 5G-Netzen, 4G-Netzen und drahtgebundenen Netzoptionen erörtert.
5G-Netze sind intelligenter, viel schneller und effizienter oder zuverlässiger als 4G-Netze. Es wird erwartet, dass 5G Übertragungen von etwa 10 Gigabit pro Sekunde liefern wird, verglichen mit den Übertragungen von 1,45 Gigabit pro Sekunde, die 4G derzeit anbietet. (Es besteht jedoch eine Diskrepanz zwischen der gegenwärtig erreichten Leistung und den theoretischen Vorteilen von 5G, die die Nutzer in naher Zukunft genießen werden.) In Bezug auf die Latenzzeit liefert 4G tatsächlich eine geringe Latenzzeit zwischen 40 bis 50 Millisekunden Verzögerung bei Datenübertragungen, während 5G-Latenzmessungen praktisch Null ergeben.
Die Unterstützung durch drahtlose Netzwerke für die Interkonnektivität von Geräten ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der beim Vergleich von drahtlosen 5G- mit drahtlosen 4G-Netzwerkanwendungen zu berücksichtigen ist. Während 4G-Netze etwa 100.000 Geräte innerhalb einer Quadratmeile unterstützen können, unterstützt 5G mehr als eine Million Geräte. Um die Auswirkungen der Geräteunterstützung zu verstehen, die ein Netzwerk bietet, denken Sie an einen beliebigen Zeitpunkt zurück, an dem Sie sich an einem überfüllten Ort befunden haben, nur um festzustellen, dass Ihre Fähigkeit, das Internet auf Ihrem mobilen Gerät zu nutzen, nicht optimal ist. Mit 5G wird die Konnektivitätsautobahn ausgebaut und bietet Unterstützung für die Milliarden von IoT-Netzen die in Zukunft branchenübergreifend eingesetzt werden sollen.
Die Infrastruktur, die sowohl 4G- als auch 5G-Netze versorgt, spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Konnektivitätsdurchsatzes, den beide drahtlosen Netzwerkoptionen bieten. 4G-Netze stützen sich auf Basismasten, die die Netzkommunikation unterstützen. Je weiter ein Gerät von einem Mast entfernt ist, desto schwieriger wird der Zugang zu 4G-Netzen. Auf der anderen Seite sind 5G-Netze auf Zellstandorte angewiesen, um ihre Reichweite zu vergrößern. Diese Zellen sind kleine Kästchen, die leicht an hohen Wänden, Lichtmasten und Türmen installiert werden können. Mit der verstärkten Installation von 5G-Zellen geht daher ein verbesserter Zugang zu Geräten und mehr Netzwerkkapazität einher. 5G-Netze werden auch in der Lage sein in den entlegensten Gebieten funktionieren. Dies liegt an der Einfachheit der Infrastruktur und der Erschwinglichkeit im Vergleich zu den Kosten für die Errichtung eines 4G-Mastens an einem abgelegenen Standort.
Drahtgebundene Netzwerke wie moderne Ethernet-Netzwerke bieten eine geringe Latenzzeit (ca. 10 ms), was sie zu einem Favoriten in Industrieanlagen macht. Obwohl diese Latenzzeit geringer ist als die von 4G, verblasst sie im Vergleich zu drahtlosen 5G-Netzwerken immer noch. Andere Herausforderungen wirken sich auch auf den Einsatz verkabelter Netzwerke aus, wie z. B. Einschränkungen in Bezug auf die Einsatzdistanz, die Reichweite und die Kosten für die Verkabelung einer Fabrik mit umfangreicher Bodenkapazität. Fabriken, die auf drahtgebundene Netzwerke angewiesen sind, sind in der Regel für ein permanentes Layout ausgelegt, da die Logistik für die Neugestaltung des Fertigungsbereichs oder das Hinzufügen neuer Geräte zu bestehenden drahtgebundenen Netzwerken mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Im Gegensatz zu drahtgebundenen Netzwerkoptionen sind drahtlose Netzwerke nicht durch die Reichweite oder die Größe einer Industrieanlage begrenzt. Das Anschließen an ein drahtloses Netzwerk ist so einfach wie die Verbindung Ihres Smartphones mit dem Internet, sofern das Gerät mit drahtlosen Verbindungsmöglichkeiten ausgestattet ist. Bei Altgeräten ermöglicht die Integration von Edge-Geräten wie IoT-Hardware und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) in den Fertigungsbereich die Konnektivität. Diese Edge-Geräte können Daten von Altgeräten erfassen und diese gleichzeitig mit zentralisierten Netzwerken verbinden. Auf diese Weise können 5G-Wireless-Netzwerke alle Anlagen im Fertigungsbereich abdecken und gleichzeitig alle Anordnungen oder Layout-Pläne unterstützen, die die Beteiligten umzusetzen beabsichtigen.
Schlussfolgerung
Die geringe Latenzzeit, die hohe Bandbreite, die Vielseitigkeit und die Erschwinglichkeit, die drahtlose Netzwerke bieten, bedeuten, dass drahtlose Netzwerke bald die Verwendung von drahtgebundenen Netzwerken in Industrieanlagen ersetzen werden. Mit der flächendeckenden Einführung von 5G-Netzwerken werden die traditionellen Herausforderungen früherer drahtloser Iterationen, wie z. B. die Zuverlässigkeit, im Fertigungsbereich kein Thema mehr sein. Die Ausgereiftheit der drahtlosen Netzwerke wird es Fabrikbesitzern ermöglichen, mit Industrie 4.0-Geschäftsmodellen zu experimentieren, um ihre Implementierung innerhalb der Anlagen zu erweitern.
