Die Rolle von 5G in der Fertigung

Private 5G-Netzwerke bieten die Datengeschwindigkeiten, Zuverlässigkeit, geringe Latenz und mehr für eine durchgängige Gerätekonnektivität, um innovative datengesteuerte Fertigungsanwendungen zu ermöglichen.

Warum 5G in der Fertigung?

Industrial Ethernet ist das Rückgrat der betrieblichen Infrastruktur in vielen Produktionsumgebungen. Industrial Ethernet-Netzwerke laufen normalerweise mit Datengeschwindigkeiten von bis zu 100 Megabit pro Sekunde (Mbps) und implementieren Protokolle, um Determinismus und Echtzeitsteuerung bereitzustellen.

Wenn die Installation von kabelgebundenen Ethernet-Netzwerken zu teuer oder nicht machbar ist, sind Wi-Fi- und 3G/4G-Wireless-Technologien oft die nächstbeste Alternative. Zu diesen „schwer zu verdrahtenden“ Anwendungsfällen gehören autonome mobile Roboter (AMRs), LKW-Flotten und Industrieanlagen mit einem großen geografischen Abdeckungsbereich.

Mit Industrie 4.0 ändert sich die Nutzung von Betriebsdaten grundlegend, da die riesige Menge an Sensordaten, die von Edge-Geräten generiert werden, in Echtzeit auf dem allgemein genannten Industriegelände gesammelt, gespeichert und mit künstlicher Intelligenz (KI) verarbeitet werden als Industrial Edge. Private 5G-Netzwerke haben das Potenzial, ein Schlüsselfaktor in diesem verteilten Rechenparadigma zu sein, insbesondere bei Geräten, die Videodaten generieren. Dies liegt daran, dass 5G Datengeschwindigkeiten von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) und die Möglichkeit von verbesserter Sicherheit, Datenraten, Latenz, Gerätedichte, Zuverlässigkeit und Determinismus im Vergleich zu 4G bietet.

Drahtlose Technologien, einschließlich 5G, erhöhen auch die Agilität der Hersteller, indem sie ihnen mehr Flexibilität geben, um schnell neue Netzwerkverbindungen zu installieren. Da Hersteller den Bedarf an schnelleren und flexibleren Netzwerken in Fabriken sehen, entscheiden sie sich möglicherweise dafür, einige oder alle ihrer alten Industrial Ethernet-Netzwerke später durch 5G-Netzwerke zu ersetzen.

5G-Anwendungsfälle in industriellen Umgebungen

Viele entfernte und mobile Geräte wie Kameras, Aktuatoren, Roboter, Maschinen, Bildschirme und andere Systeme erfordern eine schnelle und zuverlässige Konnektivität. Bei Greenfield-Bereitstellungen könnte 5G kabelgebundene Netzwerke ersetzen, indem es niedrigere Bereitstellungskosten über einen größeren Abdeckungsbereich sowie größere Mobilität und Flexibilität unterstützt. Hier sind einige Beispiele, in denen 5G betriebliche Prozesse in industriellen Umgebungen verbessern kann.

Automatisierte Transportfahrzeuge (AVGs) :Schnellere Routen und weniger Staus und Kollisionen

• Übergang von AVGs, die sich entlang vordefinierter Fahrspuren bewegen, zu KI- und M2M-Kommunikation, um Wege zu optimieren und Kollisionen zu vermeiden.

Teile- und Produktkommissionierung :Effizientere und genauere Teilekommissionierung in Lagern und Fulfillment-Zentren

• Übergang von der Anforderung, dass sich Teile an festen Positionen und Ausrichtungen befinden müssen, zur Erkennung von Teilen in verschiedenen Positionen und Positionen mithilfe von KI-basierten Bildverarbeitungssystemen.

Überwachung von Arbeitern in Gefahrenbereichen :Verbesserte Sicherheit und Krisenvermeidung

• Übergang von einer fehlenden elektronischen Überwachung eingeschränkter oder unsicherer Bereiche zu KI-basierten Sichtsystemen, die Arbeiter warnen, wenn sie von den Sicherheitsprotokollen abweichen oder Gefahr droht.

Ausrüstungsreparatur :Schnellere und kostengünstigere Gerätereparatur durch Remote-Zusammenarbeit

• Übergang von der Reparaturunterstützung ohne visuelle Unterstützung (die spezialisierte Techniker vor Ort erfordert) zu Augmented Reality, die es externen Spezialisten ermöglicht, nicht erfahrenen Technikern zu helfen.

5G wurde entwickelt, um die Fertigung zu unterstützen

• In die 5G-Spezifikation integrierte Sicherheit :Private 5G-Netze

• Ultra-High-Definition-Streaming :Datenraten von bis zu 20 Gbit/s

• Echtzeitsteuerung: Latenz von 1 Millisekunde oder weniger

• Unterstützt mehr Controller und Sensoren: Hohe Dichte durch fortschrittliche Antennentechnologie

• Weniger Fehlerquellen: Kommunikationsredundanz von Gerät zu Gerät

• Größerer Determinismus und Datenschutz: 5G-Netzwerk in mehrere virtuelle Netzwerke aufgeteilt

5G ermöglicht technische Upgrades auf strenge Leistungsziele, die zuvor nur mit festverdrahteten Netzwerken erreicht werden konnten.

Private 5G-Netzwerke verbessern Sicherheit und Determinismus

Während Hersteller öffentliche 5G-Netze verwenden können, entscheiden sich viele für private 5G-Netze, die eine hochsichere und deterministische Konnektivität bieten. Private 5G-Netzwerke profitieren von 5G-Frequenzen im mittleren Bandbereich, um ein hohes Maß an Kapazität und Betriebskontrolle bereitzustellen, um sicherzustellen, dass die Netzwerkleistung und die Latenzanforderungen erfüllt werden. Private 5G-Netzwerke sind das alleinige Eigentum der Eigentümer, die ihnen exklusiven Netzwerkzugriff gewähren und dadurch mehr Datenschutz und Privatsphäre gewährleisten.

5G und deterministische Leistung

Mit Release16 kann 5G mithilfe von zwei Schlüsseltechnologien die erforderliche Netzwerkleistung liefern:

• Time-Sensitive Networking (TSN) über 5G :Diese Technologie bietet eine garantierte Nachrichtenübermittlungszeit unter Verwendung von Zeitsynchronisierung und Verkehrsplanung. Geräte können über das Netzwerk präzise synchronisiert werden, wodurch die heute üblichen signalbasierten Synchronisationsmethoden entfallen.

• 5G Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC): URLLC optimiert die Bereitstellung von Daten basierend auf unterschiedlichen Verkehrsanforderungen, darunter geringe Latenz und hohe Zuverlässigkeit.

5G und Industrie 4.0

Der Weg zu Industrie 4.0 erfordert die Verbindung mit allen Geräten, die für industrielle Prozesse entscheidend sind. 5G kann der Schlüssel zur Verbindung mit schwer zu verkabelnden Geräten sein und in Zukunft möglicherweise das primäre industrielle Netzwerk werden.

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