In immer mehr Städten und Regionen ist der Mobilfunkstandard 5G für die Verbraucher verfügbar, und auch die Investitionen der deutschen Industrie in das drahtlose Netzwerk der fünften Generation steigen. Die aktuelle Studie des Digitalverbandes Bitkom zeigt klar: 85 Prozent der produzierenden Unternehmen in Deutschland betrachten die Verfügbarkeit von 5G als wichtig, 52 Prozent attestieren ihr sogar eine sehr hohe Bedeutung. Fest steht: Die 5G-Technologie ist Wegbereiter für die Industrie 4.0, ermöglicht zunehmende Automatisierung in intelligenten Fabriken und eröffnet so neue Optionen für zahlreiche Produktionsprozesse. Sie bietet Unternehmen die Chance, ihr Fertigung bei Bedarf weiter zu flexibilisieren, zu dezentralisierten und zu individualisieren.

Die steigende Nachfrage nach Autonomen Mobilen Robotern (AMR) im Kontext der Industrie 4.0 ist kein Zufall. Der Grund: Fertigungsunternehmen sehen sich immer mehr mit kurzen Produktlebenszyklen, komplexen Arbeitsabläufen und knappen Margen konfrontiert. Gleichzeitig müssen sie ihre Herstellungsprozesse beschleunigen und hohe Produktqualität sicherstellen. Der neue Mobilfunkstandard kann hier zur Lösung beitragen, denn er ermöglicht fortschrittliches Routing mobiler Roboter in der Intralogistik. Er treibt unter anderem die präventive Wartung der AMR weiter voran und beschleunigt deren die Inbetriebnahme.

Mehr Funktionalität für AMR

Bislang nutzen Unternehmen für AMR vor allem WLAN. Doch die größere Bandbreite von 5G ermöglicht es den Unternehmen, große Datenmengen zu übertragen und zu analysieren und rechenintensive Prozesse über die Cloud abzuwickeln. Bei Autonomen Mobilen Robotern bzw. deren rechenintensiven Prozessen ist das begrenzende Element also nicht mehr die integrierte Recheneinheit, sondern die Bandbreite und die Geschwindigkeit der Verbindung zur Cloud. Für den autonomen Materialtransport sind sowohl eine leistungsstarke und sichere Konnektivität als auch robuste und zuverlässige Software zur Steuerung der Systeme erforderlich.

Insgesamt sind die Vorteile von 5G so vielfältig, dass die Technologie künftig zum Standard der industriellen Kommunikationsinfrastruktur werden kann. Zwar hat die deutsche Industrie die Vorteile erkannt, doch steht die flächendeckende Etablierung des Kommunikationsstandards in den Unternehmen noch aus. Laut einer aktuellen Studie nutzen weniger als ein Drittel der Unternehmen den Standard bereits in der Produktion, während 42 Prozent den Einsatz planen oder darüber diskutieren.

5G besticht gegenüber WLAN

Anders als WLAN, das auf einem offenen Spektrum funkt, ist 5G eine Technologie mit Frequenzlizenz. Unternehmen können entweder ihr eigenes, skaliertes 5G-Netz lokal an einem Standort einrichten oder mit einem Mobilfunkanbieter zusammenarbeiten, der Teile des öffentlichen Netzes für einen bestimmten Endnutzer reserviert. Durch den Verzicht auf lokale Server lassen sich Kosten einsparen und die Effizienz steigern. Des Weiteren kann 5G einfacher eingerichtet werden als WLAN und bietet gleichzeitig eine größere Abdeckung und Kapazität. Aus Gründen der Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit ist der Weg über ein privates drahtloses Netzwerk für die meisten industriellen Anwendungen besser geeignet.

AMR braucht Konnektivität und Bandbreite

Um effiziente Prozesse und Abläufe zu gewährleisten, ist es entscheidend, dass der AMR den richtigen Auftrag zur richtigen Zeit erhält, die Aufgabe zum erwarteten Zeitpunkt ausführt und sich gut mit anderen AMR und den Standortbedingungen abstimmt. Hochgeschwindigkeit und zuverlässige Konnektivität sind dafür unerlässlich. Branchenführer in den Bereichen AMR und 5G-Mobilfunk wie MiR und Nokia arbeiten zusammen, um die koordinierte Nutzung dieser Technologien vor Ort auszubauen. So können die AMR des Herstellers aus Dänemark die Nokia Digital Automation Cloud (DAC) bereits jetzt vollständig nutzen.

Kleine AMR-Flotten können mit WLAN gut bedient werden. Nehmen jedoch Größe, Funktionalität und Belastung zu, wird es in der Regel Zeit für eine dedizierte Netzwerklösung für diese unternehmenskritischen Anwendungen. Erfolgreiche und skalierbare AMR-Implementierungen erfordern eine vorhersehbare Netzwerkleistung. Nur so lässt sich die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness) verbessern und ein schnellerer ROI erzielen.

Obwohl ein Großteil der aktuellen AMR mit WLAN kompatibel ist, gibt es zahlreiche Gründe, weshalb eine 5G-Konnektivität vor Ort die AMR-Leistung anhebt. Werden AMR über bestehende WLAN-Systeme implementiert, die bereits für geschäftliche und andere IIoT-Zwecke genutzt werden, schränkt dies die Netzwerkleistung sowie die Echtzeitfunktionalität ein. Weitere neuere AMR-Funktionen erhöhen zudem den Bedarf an größerer Bandbreite und besseren Reaktionszeiten. Dazu gehören zum Beispiel eine tiefere Anwendungsautomatisierung von halb- bis vollautomatischen Intralogistikprozessen und die Interoperabilität zwischen verschiedenen AMR-Systemen.

Echtzeit-Computing als Novum

Bei AMR liegt die erforderliche Latenzzeit zwischen Roboter und Flottenmanager im Allgemeinen bei weniger als 100 Millisekunden. Es gibt zwar einige bestehende Technologien, die dies leisten können, aber keine kann gleichzeitig alle anderen Vorteile von 5G bieten. Der neue Mobilfunkstandard erreicht Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde und ermöglicht erstmals in der Geschichte der Industrie, Informationen nahezu in Echtzeit zu übertragen und kritische Anwendung zu unterstützen.

Der signifikante Geschwindigkeitszuwachs in Kombination mit niedrigen Latenzzeiten von einer Millisekunde bildet die Grundlage für ein modernes Ökosystem, das eine umfassende Vernetzung intelligenter Geräte und Maschinen ermöglicht und völlig neue Anwendungen im Bereich IIoT eröffnet. Durch die Echtzeit-Übermittlung von Daten können Unternehmen die Effizienz ihrer Prozesse in der Lagerhaltung und Produktion steigern, während sie gleichzeitig Fehler und Ausschuss reduzieren können.

Ein typisches Szenario für die Vorteile der Echtzeitkommunikation in der Logistik liegt in der zunehmenden Bedeutung der Interoperabilität zwischen AMR unterschiedlicher Hersteller und anderen Formen automatisierter Fahrzeuge. Die direkte und verzögerungsfreie Kommunikation vereinfacht die Nutzung von Cloud-basierten Schnittstellen, um verschiedene AMR miteinander zu verbinden und den Verkehr effizient zu steuern.

IIoT und AMR-Anwendungen helfen im Wettbewerb

Es steht außer Frage: Unternehmen in der Fertigungs- und Logistikbranche sehen sich mit knappen Margen, Wettbewerbsdruck, Fachkräftemangel – verschärft durch den demografischen Wandel – und sich wandelnden Kundenansprüchen konfrontiert. Sie setzen verstärkt auf neue Technologien und Innovationen, um Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Laut einer aktuellen Studie planen Unternehmen, 5G zukünftig vermehrt einzusetzen. Ein Fünftel (21 Prozent) beabsichtigt beispielsweise bis 2025 ausschließlich 5G als Funkstandard zu nutzen, während es derzeit nur fünf Prozent sind.

Die Kombination von AMR mit 5G-Netzen optimiert nicht nur bestehender Prozesse, sondern eröffnet völlig neue Geschäftsmöglichkeiten. Die Implementierung vollautomatisierter Fabriken, die die neuesten Technologien wie 5G nutzen, sollte Teil einer Strategie sein, um eine widerstandsfähigere und nachhaltigere globale Lieferkette zu schaffen.

Mit privaten 5G-Mobilfunknetzen lassen sich im industriellen Bereich hohe Bandbreite, zuverlässige Konnektivität mit niedriger Latenz und erweiterte IoT-Funktionen bereitstellen, um den Anforderungen gegenwärtiger und zukünftiger AMR-Implementierungen gerecht zu werden. 5G entwickelt sich zum Mainstream in der kommerziellen Nutzung und bietet vielfältige Integrationsmöglichkeiten in industriellen Umgebungen. MiR, ein führendes Unternehmen im Bereich AMR, arbeitet gemeinsam mit seinen Partnern daran, praxiserprobte Lösungen anzubieten.

Gastautor: Jörg Faber