16. Juli 2021

Interview mit Niels König I Abteilungsleiter Produktionsmesstechnik I Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT über 5G in der Maschinenhalle

Drehen, fräsen, bohren, Niels König vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT drückt es anschaulich aus: „Wir wollen 5G bis in die Maschinenhalle und ihre verschiedenen Prozesse bringen.“ Es geht um die wirtschaftliche Effizienz eines Unternehmens. Und da spielt 5G mit seinen Möglichkeiten eine entscheidende Rolle. König: „Jedes Unternehmen versucht permanent, seine Produktivität möglichst hoch zu halten. Dabei stößt es unweigerlich an physikalische Grenzen, und da bietet 5G neue Möglichkeiten.“
Drahtlose Sensoren würden die Messungen genau an die Stellen bringen, die, so formuliert er es, „wehtun“. Man kann dank 5G viel schneller als bisher reagieren, etwa bevor ein Fräswerkzeug bricht. 5G ermöglicht mit den Latenzzeiten im Millisekunden-Bereich extrem kurze Reaktionszeiten, die es in der Vergangenheit so nicht gab.
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Ericsson

Wo steht die Forschung momentan mit 5G, befinden wir uns noch lange in der Test- und Entwicklungsphase oder schon bald im Alltag? Niels König beschreibt zunächst seine Aufgabe: „Der Auftrag an die angewandte Forschung ist es, den Transfer der Technologie in die Industrie zu unterstützen. Wir entwickeln keine Produkte. Wir denken aber, dass im Zusammenschluss mit der Industrie – und das genau machen wir – eine gute Basis besteht, um sehr frühzeitig neue Produkte zu entwickeln und zu erproben. Wir haben dafür die Infrastruktur.“ Die Sensoren, die das Fraunhofer IPT einsetzt, werden zusammen mit Anbietern aus dem Sensorbereich entwickelt. König: „Die Unternehmen, mit denen wir kooperieren, lernen mit uns, wie die Performance idealerweise sein kann und wie man 5G in der Produktion technisch umsetzt.“ In Zukunft sollen die Unternehmen in der Lage sein, auf dieser Basis Produkte herzustellen.
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Paperplane Productions

5G-basierter Sensor für die kabellose Prozessüberwachung in der Zerspanung
Hochdynamische Produktionssysteme zuverlässig und sicher steuern und regeln zu können, ist die Kern-Herausforderung. Das Fraunhofer IPT entwickelt gemeinsam mit Partnern aus Maschinenbau, Netzwerktechnik und Robotik eine durchgängig echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur auf der Basis von 5G und Time Sensitive Networking.
Ein wichtiges Schlüsselwort ist die Edge Cloud, die Steuerzentrale für alle angeschlossenen Systeme. Wie funktioniert sie? Niels König: „Die volle Wucht von 5G schöpft man aus, wenn man die vielen Daten aus den verschiedenen Quellen auch verarbeiten kann und die Latenz, die man mit 5G ermöglicht, auch auf der Antwortseite zur Verfügung stellt. Mir nützt es nichts, einen 5G-Sensor mit einer Latenz von einer Millisekunde zu entwickeln, wenn nicht gleichzeitig die IT-Infrastruktur mitzieht. Deswegen gibt es ein Rechenzentrum nur für die Produktion, das nennt man Edge Cloud, und es befindet sich direkt am Standort.“ Die Daten sämtlicher Komponenten im Netzwerk laufen hier zusammen. Die zahlreichen Einzelprozesse müssen nicht mehr lokal gesteuert werden, sondern cloudbasiert. Sämtliche Berechnungen von Roboterbahnen können dort ausgeführt und die Ergebnisse in das Robotersystem zurückgespielt werden.
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Fraunhofer IPT

In der Konnektivität (Verbindung) werde es einen Zweiklang geben: 5G plus Kabel (Kupfer oder Glasfaser), sagt Niels König: „Am Ende hat man eine ganz normale IT-Kommunikation, die sehr elegant in eine bestehende Infrastruktur zu integrieren ist. Damit kann man WLAN komplett ersetzen und braucht es in der Produktionshalle gar nicht mehr.“

In Aachen sei man mit dem 5G-Industry Campus Europe hervorragend aufgestellt, erklärt König selbstbewusst. „Das ist eine der Modellregionen der Bundesregierung, da sind wir wirklich sehr, sehr weit vorne. Wir arbeiten in diversen Forschungsprojekten auch auf europäischer Ebene intensiv mit. Es geht darum, die Technologie in die Anwendung zu bringen. Das ist unsere Stärke.“ Es gibt in Deutschland sechs Modellregionen.

Er setzt auf Aachener Forschungsprojekte auf dem Campus Melaten. „Mir ist weltweit kein größeres Projekt dieser Art bekannt. So viele Hallen- und Außenflächen, die vernetzt sind, das ist ein extrem komplexes Testszenario, das man hier aufgebaut hat und das über die eigentliche Funktion hinaus weitere Potenziale hat, autonomes Fahren (ika) zum Beispiel“. Dafür stellt das Fraunhofer IPT Ressourcen zur Verfügung, damit andere Institutionen Dinge probieren können. 5G-COMET ist eines von sechs Forschungsprojekten, die auf diese Infrastruktur zurückgreifen, und Anfang des Jahres gestartet. Es geht dabei nicht um noch mehr neue use cases, sondern um die Weiterentwicklung der Technologie, um Echtzeit- und Synchronisationsfähigkeit.
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Ericsson

Das 5G-Forschungsnetz umfasst vier Indoor-Netze mit etwa 7000 Quadratmetern in den Maschinenhallen der beteiligten Institute und ein Outdoor-Netz auf einer Fläche von einem Quadratkilometer. Aachen liegt mit seinem 5G-Industry Campus Europe wegen der Komplexität der Testmöglichkeiten, der Kooperationspartner innerhalb des Campus und in der Industrie vorne. Forschung und Industrie zusammenbringen: Dafür ist 5G mit seiner Dimension ein gutes Beispiel. Laut Niels König ganz nach dem Campus-Prinzip „Hand in Hand mit der Industrie“. Und nennt ein erfolgreiches Beispiel: „Da zähle ich sehr stark Ericsson in Herzogenrath mit dazu, ein Partner der ersten Stunde. Diese hervorragende Zusammenarbeit ist ein Privileg, das wir in Aachen haben.“
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In sieben Teilprojekten werden unterschiedliche Anwendungsszenarien von 5G-Sensorik für die Überwachung und Steuerung hochkomplexer Fertigungsprozesse über mobile Robotik und Logistik bis hin zu standortübergreifenden Produktionsketten untersucht. Koordinator ist das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Projektpartner sind das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, das FIR an der RWTH Aachen, das IT Center der RWTH Aachen und Ericsson.
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