Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »5G-Comet«
Hochdynamische Produktionssysteme zuverlässig steuern und regeln zu können, ist für viele Unternehmen immer noch eine Herausforderung. Um hier zu unterstützen, gewinnen Edge- und Cloudsysteme in diesem Bereich immer mehr an Bedeutung, jedoch mangelt es oftmals noch an Ausrüstung und Infrastruktur, um Maschinen und Anlagen in digitale IT-Landschaften zu integrieren.
Zusammen mit Partner aus dem Bereich Maschinenbau, Netzwerktechnik und Robotik entwickelte das Fraunhofer IPT im Projekt 5G-Comet nun eine durchgängige echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur auf Basis von 5G und Time Sensitive Networking (TSN). Unter Time Sensitive Networking fallen eine Reihe von Standards, die von der Time-Sensitive Networking Task Group erarbeitet wurden und eine Datenübertragung mit geringen Latenzen und hoher Zuverlässigkeit ermöglichen. Diese TSN-Standards sollten nun mit der 5G-Mobilfunktechnologie kombiniert und damit ein echtzeitfähiges Gesamtsystem geschaffen werden, mit dem Ziel eine hochverfügbare, zuverlässige und sichere Kommunikation aller Komponenten und Module zu schaffen: Von der Sensorik und Aktorik auf Feldebene über 5G und TSN fähige Netzwerke bis in die Fraunhofer Edge Cloud (FEC).
Erste Anwendungsszenarien wurden mit der Echtzeit-Steuerung von roboterunterstützten Laserbearbeitungs- und Montageprozessen erprobt:
Im Anwendungsfall der Laserbearbeitung versieht ein Roboter mit einem Spezialwerkzeug komplexe dreidimensionale Oberflächen mit Texturen, Gravuren und Markierungen. Um die exakte Position des Roboters und Laserwerkzeugs während des Betriebs zu ermitteln, müssen beide Komponenten präzise angesteuert werden – das erfordert hohe Rechenkapazitäten welche eine Factory Cloud liefern kann. Durch das durchgängige TSN-Netzwerk mit einer latenzarmen Datenübertragung wird sichergestellt, dass alle Einzelsysteme schnell und ohne Verzögerung reagieren können. Die kabellose Anbindung des Strukturierwerkzeuges mit 5G erlaubt zudem einen modularen und flexiblen Einsatz des Werkzeugs.
Kooperierende Roboter, die eine Montageaufgabe gemeinsam bearbeiten, bildeten ein weiteres Anwendungsszenario ab: Bisher war die Steuerung beider Roboter mit großem Hardwareaufwand verbunden – zukünftig sollten diese erforderlichen Rechenprozesse in die Fraunhofer Edge Cloud auslagert werden. Die Einbeziehung der TSN-fähigen Netzwerkkomponenten stellte dafür eine durchgängige zuverlässige Synchronisierung und Verbindung der einzelnen Systeme bereit.
Partnerkonsortium
- Ericsson GmbH, Herzogenrath
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- German Edge Cloud GmbH & Co. KG, Eschborn
- Hirschmann GmbH, Neckartenzlingen
- ISEK Lehr und Forschungsgebiet Informationstheorie und Systematischer Entwurf von Kommunikationssystemen, Aachen
- Meastream GmbH, Eschweiler
- Mitsubishi Electric Europe B.V., Ratingen
- Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Aachen
- SMS Group GmbH, Düsseldorf
- Utimaco GmbH, Aachen
- Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
Förderhinweis
Das Projekt »5G-Comet« wurde aus den Mitteln des Landes NRW durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie gefördert.
Förderkennzeichen: 005-2008-0093