Industrial 5G – Das Funknetz der Zukunft

Rosige Aussichten: Nicht nur Smartphone-Nutzer, auch die Industrie sieht dem neuen Mobilfunkstandard 5G freudig entgegen. Unternehmen können ihre Anlagen komplett drahtlos vernetzen und damit Produktionsanlagen und Intralogistik effizienter, autonomer und flexibler denn je gestalten.

Heute sind Maschinen in Fabriken meist noch per Kabel vernetzt. Doch das wird sich in naher Zukunft wohl ändern – mit dem neuen Kommunikationsstandard 5G, der in Deutschland ab 2020 eingeführt wird. Zu Beginn soll er über eine Datengeschwindigkeit von ein bis fünf Gigabit, später sogar 20 Gigabit pro Sekunde verfügen – ein Quantensprung, 10- bis 20-mal schneller als der Vorgänger LTE.

 

Für Handynutzer sind das erfreuliche Nachrichten, können sie doch so 4K-Filme auf der grünen Wiese genießen. Für die Industrie dagegen bedeutet es weit mehr: einen Meilenstein auf dem Weg zur Industrie 4.0, in der smarte Fabriken dank durchgehender Digitalisierung und des Internets der Dinge flexibler und produktiver werden.

 

Es soll ein Funknetz werden, das dank seiner Bandbreite vieles einen kann: vom automatisierten Regalsystem über Fertigungsroboter bis hin zu Klimaanlage und Steuerpult. Ein allumfassendes Netz, über das sich eine Industrieanlage drahtlos lenken lässt – robust, ultraschnell oder mit komfortabler Bandbreite ausgestattet. „Die Chancen sind immens“, sagt Sander Rotmensen, Leiter Produktmanagement für drahtlose Industriekommunikation bei Siemens. „Stellen Sie sich ein Werksgelände vor, auf dem eine autonome Fahrzeugflotte, genau abgestimmt auf die Produktion, Waren, Ersatzteile oder Fertigprodukte zwischen Lieferrampen, Fabrikhallen und Lagerhäusern hin und her transportiert – das ermöglicht Industrial 5G.“ 

Ultraschnelle Reaktionen 

Für die Industrie, seien es Chemieunternehmen, die Automobilbranche oder Elektroindustrie, sind die Versprechungen von 5G also verlockend: Auf Fabrikgeländen ermöglicht der neue Mobilfunkstandard einer Million IoT-Geräten pro Quadratkilometer, Daten zu übertragen – einer kompletten Fertigungsstraße ebenso wie Sensoren, die Temperaturen oder Strömungen messen, oder autonomen mobilen Robotern.

 

Dabei erlaubt Industrial 5G erstmals eine Reaktionsgeschwindigkeit im unteren Millisekunden-Bereich, etwa wenn Kameras auf einem Fließband einen Fremdkörper erkennen und ein Roboterarm augenblicklich zum Stillstand kommen muss. Außerdem kann die hohe Bandbreite zum ersten Mal das Potenzial von „Augmented Reality“ richtig ausschöpfen, die eine neue Stufe der Interaktion zwischen Mensch und Maschine markiert.

 

Kein Wunder, dass der prognostizierte Markt gewaltig ist. Laut dem von der Vereinigung internationaler Mobilfunkanbieter GSMA herausgegebenen „Mobile Economy 2019 Report“ sollen bereits 2025 15 Prozent des weltweiten Mobilfunks über 5G laufen. Jährlich würden derzeit 160 Milliarden US-Dollar in den Aufbau von 5G-Netzwerken investiert. Auf diesem Wege, so die Prognose, werde 5G in den kommenden 15 Jahren 2,2 Billionen US-Dollar zur Weltwirtschaft beitragen – angetrieben nicht zuletzt von der fertigenden Industrie und öffentlichen Versorgungsunternehmen.

5G-Standards für die Industrie 

 

Drahtlose Kommunikation ist in der Industrie freilich kein Novum. So setzt Siemens heute mit RUGGEDCOM WIN eine private WiMAX Funk-Lösung, unter anderem zur raschen Erkennung von Lecks in Öl- und Gaspipelines, zur Überwachung und Steuerung von Stromnetzen auf Inseln oder bei mobilen Transportsystemen in Fabriken ein. Außerdem gibt es vereinzelt bereits private LTE-Netze, beispielsweise in Fabriken oder Häfen. Siemens hat für die drahtlose Kommunikation in der Industrie schon über 15 Jahre erfolgreich Industrial WLAN im Einsatz und erfüllt hier alle notwendigen Anforderungen bis hin zu Wireless Safety. Auch mit Industrial 5G wird parallel IWLAN weiterentwickelt, da weltweit nicht überall private Industriefrequenzen für 5G zur Verfügung stehen. Doch all das kann nicht annähernd den Leistungsumfang von 5G bieten. „Erst Industrial 5G ermöglicht uns, die Industrie komplett zu vernetzen“, stellt Herbert Wegmann, Leiter von Industrial Communication and Identification bei Siemens, fest (siehe Kurzinterview).

 

So rosig diese Aussichten sind, die Technologie ist noch nicht überall verfügbar. Während die Standards für 5G-Komponenten für den kommerziellen Mobilfunk von dem internationalen Mobilfunkgremium 3GPP Ende 2018 veröffentlicht wurden, fehlen die speziellen Anforderungen des industriellen 5G-Standards noch – sie sollen aber bis Mitte 2020 folgen. Zudem war in Deutschland länger unklar, ob die Industrie eigene Frequenzbänder würde nutzen können oder ob sie auf Telekommunikationsunternehmen angewiesen sein würde. 

USA und China schieben mit an

Nicht zuletzt mit der Hilfe des internationalen Interessenverbands der Industrie „5G Alliance for Connected Industries and Automation“ (5G-ACIA), dem neben Siemens auch andere OT-Unternehmen (Operational Technology) und IT-Unternehmen angehören, gelang es, in Deutschland ein 100-Megahertz-Band zwischen 3,7 und 3,8 Gigahertz zu reservieren, das ausschließlich durch die Industrie für lokale Netzwerke genutzt werden kann. „Dass die Industrie direkten Zugriff auf diese Frequenzen hat, ergibt Sinn“, sagt Rotmensen. „Schließlich kennen wir die Anforderungen für unsere Anlagen am besten – und können das Netz dann passend zu den Applikationen optimieren.“

 

Ist das Netz einmal installiert, steht smarten Fabriken nichts mehr im Wege. Das heißt, fast nichts. Wichtig ist, dass Industrial 5G sich international etabliert. Denn nur dann können die auf 5G basierenden Technologien weltweit in der Industrie eingesetzt werden und die Branche kann entsprechend florieren. Immerhin, in zwei der wichtigsten Weltmärkte, in den Vereinigten Staaten und China, wird intensiv am an der Einführung von 5G gearbeitet. „Noch bevor die lokalen Industrienetze an den Start gehen“, sagt Rotmensen, „wird Siemens Lösungen für Industrial 5G anbieten. Denn natürlich läuft die Entwicklung bei uns – wie in anderen Unternehmen – längst auf Hochtouren.“

Realistische Vorstellungen

Drei Fragen an Herbert Wegmann, General Manager Industrial Communication and Identification bei Siemens, zu den Chancen – und Grenzen – von 5G.

 

Von 5G ist bereits seit längerem die Rede, doch die Standards für das industrielle 5G soll es erst Mitte 2020 geben. Werden Sie nicht ungeduldig?

 

Herbert Wegmann: Nein, das ist jetzt nur noch eine Frage der Zeit. Wichtig ist, dass die Anforderungen aus der Industrie in dem Release 16 (voraussichtlich M2020) und 17 (voraussichtlich E2021) der 3GPP (Organisation zur Standardisierung im Mobilfunk) standardisiert werden. Ein weiterer wesentlicher Schritt für die Akzeptanz in Industrieunternehmen war die Entscheidung der Bundesnetzagentur, Unternehmen, die 5G in ihrer Fabrik einsetzen wollen, den Aufbau eigener lokaler Netze zu ermöglichen.. Jetzt ist klar, dass wir in Deutschland das Frequenzband von 100 Mhz zwischen 3,7 und 3,8 Ghz für industrielle Anwendungen mit hohem Quality of Service nutzen können. Darüber sind wir nicht nur froh, weil wir uns dafür eingesetzt haben, sondern weil erst Industrial 5G es uns ermöglicht, die Industrie komplett zu vernetzen.

 

Welche Eigenschaft von 5G beeindruckt Sie am meisten?

 

Wegmann: Die Zahlen – eine Million vernetzte Einheiten pro Quadratkilometer, eine Übertragungsrate von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde und eine Reaktionszeit von nur wenigen Millisekunden – sprechen für sich. Was mich jedoch am meisten beeindruckt, ist, was dadurch möglich wird: die Entwicklung ganz neuer flexibler Fabrikkonzepte. Sie können den Produktionsbereich jederzeit dynamisch, entsprechend den aktuellen Gegebenheiten, anpassen, ohne dabei große Änderungen an der Infrastruktur vornehmen zu müssen. Von da ist es nicht mehr weit zur sich selbst organisierenden Fabrik.

 

Gibt es auch Grenzen für 5G?

 

Wegmann: Sicher, da muss man mit realistischen Vorstellungen herangehen. Wenn man sich die drei Vorteile von 5G – Bandbreite, Zahl der angeschlossenen Geräte und Servicequalität – in einem Dreieck vorstellt, dann können Sie das nicht an allen drei Seiten beliebig weit aufziehen. Das heißt für Industrieanwendungen, wenn man hohe Quality of Service für deterministische Automatisierungssysteme benötigt, dann steht nicht mehr die komplette Bandbreite und das maximale Mengengerüst von 5G zur Verfügung. Deshalb ist das lokale Frequenzband für die Industrie so wichtig, denn nur so kann der jeweilige Anwender das Funknetz ähnlich dem Ansatz beim kabelgebundenen TSN (Time-Sensitive Networking) für seine Anwendungen optimieren.

29.03.2019

Hubertus Breuer

 

Abonnieren Sie unseren Newsletter

Bleiben Sie auf dem Laufenden: Alles was Sie über Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung wissen müssen.