Die 5G ACIA fördert den Einsatz und die ganzheitlichen Vorteile des Digital Twin-Ansatzes in der Industrie. Die Grafik zeigt, dass in Zukunft alle Entitäten in der Lage sein werden, (horizontale) Interaktionen mit anderen zu initiieren.  (Bild: 5G-ACIA)

5G wird ein grundlegender Bestandteil der Kommunikationsinfrastruktur für vernetzte Industrien und muss in den digitalen Zwilling integriert werden, um die Entwicklung, den Betrieb und die Wartung zu verbessern – so lautet eine Forderung der 5G-ACIA. Sie hat sich der Nutzung von 5G in industriellen Anwendungen verschrieben und ein Whitepaper zum Thema veröffentlicht.

Im Zusammenhang mit der Fabrik der Zukunft fällt immer wieder auch der Begriff des digitalen Zwillings. Als Brücke zwischen der realen Welt und derjenigen aus Bits und Bytes stellt er relevante Informationen eines Objekts zur Verfügung und ermöglicht so z.B. Simulationen und einen übergreifenden Datenaustausch in einer Fabrik. Eine solche Sammlung von Daten, Eigenschaften und Modellen betrifft mittlerweile nicht mehr nur Produktionsanlagen und physische Objekte, sondern auch Kommunikationsnetze wie 5G und immaterielle Entitäten und Situationen – wie etwa die Konfiguration von Mobilfunknetzen und Leistungsberichte.

„Der Nutzen einer digitalen Darstellung für die Integration von 5G in Industrie 4.0 ist enorm. Deshalb sind wir zu dem Schluss gekommen, dass es sinnvoll ist, auch das in Fabriken eingesetzte Mobilfunksystem als digitalen Zwilling zu formulieren, um ein Mobilfunknetz als grundlegendes Informations-Backbone zu verstehen“, sagt Josef Eichinger, Leiter des 5G-Mobilfunksystemdesigns in der europäischen Standardisierungs- und Industrieentwicklungsabteilung von Huawei.

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So kann ein digitaler Zwilling beispielsweise vor einer geplanten Änderung hilfreiche Informationen darüber liefern, wie eine Sende-/Empfangssituation nach einer Anpassung der Produktionslinien konkret aussehen wird. Im Ergebnis hilft dieses Wissen, einen optimalen Zustand effizient wiederherzustellen. Da in der Regel mehrere Optionen möglich sind, um die gewünschte Kommunikationsqualität zu erreichen, von der Strahlführung bis zur Position der Sendeanlage, erspart der digitale Zwilling zeitraubendes Ausprobieren und liefert über die Ergebnisse einer Simulation schnell das richtige Maß.

Asset Administration Shell als Datenbasis

Die Datenbasis für solche Simulationen kommt aus der Asset Administration Shell und insbesondere dem KPI-Monitoring, das auf vergangene Ereignisse und Leistungswerte zurückblickt. Sie bilden ein Modell, das für einen Machine-Learning-Algorithmus verwendet werden kann, der vorhersagt, was als Folge einer Änderung passieren würde. Folgen von Aktionen werden so transparent, bevor sie umgesetzt werden.

Die 5G-ACIA informiert in einem Whitepaper „Using Digital Twins to Integrate 5G into Production Networks“ darüber, wie Industrie 5G und der digitale Zwilling die Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten unterstützen. Hier finden Hersteller von 5G-fähigen Geräten, die bereits Produkte für Industrie 4.0 produzieren, Antworten auf die Fragen, wie ein 5G-Modul implementiert wird, wo die Standardisierung steht und wo mögliche Partner sind. Auch Service Provider gehören zu den Adressaten: „Die treibenden 5G-Kräfte der Zukunft sind aus meiner Sicht die Integratoren. Sie erfahren im White Paper, dass eine solche neutrale Beschreibungssprache oder die Art der Informationsdarstellung über ein AAS sehr hilfreich ist“, sagt Eichinger.

Strukturierte Beschreibung eines 5G-Netzes

Die Integration eines 5G-Systems in die Fabrik der Zukunft erfordert eine geeignete Beschreibung des 5G-Systems auf Basis von AAS-Prinzipien. Dieses Papier diskutiert verschiedene Aspekte und schlägt ein Modell für eine strukturierte Beschreibung des gesamten 5G-Netzes einschließlich des 5G UE (User Equipment) vor. Darüber hinaus werden vorläufige Definitionen von Teilmodellen und Parametern/Eigenschaften auf der Grundlage der derzeit gültigen 5G-Definitionen von 3GPP festgelegt.

Der Ansatz ist auch aus Sicht der Anwenderindustrien zukunftsweisend: „Digitale Zwillinge werden einer der wichtigsten Enabler für hochflexible Fabriken einschließlich neuer Supply-Chain-Anwendungen sein. Das wichtigste technische Merkmal hinter sogenannten „Industrie 4.0“-Konzepten ist ein Weg zur Interoperabilität zwischen den Lösungen verschiedener Anbieter sowie den Anbietern von Kommunikationsnetzen, denn 5G-Netze werden das informationelle Rückgrat der Fabriken der Zukunft sein“, kommentiert Bernd Kärcher, ehemals Leiter der Vorentwicklung „Automation and Control“ von Festo.