Plädoyer für 5G in der Fertigung

Viele Dinge, die derzeit in der Fertigung passieren, wie der Einsatz von KI, Augmented Reality und Virtual Reality, können durch 5G ermöglicht und unterstützt werden.

Die zunehmende Verwendung von intelligenten Sensoren und Geräten des Internet der Dinge (IoT) in Kombination mit ausgefeilteren Analysen, die auf die von ihnen erzeugten Daten angewendet werden, treibt eine Revolution in der Fertigung voran. In vielen Fällen ist das fehlende Teil Konnektivität.

5G wird zunehmend als das drahtlose Infrastrukturelement angesehen, um diese Dinge zusammenzubringen. Es bietet die erforderliche Bandbreite, geringe Latenz und Zuverlässigkeit in rauen Fertigungsumgebungen. Um ein besseres Verständnis der Rolle, die 5G in der Fertigung spielen kann, seiner Herausforderungen und Vorteile zu erhalten, setzte sich RTINsights mit RickyWatts, Industrial Solutions Senior Director bei Intel, zusammen. Hier ist eine Zusammenfassung unseres Gesprächs.

Warum 5G in der Fertigung?

RTInsights: Warum wird 5G in der Fertigung benötigt?

Watt: Ich werde diese Antwort in einige Bereiche unterteilen. Beginnen wir damit, warum es in der Fertigung eine Notwendigkeit für Wireless gibt? Und dann verschieben wir es auf 5G.

Warum die Notwendigkeit für Wireless in der Fertigung? Vieles davon wird durch Kosten und Flexibilität getrieben. Typische Fertigungssteuerungssysteme in Fertigungsumgebungen sind Runover-Wireline- und Wireline-Protokolle. Aber Festnetz ist teuer zu betreiben. Denken Sie daran, dass Sie diese Kabel oft unter sehr rauen Bedingungen betreiben, daher sind sie normalerweise dreifach isoliert. Normalerweise gibt es Redundanz um die laufenden Drähte herum. Diese Dinge verursachen Kosten.

Wir haben ein riesiges Kostenproblem in den Fabriken. Wie kann ich Dinge in einer Fabrik verbinden und gleichzeitig die Kosten senken, aber dennoch Zuverlässigkeit bieten? Wireless selbst wird also attraktiv. Da fangen wir an. Drahtlos wird für Hersteller interessant, weil es ihnen ermöglicht, Dinge möglicherweise billiger zu verbinden. Es ermöglicht ihnen möglicherweise auch, Dinge über einen viel größeren Bereich zu verbinden. Und in den Fertigungsbereichen haben wir in einigen Beispielen ausgedehnte Fertigungsanlagen. Nehmen Sie die Öl- und Gasherstellung von Petrochemikalien. Die Pflanzen haben sehr große Fußabdrücke. Wie deckt man das mit Drähten ab, wenn es schwierig und teuer ist? Sie können drahtlos verwenden.

Fangen wir also damit an. Warum besteht in der Fertigung ein Bedarf an Wireless? Es kommt auf Kosten, Flexibilität, einfache Bereitstellung und andere sehr nützliche Dinge an. Sehen wir uns nun an, was 5G im Gegensatz zu anderen drahtlosen Technologien leistet.

Legacywireless-Technologien basieren in vielerlei Hinsicht auf dem, was ich sagen würde, besteffort. Sie haben eine Verbindung zwischen einem Endpunkt und einem Empfänger. Diese Verbindung wird auf Grundlage dessen hergestellt, was wir eine Art Best-Effort-Szenario nennen würden. Und das könnte zum Beispiel kostenloses WLAN sein. Wenn Sie zu Hause über Wi-Fi verfügen, eine Verbindung herstellen, sich im Haus bewegen, funktioniert es irgendwie, aber es funktioniert nicht unbedingt immer. Das ist für einige Aspekte der Fertigung nicht sehr nützlich. 5G beginnt damit, die Anwendungsfälle und Anforderungen für Industrieunternehmen im Produktionsumfeld zu adressieren. Es hilft bei Dingen wie Latenz, Zuverlässigkeit, Leistung und Bandbreite. Dies sind grundlegende Anforderungen, die in der Fabrik existieren und im drahtlosen Bereich noch nie wirklich behandelt wurden.

Wenn Sie Wi-Fi oder frühere Technologien zu 5G gebracht haben, wie z. B. 4G, das wir heute haben, ist es eher eine Anstrengung. Wi-Fi oder 4G ist nicht schlecht. Sie machen einen vernünftigen Job, sind in manchen Umgebungen nützlich und werden von vielen Industrieunternehmen verwendet. Aber 5G sagt:„Okay, jetzt habe ich ein System, das sich mit einigen der spezifischen Dinge befasst, die Hersteller verlangen werden, wie Latenz, Determinismus und zeitkritische Netzwerke.“ 5G adressiert alle Anwendungsfälle, die innerhalb der Produktionsumgebung existieren. Ich profitiere von den Vorteilen drahtgebundener Protokolle, ich erhalte diese zuverlässige Konnektivität, und das erhalte ich jetzt mit einer drahtlosen Technologie namens 5G, die mir zur Verfügung steht.

Deshalb brauchen wir 5G in der Fertigung. Bei 4G ging es darum, Menschen miteinander zu verbinden und sich mit dem Internet zu verbinden. 5G wurde mit dem Aspekt entwickelt, Dinge zu verbinden, Dinge mit Dingen zu verbinden und Dinge mit Systemen zu steuern.

5G-Funktionen und Technologieverbesserungen

RTInsights: Welche Funktionen und technologischen Verbesserungen bietet 5G Herstellern?

Watt: Neben den erwähnten Kosten- und Flexibilitätsvorteilen gibt es noch einige andere Dinge zu beachten. Wir haben eine neue 5G-Version vom 3rd Generation PartnershipProject (3GPP), der Branchenorganisation, die 5G-Spezifikationen entwickelt. Die neue Version, Version 16, führt viele Funktionen ein. Beispielsweise bietet es ultra-zuverlässige Low-Latency-Kommunikation (URLLC). Jetzt bekomme ich Determinismus über die Luftschnittstelle und die damit verbundene Konnektivität. Das ist eine sehr spezifische Funktion, die besagt, dass ich jetzt ein Bewegungssteuerungssystem betreiben könnte. Ich könnte Echtzeitanalysen über eine Kamera laufen lassen, wo ich Informationen von einer Kamera entnehme. Ich werde das zuverlässig und auf deterministische Weise tun können.

Ein weiteres Feature, das Sie mit 5G erhalten, ist eine massiv erhöhte Bandbreite. Sie erhalten eine viel breitere Leitung zum Übertragen von Daten. Dadurch kann ich mehr Informationen transportieren. Bei der Modernisierung der Fertigung und Initiativen wie Industrial 4.0 dreht sich alles darum, die Daten in der Fabrik zu nutzen und diese am Edge generierten Daten zu verarbeiten. Mit 5G können Sie den Systemen da draußen viel mehr Daten entziehen. Ich kann Kameras installieren und Prozesse anders betrachten. Nehmen wir zum Beispiel an, ich habe einen Roboter, der eine Art Schweißprozess in einer Fertigungsumgebung durchführt. Und ich möchte sehen, hey, ist dieser Schweißprozess zuverlässig? Ich kann jetzt beginnen, mir die Analyse dessen anzusehen, was am Schweißpunkt vor sich geht.

Mit solchen Daten können Hersteller ihre Prozesse genauer analysieren. Beim Schweißen beispielsweise entsteht ein Funke. Jetzt kann ich anfangen, den Funken zu analysieren. Ich kann sehen, was am Stromende vor sich geht. Und ich kann all diese Analysen in Echtzeit durchführen. Bei Bedarf kann ich etwas im Steuersystem für diesen bestimmten Prozess anpassen, um ihn zu ändern. Also bekomme ich eine Qualitätskontrolle. Solche Echtzeit-Aktionen sind nur dank der Bandbreiten- und geringen Latenzfähigkeiten von 5G möglich.

Eine weitere wichtige Funktion von 5G besteht darin, dass ein Hersteller wie bei Wi-Fi ein privates 5G-Netzwerk vor Ort erstellen kann. Es gibt viele Möglichkeiten, wie Sie das jetzt tun können. Ein privates 5G-Netz ist für Endnutzer und Hersteller sehr flexibel. Ich kann effektiv eine drahtlose Lösung in meiner Fabrik installieren lassen, die alles in dieser Umgebung verbindet.

Der Vorteil eines privaten Netzwerks ist, dass ich die Daten kontrollieren kann. Ich kann kontrollieren, womit sich das Netzwerk verbindet. Ich kann die Daten lokal halten. Ich kann es auf eine sogenannte hybride Weise tun. Ich könnte mit dem Spediteur zusammenarbeiten, um mir einen Teil des Netzwerks zu geben. Sie nennen das Network Slicing innerhalb einer 5G-Umgebung. Ich kann ein Stück dieses Netzwerks nehmen und es vollständig um das herum entwerfen, was in der Fabrik getan werden muss. Warum würden Sie das tun wollen? Eines der wichtigsten Dinge im Produktionsumfeld sind Service Level Agreements (SLAs). Ich muss jeden Prozess verstehen, der Daten ausführt. Ist die Datenbandbreite garantiert? Ist die Latenz garantiert?

Was 5G mit Dingen wie Network Slicing und Private Networking bewirkt, ist, dass es Ihnen viel mehr Kontrolle ermöglicht. Sie geben die Kontrolle über die Konnektivität nicht an jemand anderen ab. Sie pflegen es in Ihrer Umgebung.

Solche wichtigen 5G-Funktionen [hohe Bandbreite, geringe Latenz und private Netzwerke] sind gegenüber dem, was es zuvor gab, sehr vorteilhaft. Es gibt viele andere. Beispielsweise kann 5G die Konnektivität von Gerät zu Gerät unterstützen. Ich könnte ein Mesh-Netzwerk erstellen. Ich könnte Sensoren oder Kameras in meiner Anlage haben und 5G verwenden, um Daten zwischen ihnen zu übertragen. Ich kann auch redundante Pfade haben, was mir mehr Redundanz und mehr Zuverlässigkeit gibt. Über das gesamte Leistungsspektrum hinweg ermöglicht 5G den Herstellern, viel sicherer zu sein, wenn sie diese Technologie in ihrer Fabrikumgebung einsetzen. Es wird ihnen versichern, dass die Ergebnisse, die sie erhalten werden, viel höher sein werden, als sie es zuvor mit anderen drahtlosen Technologien erlebt haben.

Herausforderungen bei der Integration von 5G in industrielle Netzwerke?

RTInsights: Wie schwierig (oder einfach) ist es, 5G in industrielle Netzwerke einzufügen?

Watt: Die Einführung einer Technologie in industrielle Netzwerke ist aus gutem Grund nicht einfach. Ein guter Freund von mir und einer meiner Mentoren hat immer gesagt:„Wenn in der Fabrikumgebung etwas schief geht, können die Dinge boomen und die Dinge knallen.“ Daher ist die Einführung einer neuen Technologie in das industrielle Umfeld eine Herausforderung. Sie müssen sicherstellen, dass Sie es sicher und auf dem richtigen Niveau tun. Sie müssen auch sicherstellen, dass Sie Ihre Leute mitbringen. Jemand muss das System betreiben und damit arbeiten. Ich würde sagen, dass dies ein Bereich ist, in dem wir viele Herausforderungen zu meistern haben. Wir müssen mit Endbenutzern und der Lieferantengemeinschaft zusammenarbeiten, um herauszufinden, wie wir dies tun werden. Das ist eine Erziehungssache. Sie müssen Endbenutzer, Unternehmen und Systemintegratoren über die Aspekte der Integration von 5G auf dem Laufenden halten.

Das ist ein Fortschritt in der Branche. Wir müssen auch damit beginnen, diese Technologie in einem Bereich einzuführen, in dem sie sinnvoll ist und in dem Sie sie kontrollieren können, wenn Sie beginnen, ihren Einsatz zu erweitern. Schauen wir uns zum Beispiel die Datenerfassung von einer Kamera oder einem Roboter an. Die offensichtliche Antwort ist die Einführung der 5G-Technologie, wenn Sie einige neue Funktionen in die Fabrik einbringen. Auf diese Weise können Sie 5G auf sehr kontrollierte Weise in die Fertigungsumgebung einfügen. Sie bringen die Technologie ein; Sie bringen es mit einem neuen System ein. Sie bringen dieses System zum Laufen. Sie verwenden das, um Ihre Leute zu schulen. Sie verwenden es, um die Technologie viel besser zu verstehen. Und dann würden Sie seine Verwendung erweitern. Es ist, als würde man sich einen Brückenkopf schnappen und dann von diesem Brückenkopf aus expandieren.

Sie stellen die Glaubwürdigkeit des Einsatzes der Technologie her. Sie erwerben Wissen und fangen an, es dann in der gesamten Branche zu verbreiten. Das ist keine leichte Aufgabe, aber ich denke, dass die Hersteller und die Zulieferergemeinschaft dafür sehr gut gerüstet sind. Aus Intel-Perspektive versuchen wir, Technologiepakete um das herum zu packen, was wir tun, um es einfach zu konsumieren. Wir optimieren es und stellen sicher, dass es durchgängig funktioniert. Wenn ein Hersteller die Technologie erhält, ist es fast nur ein Plugin. Das Gerät befindet sich an einem Ende und die Systeme, Anwendungen und Dienste eines Herstellers am anderen Ende. Die 5G-Technologie, die sich in der Mitte befindet, wird für den Hersteller fast unsichtbar. Und das liegt an vielen anderen Herstellern und uns, die daran arbeiten und diese 5G-Lösung nahtlos auf eine Weise bringen, die Reibung reduziert und einige dieser Probleme reduziert, wenn die Technologie einem industriellen Netzwerk hinzugefügt wird.

Wie wird 5G die Fertigung revolutionieren?

RTInsights: Auf welche Weise wird 5G dazu beitragen, die Fertigung zu revolutionieren?

Watt: In der Fertigung passieren derzeit so viele Dinge, die durch 5G ermöglicht und unterstützt werden können. Wir haben Edge-Computing, KI [künstliche Intelligenz], AR [erweiterte Realität] und VR [virtuelle Realität]. Alle diese Technologien erscheinen jetzt in der Fertigung. 5G wirkt wie der Klebstoff, der diese Dinge miteinander verbindet. Sie müssen all diese neuen Funktionen, die wir in der Fertigungsumgebung erhalten, mit Konnektivität ausstatten. Ob es sich um KI handelt, ob es sich um virtuelle Realität handelt, ob es sich beispielsweise um Situationen wie COVID handelt, in denen wir möchten, dass entfernte Mitarbeiter hereinkommen und sich mit Maschinen verbinden, die in der Fabrik arbeiten, 5G bietet den Klebstoff.

Der andere Bereich, in dem Hersteller profitieren werden, ist, dass führende Unternehmen der Telekommunikationsbranche, darunter Verizon, AT&T, T Mobile und andere, 5G-Dienste einführen und ihre 5G-Netzwerke ausbauen. Sie haben also bereits eine riesige Menge an Infrastruktur installiert, nicht nur in den USA, sondern weltweit. Diese Technologie wächst in einem unglaublichen Tempo. Und es überschneidet sich jetzt mit dem industriellen Bereich.

Dadurch kann sich 5G nicht nur aus technologischer Sicht ausbreiten, sondern auch die Kosten senken, da Sie diese Kosten über eine große Fläche verteilen. Jetzt bekomme ich eine wirklich drahtlose Technologie, die es mir ermöglicht, Daten zu nehmen und sie in Echtzeit-Steuerungssystemen und Betriebssystemen zu verwenden. Und das ermöglicht es uns, diese Dinge am Rand des Netzwerks miteinander zu verbinden.

Angesichts der Tatsache, dass 5Gs in riesigen Gebieten allgegenwärtig verfügbar sein werden, werden die Kosten sinken. Meiner Meinung nach werden Sie eine viel flexiblere Fertigung und eine viel schnellere Etablierung ihrer Verwendung in funktionierenden Fabriken sehen.

Fabrikarbeit ist heute wie einzelne monolithische Bereiche oder Umgebungen, in denen eine Fabrik ein Widget erstellt. Denken Sie daran, dass Sie sich über einen viel größeren Bereich ausdehnen können, wenn Sie mit 5G den Betrieb, die Kontrolle und die Konnektivität in so viele verschiedene Bereiche verlagern können. Jemand hat mir neulich ein schönes Beispiel gegeben. Wenn ein Hurrikan durch den Golf zieht, besteht eine der großen Herausforderungen darin, dass Sie überschwemmt werden und die Produktionsstätten ausfallen. Nun, vieles davon wird in der Infrastruktur in der Fabrik zurückgesetzt. Mit 5G und niedriger Latenz können Sie diese Rechenumgebung an einen anderen Ort verlagern und haben nur eine Verbindung zu den Geräten. Sie können fast eine Fabrik entfernt von einer Fabrik haben, und 5G wird Ihnen diese Infrastruktur geben und es Ihnen ermöglichen, dies zu tun. Es wird die Fertigung revolutionieren. Ich denke auch, dass wir eine Zunahme hin zu autonomen Arbeitsweisen in der Fabrik sehen werden.

Wir werden auch sehen, wie neue Geschäftsmodelle herauskommen und neue Herstellungsverfahren. Zum Beispiel ein Hersteller, der früher ein Auto gebaut hat. Es war ein schwarzes Auto, und es war ein Ford. Sie haben einen schwarzen Ford, und das war's. Jetzt möchten die Leute online gehen und ihre Bestellung personalisieren:Ich möchte ein blaues Auto mit weißen Flecken, mit dieser und jener Option.

Um solche neuen Kundenanforderungen zu erfüllen, ist eine Vernetzung aus Infrastruktursicht erforderlich. Sie müssen Logistik, Anlagen und andere Systeme in der Fertigungsumgebung miteinander verbinden. 5G wird der Leim sein, der all das miteinander verbindet. Für mich ändert 5G also alles. Es wird dauern. Wir werden sehen, wie dies in den nächsten fünf oder zehn Jahren eingeführt wird. Es ist kein schneller Übergang. Aber sobald es Fahrt aufnimmt, denke ich, dass es so ziemlich alles in der Fertigung revolutionieren wird.

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