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Netzwoche 04/2020

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30 Technology Focus

30 Technology Focus Logistik 4.0 dank 5G Voll automatisierte Produktionsprozesse wie in der Industrie 4.0 sind ohne schnell, ständig und überall verfügbare Daten nicht möglich. Somit stellt sich die Frage, wie man sie zu den einzelnen Maschinen und Robotern in der Produktionshalle bringt. Dieses Szenario stellt sehr hohe Ansprüche an das lokale Kommunikationsnetz. DER AUTOR Rüdiger Sellin Diplom-Ingenieur (FH) und seit 1992 Fachjournalist SFJ/MAZ mit den Schwerpunkten ICT und Elektrotechnik. Der Begriff Industrie 4.0 steht für die cybertechnische Transformation der industriellen Produktion und soll die digitale Konvergenz zwischen Industrie, Unternehmen und anderen Prozessen fördern. Damit wird ein neues Zeitalter der produzierenden Industrie eingeläutet, weshalb Industrie 4.0 mit der vierten industriellen Revolution assoziiert wird. Industrielle Revolutionen 1 – 3 Die erste industrielle Revolution fand gegen Ende des 18. Jahrhunderts statt. Sie wurde erst durch die Mechanisierung von Arbeitsprozessen und den Einsatz von Wasserkraft und Dampfmaschinen möglich. Die zweite industrielle Revolution startete zur Wende vom 19. ins 20. Jahrhundert und wurde mithilfe der neu entdeckten und verbreiteten Elektrizität möglich. Sie führte zur Massenproduktion mit ganzen Produktionsstrassen, monotoner Fliessbandarbeit und Arbeitsteilung mit hochgradiger Spezialisierung. Vorreiter in der Automobilproduktion war der US-amerikanische Hersteller Ford, der in Nordamerika die Massenmotorisierung einläutete. Innert weniger Jahre verschwanden Pferde und Kutschen fast vollständig aus dem Strassenbild. Die dritte industrielle Revolution begann Anfang der 1970er-Jahre und war vom zunehmenden Einsatz von Computern und weiteren Maschinen zur Automatisierung von Produktionsprozessen gekennzeichnet. Sie ist insofern bis heute von Bedeutung, als dass bisherige Handarbeit durch immer mehr intelligentere Maschinen genauer, zuverlässiger und günstiger verrichtet wird. Dies beginnt beim Löten von Bauelementen auf Platinen und der vollautomatisierten Herstellung einfacher Testgeräte und Sensoren über das Nähen von ganzen Auto- und Flugzeugsitzen bis hin zur vollautomatischen Verarbeitung und Verpackung von Nahrungsmitteln. Industrie 4.0: Perfektionierte Automation Mit der vierten industriellen Revolution entstehen intelligente Fabriken mit einer komplett digital ablaufenden Herstellung von der ersten Idee bis hin zum fertigen Produkt. Die produzierende Industrie wird von einer Ende-zu-Ende- Digitalisierung gekennzeichnet sein und beinhaltet ein komplettes Ökosystem von Maschinen und Prozesspartnern. Ein zentrales Element ist dabei der voll digitale Datenaustausch, der den gesamten Produktionsprozess sowohl informierend als auch korrigierend begleitet. Dabei sind schnell und überall verfügbare Daten ein zentrales Phasen der Industrialisierung. Grafik: Rüdiger Sellin 04 / 2020 www.netzwoche.ch © netzmedien ag

Technology Focus 31 Element, um Schwachstellen oder Fehler schnell zu erkennen und zu beseitigen. Das industrielle Internet of Things (IIoT) und der weitreichende Einsatz von Sensoren führen zur weitreichenden Kommunikation zwischen Menschen und Maschinen sowie zwischen Maschinen untereinander (M2M). Im Idealfall soll dies zu Produkten führen, die den Kundenvorstellungen am nächsten kommen und deren Wünschen entsprechen. Industrie 4.0 wird beim Design anfangen und sich über den gesamten Produktlebenszyklus erstrecken – jeweils mit Feedbacks über die tatsächliche Nutzung, um sich dem Idealfall weiter anzunähern. Voll automatisierte Produktionsprozesse wie im Szenario Industrie 4.0 sind ohne ständig, schnell und überall verfügbare Daten nicht möglich. Somit stellt sich die Frage, wie man sie zu den einzelnen Maschinen und Robotern in der Produktionshalle bringt, um diese mit den nötigen Daten zu versorgen. Ethernet und WLANs Das altbewährte Ethernet wird seit Langem nicht nur in Büros, sondern als «Industrial Ethernet» auch in der Produktion eingesetzt. Hier wie dort überzeugt Ethernet mit garantierten Bandbreiten und hoher Zuverlässigkeit, brilliert aber weder durch tiefe Kosten noch durch Flexibilität. Denn neben dem hohen Installationsaufwand vor der Inbetriebnahme bedingt jede Änderung in der Produktion eine oft komplizierte und teure Umlegung des lokalen LANs. So kam man schnell auf die Idee, ein WLAN (Wireless Local Area Network) als drahtlose Alternative einzusetzen. Da WLANs über keinerlei Mechanismen für eine garantierte Quality of Service (QoS) verfügen, taugen sie in Betrieben höchstens für die Bürokommunikation, aber kaum für zeitkritische Produktionsabläufe. Denn der grösste Schwachpunkt von WLANs sind die verwendeten Frequenzbänder (2,4 und 5 GHz), die weltweit gratis genutzt werden dürfen. Besonders das tiefere Band wird von zahlreichen Funkdiensten verwendet – unter anderem auch von Bluetooth, Fernbedienungen, Fernsteuerungen etc. Durch die intensive Nutzung der Frequenzbänder sind WLANs weder sonderlich stabil noch sehr zuverlässig, da sie im Gegensatz zum Mobilfunk keine lizenzierten Bänder nutzen, in denen sie ungestört funken können. i INDUSTRIE 4.0 ALS UMFASSENDER PROZESS Aktoren und Einflussfaktoren bei Industrie 4.0: Digital und überall verfügbare Daten beeinflussen jede Phase eines Produkts oder einer Dienstleistung – vom Design, Entwurf, Konstruktion/Bau/Produktion, Marketing/ Vertrieb bis hin zum Einsatz an der Kundenfront. Grafik: Rüdiger Sellin Um die verbleibende Industrieproduktion in Europa halten zu können, stehen Innovationen mit qualitativ hochwertigen Produkten und Dienstleistungen im Fokus. Dazu leistet das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) einen zentralen Beitrag. Das IIoT wird zum weitreichenden Einsatz vernetzter Sensoren, künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen führen. Parallel dazu entsteht mit der bereits heute laufenden Erhebung, Sammlung, Analyse und Verknüpfung grosser Datenmengen ein neuer Industriezweig, der Datenhandel (Big Data und Big Data Analytics). Die produzierende Industrie verspricht sich davon u.a. genauere Marktdaten und in Folge bessere, weil zielgerichtetere Produkte und Dienstleistungsangebote. Das «Vorbeiproduzieren» am Markt soll künftig der Vergangenheit angehören, weil man die Kundenanforderungen und -bedürfnisse besser kennt. Der Mensch an sich hat sich im Denken und Handeln offenbar nur wenig verändert, wohl aber das Umfeld, und das gewaltig. Künftig dienen uns vermehrt Touchund Sprach-Schnittstellen sowie Systeme für eine erweiterte Realität (Augmented Reality, AR), mit denen wir unsere Bedürfnisse mitteilen, Feedbacks geben oder in der Produktion Maschinen steuern. Wie weit Roboter gewisse Standardabläufe und -funktionen übernehmen werden, ist noch offen. WLANs und ihre Grenzen Somit können WLANs weder eine dauernde Konnektivität noch hohe Bandbreiten garantieren. Das mag zum Surfen, E-Mails Versenden oder nicht dringende Statusabfragen ausreichen, doch bereits in Bürogebäuden sorgen Engpässe in der WLAN-Verbindung für langsame Datentransfers oder gestörte Skype-Sessions mit verzerrten oder verzögerten Ton- und Bildübertragungen. Im Industriebereich sind solche Effekte noch schwerwiegender, wenn man etwa an laufende Produktionen oder sicherheitsrelevante Prozesse denkt. Zwar werden Campusnetze auf Basis von Office-WLANs oder etwas robustere Industrie-WLANs angeboten. Wenn in einem Unternehmen jedoch die Anzahl vernetzter Maschinen und Anwendungen steigt, was selbst für die IT-Abteilung des Unternehmens oft unbemerkt und schnell geschieht, laufen WLANs bald einmal am Limit. Hinzu kommt, dass ein WLAN keinen Handover kennt und sich der Benutzer beim Wechsel von einem Gebäudeteil am neuen Access Point jeweils neu einloggen muss. Dadurch eignen sich WLANs nicht für mobile Szenarien in der Industrie, etwa für fahrerlose Transportsysteme in der Logistik. So testet etwa der Leuchtenhersteller Osram gemeinsam mit der Deutschen Telekom den Einsatz von Robotern, die sich autonom, also nicht ferngesteuert auf dem Firmengelände Wenn in einem Unternehmen die Anzahl vernetzter Maschinen und Anwendungen steigt, laufen WLANs bald einmal am Limit. www.netzwoche.ch © netzmedien ag 04 / 2020

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