Industrie 4.0 Konnektivität: Grundlage für die Zukunftssicherheit von Unternehmen

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Bauen Unternehmen flexible, automatisierte und effiziente Anlagen, Infrastrukturen und Wertschöpfungsketten auf, sind sie widerstandsfähiger – und können sich zukunftssicher positionieren. Konnektivität ist die Grundlage und das Rückgrat dieses Trends.

Der Marktanteil von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen und intelligenten Fabriken hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Um das volle Potenzial der Digitalisierung auszuschöpfen, müssen die Abläufe vernetzt und optimiert werden – der Schlüssel dafür ist der Daten- und Informationsfluss in Echtzeit. Doch trotz der zunehmenden Automatisierung in der Industrie sind die Produktionsstätten entweder auf kabelgebundene Konnektivität oder Wi-Fi-Technologien angewiesen. Bei der Handhabung und Verarbeitung großer Datenmengen und einer beträchtlichen Anzahl von parallelen Knotenpunkten – idealerweise in Echtzeit – stoßen die bisherigen Technologien jedoch an ihre Grenzen.

Wenn selbst Millisekunden zählen

5G bietet erhebliche Vorteile und ist der Standard der Zukunft: Seine Fähigkeit der Ultra Reliable and Low Latency Communications (kurz: uRLLC) eignet sich für zeitkritische Anwendungen, bei denen es auf eine sehr geringe Latenz und hohe Zuverlässigkeit der Datenübertragung ankommt. Dazu gehören beispielsweise Anwendungsszenarien, die eine minimale Latenzzeit im Bereich von einer Millisekunde oder weniger erfordern und auf eine robuste, ausfallsichere Kommunikation angewiesen sind. Da es sich um eine drahtlose Technologie handelt, werden außerdem Mobilitätsanforderungen für sich bewegende Objekte berücksichtigt – entweder innerhalb einer einzigen Funkzelle oder zwischen mehreren Funkzellen. Typische Szenarien sind neben Industrie 4.0 auch autonomes Fahren oder ferngesteuerte, medizinische Eingriffe in Echtzeit.

Doch es gibt ein großes Aber: 5G ist noch nicht flächendeckend verfügbar. Zwar findet derzeit weltweit der Roll-out statt, doch einige Märkte sind hier deutlich weiter als andere. Welche Möglichkeiten haben Unternehmen in diesen Regionen, damit sie nicht ins Hintertreffen geraten oder ihren Wettbewerbsvorteil verlieren? Ein privates 5G-Netz kann für Unternehmen in einigen Märkten eine solide Option sein – insbesondere dort, wo die Regierung diese Art der Nutzung eines Teils des Spektrums erlaubt. In solchen Märkten, zum Beispiel in ländlichen Gebieten, sind Unternehmen in der Lage, ihre 5G-Netzwerkarchitektur einzusetzen. Sie erhalten dadurch eine bessere Kontrolle über ihre drahtlosen Umgebungen. So lassen sich ein Mangel an Reichweite oder Konnektivität im Vergleich zu städtischen Gebieten ausgleichen. Außerdem bietet Private 5G einen dedizierten und nicht gemeinsam genutzten Konnektivitätsmechanismus innerhalb des Standorts. Da es sich um ein privates Netzwerk handelt, können benutzerdefinierte Slices erstellt werden, die dem Netzwerk ein besseres Anwendungsbewusstsein verleihen. Sicherheitsbedenken werden minimiert, da das Netzwerk nicht gemeinsam genutzt und nur von bestimmten Anwendungen verwendet wird. Die Investition bringt jedoch ihre eigene Komplexität und Kosten mit sich, die Unternehmen nicht ignorieren können. Als ersten Schritt sollten Organisationen daher die wirtschaftliche Machbarkeit analysieren und validieren.

5G-Ausbau

Leitprojekt entwickelt Baukasten für offene 5G-Campusnetze

Mit Cloud und Edge Computing fit für die Zukunft

Unabhängig davon, ob Unternehmen ein Standard-5G-Mobilfunknetz oder ein eigenes privates 5G-Netz nutzen: Das Potenzial der Technologie lässt sich nur dann voll ausschöpfen, wenn es entsprechende Möglichkeiten gibt, Daten sowohl zentral als auch am Rand des Netzes zu verarbeiten. Edge Computing entlastet das Netz insgesamt, da dabei kritische, von IoT-Geräten generierte Daten direkt am Entstehungsort verarbeitet werden. Unternehmen müssen den Datenverkehr also nicht jedes Mal von einem entfernten Rechenzentrum oder einer zentralen Cloud in das Haupt-Rechenzentrum übertragen, wenn sie verarbeitet, analysiert oder gespeichert werden. Große Datenvolumina lassen sich über die Ultra Wideband-Kommunikation (kurz: UWB) mit 5G in eine Hochleistungscloud auslagern. Kurz gesagt, Edge Computing bietet eine Geräteverarbeitung mit geringer Latenz und hoher Bandbreite sowie Daten-Offload. Dies wird mit vertrauenswürdigem High-Performance-Computing in der Cloud kombiniert. Das Ergebnis ist ein Entscheidungsprozess in Echtzeit, der erfolgskritisch für Geschäftsszenarien ist.

Industrie 4.0 bietet für Edge Computing eine Reihe unterschiedlicher Anwendungsszenarien, die den Einsatz verschiedener Anwendungen an unterschiedlichen Standorten erfordern. Um High Performance Computing zu gewährleisten, sollten Unternehmen ein verteiltes Cloud-Computing-Modell realisieren, bei dem Anwendungen von mehreren Standorten – einschließlich der Konnektivität – als eine holistische Lösung verwaltet werden. Dies reduziert die Netzwerk-Komplexität. Die Kombination aus Edge und Cloud Computing ermöglicht komplexe Entscheidungsfindungen in Echtzeit und bietet Unternehmen eine zukunftssichere Infrastruktur.

Konnektivität ermöglicht die Fabrik der Zukunft

Einem großen Fertigungsunternehmen mit umfangreichen Fließbandoperationen ermöglichte die Wi-Fi-Konnektivität ihrer Anlagen, dass sie die grundlegenden Betriebsparameter der Produktionsstätten erfassen konnten. Außerdem waren sie in der Lage, die Automatisierung mit den festen Teilen der Anlage zu betreiben. Um ein solches Automatisierungsniveau bereitzustellen, musste das Unternehmen in jeder Produktionsanlage ein lokales Datenzentrum implementieren. Nur so waren sie in der Lage, den Datenbedarf lokal zu decken, ohne die Kommunikation mit Latenzzeiten zu belasten.

experte Internet der Dinge

Welche Funktechnik zu welcher Anwendung passt

Das Unternehmen wollte seine Enterprise Compute Workloads in die Cloud migrieren sowie seine Anlagen vollständig digitalisieren. Die nächste Stufe der Automatisierung sah daher vor, Roboter, fahrerlose Transportsysteme und Mitarbeiter-gestützte Abläufe einzusetzen. Infolgedessen mussten sie ihre Konnektivitätsoptionen grundlegend überdenken – sowohl für die Produktionsstätten als auch für das Unternehmen selbst. Nur so ließ sich der notwendige Wandel realisieren und die Informationen flossen nahtlos über IT- und OT-Systeme hinweg. Das Unternehmen entschied sich für private 5G-Netzwerke, um drahtlose Konnektivität im gesamten Werksbereich zu erlauben. Damit lassen sich die Bewegung des Fließbands, beweglicher Roboter und fahrerlose Transportsysteme ermöglichen und nachverfolgen. Ein weiterer Vorteil: Das Unternehmen ist in der Lage, Edge-Rechenzentren auf Werksebene für den Betrieb fast in Echtzeit und Unternehmens-Workloads in einer Hochleistungscloud zu kombinieren und zu nutzen. Ohne die softwarebasierte und hochgradig konfigurierbare Natur von 5G und seine URLLC/UWB-Qualitäten hätte sich dies nicht realisieren lassen. In Zukunft werden sie dadurch auch in der Lage sein, Anwendungen und Anwendungsfälle wie Robotik, digitale Zwillinge, XR usw. ohne Sicherheitsbedenken über den Edge verteilt einzusetzen und somit dynamisch zu skalieren.

Das Beispiel zeigt die Vorteile von Rechenzentrumsinstallationen am Edge für eine schnelle Datenanalyse und -archivierung – und zwar ohne die Latenz in Fast-Echtzeit zu beeinträchtigen. Dadurch sind Fertigungsunternehmen dem Wettbewerb einen Schritt voraus und erhalten außerdem einen schnellen Return on Invest ihrer Investitionen.

* Gopikrishnan Konnanath arbeitet als Senior Vice President, Global Head – Engineering Services and Blockchain bei Infosys Limited.

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