Quelle: inova DE GmbH
Transferzentrum 5G4KMU
Um zu erforschen, welche neuen Produkte, Anwendungen und Geschäftsmodelle 5G ermöglicht, sind 5G-Campusnetze in Stuttgart, Mannheim, Reutlingen, Freudenstadt und Karlsruhe eingerichtet worden. Die Zusammenarbeit mit diesem Transferzentrum 5G4KMU ist in geförderten Projekten, sogenannten Quick Checks und Exploring Projects, möglich.
5G, die fünfte Generation des Mobilfunks, berücksichtigt erstmals die Bedürfnisse der Industrie. So ermöglicht der neue leistungsstarke Mobilfunkstandard die bedarfsgerechte Vernetzung mit hoher Bandbreite, niedriger Latenz und hoher Verbindungsanzahl – und schafft damit die Grundlage für Industrie 4.0 sowie das Internet der Dinge. Um zu erforschen, welche neuen Produkte und Geschäftsmodelle für kleine und mittelständische Unternehmen mit 5G möglich werden, werden fünf 5G-Testumgebungen in Stuttgart, Mannheim, Reutlingen und Freudenstadt und in Karlsruhe betrieben. Deren Fokus liegt vorrangig auf den Bereichen Produktion, Logistik, Labor und Klinik. Dabei wird der neue Mobilfunkstandard bei konkreten Problemstellungen und Anwendungsfällen eingesetzt. Unternehmen bekommen so die Möglichkeit, ihre Produkte und Geschäftsmodelle mit 5G weiterzuentwickeln.
Quick Checks und Exploring Projects
Die Zusammenarbeit ist im Rahmen sogenannter Quick Checks möglich. Darin prüfen die Wissenschaftler die von den Unternehmen eingereichten Produkt- und Geschäftsideen auf ihre Machbarkeit. Anschließend kann die weitere Zusammenarbeit in Form eines sogenannten Exploring Projects erfolgen. In einem Exploring Project wird gemeinsam mit den Unternehmen ein Konzept entworfen, prototypisch implementiert und im 5G-Netz einer der fünf Testumgebungen erprobt. Im Folgenden werden drei Quick Checks und ein Exploring Project vorgestellt. An diesen Projekten sind alle fünf Testumgebungen des Transferzentrum 5G4KMU beteiligt.
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Sie möchten Ihre Projektideen zum Thema 5G mit einer Machbarkeitsstudie und gemeinsamen Workshops genauer untersuchen? Oder Ihre Projektidee gemeinsam mit einer Testumgebung umsetzen? Die Bewerbung für Quick Checks und Exploring Projects ist jederzeit möglich! Hier finden Sie die Bewerbungsformulare.
Kabellose Vernetzung von Automatisierungskomponenten und Robotersystemen
Das Unternehmen fruitcore robotics GmbH aus Konstanz ist Hersteller von Industrierobotern, die sich durch einfache Bedienbarkeit, Flexibilität und ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auszeichnen. Ihr Robotersystem HORST wird in den verschiedensten Branchen und Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel zum Be- und Entladen von Maschinen, zum Stapeln, Sortieren und Verpacken von Produkten, beim Handling von Dreh-, Fräs- und Stanzteilen, aber auch für Pick-&-Place-Anwendungen bei Kleinteilen in der Pharma- oder Medizintechnik sowie in der Elektronik-Fertigung und Prüftechnik. HORST verfügt aktuell über keine kabellose Schnittstelle, die große Datenmengen schnell und zuverlässig übermitteln kann. Eine Erweiterung des Robotersystems um 5G bietet die Möglichkeit, Automatisierungskomponenten wie Sensoren und weitere Maschinen ohne Verkabelungsaufwand an den Roboter anzubinden.
In einem QuickCheck untersuchten die Forschungspartner des Transferzentrums 5G4KMU an den beiden Stuttgarter Fraunhofer-Instituten IPA und IAO sowie auf dem Campus Schwarzwald gemeinsam mit dem Unternehmen, inwieweit das bestehende Robotersystem mit 5G nachgerüstet und mit Sensoren oder weiteren Maschinen verbunden werden kann. Außerdem wurden die dabei anfallenden Kosten aufgeschlüsselt und eine Nutzwertanalyse erarbeitet, bei der alternative Funkübertragungstechniken untersucht worden sind.
Basierend auf einer Ist-Analyse des Robotersystems HORST, wurden unterschiedliche Anwendungsfälle zur Integration von 5G identifiziert. Um den Anwendungsfall mit dem größten Nutzen auszuwählen, führten die Kooperationspartner eine mehrstufige Bewertung der Anwendungsfälle durch: Zunächst prüften sie die technische Machbarkeit des Anwendungsfalls auf Basis der 5G-Standardisierung. Dann folgte die individuelle Nutzenbewertung für das Unternehmen fruitcore robotics GmbH. Schließlich analysierten sie die unterschiedlichen 5G-Betreiberkonzepte (Campusnetze, öffentliches Netz, hybride Mischformen) in Bezug auf deren Integrationsmöglichkeit der identifizierten Anwendungsfälle.
Nach dieser Bewertung sollte die Anbindung von Sensoren an das Robotersystem HORST mittels 5G im Rahmen des Umsetzungskonzepts weiter konkretisiert werden. Dieser Anwendungsfall ist sowohl technisch realisierbar als auch mit allen untersuchten 5G-Betreiberkonzepten anwendbar. Zudem bietet er für fruitcore robotics GmbH den größten Nutzen.
5G4BeeWaTec in der Intralogistik
Das Unternehmen BeeWaTec AG mit Stammsitz im schwäbischen Pfullingen ist Produkt- und Dienstleisteranbieter für Arbeits-, Logistik- und Fertigungslösungen in den Bereichen Lean Manufacturing, Agile Produktion und Industrie 4.0. Die BeeWaTec AG hat sich mit ihren BeeWaTec Guided Vehicles (BGV) in dem Bereich der autonomen mobilen Roboter (AMR) spezialisiert. Die BGV bieten im Vergleich zu herkömmlichen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) flexiblere und dynamischere Lösungen zur Optimierung intralogistischer Prozesse. Momentan werden die BGV über Wi-Fi-Module kabellos betrieben und sollen zusätzlich um eine 5G-Variante modular erweitert werden, um den zukünftigen Kundenanforderungen mit skalierbaren und nachrüstbaren Lösungen weiterhin gerecht werden zu können. Eine Übersicht über 5G-fähige Endgeräte gibt es noch nicht. Auch sind die Vorteile gegenüber der Wi-Fi-Technologie nicht immer ersichtlich. Für das angestrebte Baukastensystem der BeeWaTec AG sind außerdem Informationen wichtig, ob 5G- und Wi-Fi-Module austauschbar und kompatibel sind.
Gemeinsam mit dem Forschungspartner Reutlinger Zentrum Industrie 4.0 des Transferzentrums 5G4KMU wurde in einer Machbarkeitsuntersuchung geprüft, inwieweit das bestehende modulare Konzept mit 5G-kompatiblen Endgeräten nachgerüstet werden kann. Des Weiteren recherchierten die Partner auf dem Markt nach verfügbaren 5G-Endgeräten und verglichen 5G- und Wi-Fi-6-Technologie.
Ein 5G-Campusnetz eignet sich für die Projektidee ideal und bietet der BeeWaTec AG folgende Vorteile: die Unabhängigkeit von öffentlichen Mobilfunkanbietern, eine hohe Netzwerkverfügbarkeit, eine freie Netzwerkkonfiguration, abgestimmt auf die individuellen Anforderungen, und eine hohe Datensicherheit. Allerdings sind im Moment auf dem Markt nur wenige 5G-Standalone-kompatible Endgeräte verfügbar. Aus 31 für die BeeWaTec-Projektidee geeigneten 5G-Endgeräten wählten die Experten elf nach den Kriterien Datenrate, Formfaktor, Marktreife, Schnittstelle, Treiberunterstützung und Preis aus.
Steuerung von Power-Tools durch Edge-Controller über 5G
Das Ettlinger Unternehmen kws Computersysteme GmbH kooperiert im Rahmen eines Exploring Projects mit dem Karlsruher Transferzentrum am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Der Betrieb beschäftigt sich mit der individuellen Planung und Erstellung von Baugruppen und Systemlösungen für die industrielle Steuerung und Prozessautomatisierung. Für eine zuverlässige Vernetzung der Geräte und Steuereinheiten wird der Einsatz von 5G bewertet. Konkret werden kabellose Powertools untersucht, die um eine 5G-Anbindung erweitert werden und ortsunabhängig, schnell und zuverlässig mit dem Server kommunizieren können.
Auf Basis der erhöhten Datenübertragungsrate kann eine größere Menge an Sensordaten erfasst und an das Rechenzentrum übermittelt werden. Die aufwändigen Berechnungsvorgänge zur Verarbeitung der Datenmengen und Bewertung des Zustands einer Maschine werden hierdurch in die Cloud ausgelagert und können mittels 5G mit ausreichend Daten versorgt werden. Das verbessert die Analyse des Fertigungsprozesses und bietet neuartige Möglichkeiten der Prozessüberwachung (Monitoring). Geringere Latenzzeit beschleunigt die Verarbeitung bis zur nächsten Prozessfreigabe.
In der 5G-Testumgebung werden dazu erste Prototypen in das 5G-Campusnetz des Transferzentrums eingebunden und die Verbindungen auf die notwendigen Eigenschaften getestet. Durch Vergleiche unterschiedlicher Netzkonfigurationen werden für den Anwendungsfall günstige Einstellungen gesucht und die Leistungen von 5G in den Vergleich zu herkömmlichen Technologien gestellt. Ziel ist es, die Machbarkeit der zuvor beschriebenen Funktionen zu prüfen und den Grundstein einer kommenden Produktgeneration zu legen.
Kardioshirt für ein telemedizinisches Monitoring über 5G
Zusammen mit der inova DE GmbH arbeiten Forscherinnen und Forscher von der Abteilung Klinische Gesundheitstechnologien am Fraunhofer IPA an einem Wearable, das ein telemedizinisches Monitoring über 5G ermöglicht. Postoperative Herzpatienten werden oft zu früh aus dem Krankenhaus entlassen, da sie nicht mehr als Risikopatienten gelten. Die Patienten möchten entlassen werden, da es ihnen besser geht und der Aufenthalt im Krankenhaus ihren Zustand sowohl physisch als auch psychisch nicht verbessern wird. Auch die Versicherung wird in der Regel den Krankenhausaufenthalt nicht weiter übernehmen. Dennoch müssen diese Patienten für regelmäßige Kontrolluntersuchungen wieder ins Krankenhaus kommen. Etwa ein Drittel von ihnen leidet zudem unter unerkannten Herzrhythmusstörungen.
Um diese Patienten noch Wochen bis Monate nach dem Eingriff zu überwachen, eignen sich ein Remote Wearable Device und eine Telemedizin-Plattform, die den Kardiologen über sich ändernde Gesundheitszustände informiert. Der Kardiologe kann auch die vom Patienten eingenommenen Medikamente verfolgen. Über einen Kommunikationskanal kann der Patient überprüft und der Medikationsplan aktualisiert werden.
Die Vorteile dieser Lösung für den Patienten und den Kardiologen sind enorm. Die Patienten können ihr normales Leben weiterführen, da sie mit einem bequemen T-Shirt mit textilbasierten Sensoren getrackt werden. Die Hardware ist waschbar und die Elektronik leicht aufladbar, sodass ihr tägliches Leben kaum beeinträchtigt wird. Informationen über den Status können online geprüft und die Ärzte über jede Veränderung informiert werden.
Das Einführen der 5G-Kommunikation stellt ein potenziell disruptives Element dar, um solche telemedizinischen Anwendungen zu ermöglichen. Die erhöhte Datenrate, die verringerte Ende-zu-Ende-Latenz und die verbesserte Abdeckung im Vergleich zu 4G haben das Potenzial, selbst die anspruchsvollsten Anwendungen in Bezug auf die Kommunikationsanforderungen zu erfüllen. Durch die Verbesserung der Konnektivität zu Hause, außerhalb des Hauses oder in einem Pflegeheim zielt die Lösung darauf ab, eine nahtlose Überwachung des Gesundheitszustandes des Patienten zu ermöglichen. Im Rahmen eines Quick Checks werden die Kommunikationsanforderungen des Kardioshirts analysiert und in einem Lösungskonzept für die Integration von 5G in das Shirt umgesetzt. Im Anschluss soll das System in einem Exploring Project in 5G4KMU prototypisch umgesetzt und getestet werden.
Keine Fremdkosten
Die Aufwände der Forschungseinrichtungen für Quick Checks und Exploring Projects werden aus den Mitteln des Transferzentrums 5G4KMU finanziert, sodass teilnehmenden Unternehmen keine Fremdkosten entstehen. Auf der Projektwebsite sind die entsprechenden Bewerbungsformulare zu finden.
Ihr Ansprechpartner
Fabian Haag
Mitarbeiter des Forschungsteams Interoperabilität für die Produktion
Telefon: +49 711 970-1330