Forschungscampus ARENA2036: Zukunft gestalten mit 5G

Produzierende Unternehmen wie zum Beispiel Automobilhersteller müssen ihre Prozesse in der Produktion genau überwachen und kontinuierlich verbessern, damit sie die hohen Anforderungen an Stückzahl, Qualität und Rückverfolgbarkeit erfüllen. Dabei kann die 5G-Technologie helfen. Das haben Partner von ARENA2026 im Forschungscampus gemeinsam unter Beweis gestellt.

5G kennen viele Menschen aus dem Mobilfunkbereich. Die Technologie macht kabellose Datenübertragungen online schneller und ermöglicht es, mehrere Geräte miteinander zu vernetzen. Diese zuverlässige Vernetzung hilft, wenn Firmen automatisch Prozesse überwachen wollen, in denen zum Beispiel verschiedene Maschinen zusammenarbeiten.

Zusammenarbeit von Partnern führt zu Prototyp

Die beiden Partner des Forschungscampus ARENA2036 Balluff und Nokia haben im Rahmen des vom Land Baden-Württemberg geförderten Projekts „5G Synergieregion“ einen Baustein entwickelt, der dabei hilft, genau das zu leisten. Sie schufen den Prototypen des „5G CMTK“ (Condition Monitoring Toolkit). Unterstützt hat sie dabei ein weiterer Partner des Forschungscampus ARENA2036: Fraunhofer IPA hat die Entwicklung mit Simulationen und Tests begleitet.  

Das Condition Monitoring Toolkit von der Firma Balluff ist ein bereits bestehendes System, das Maschinen- und Umgebungsdaten erfasst, auswertet und überwacht. Es hilft Unternehmen, Abweichungen vom Normalbetrieb sowie den Wartungsbedarf einer Maschine frühzeitig zu erkennen, um dadurch Stillstände zu vermeiden. Die 5G-Technologie ist in der Lage Daten aus der Produktion in Echtzeit und kabellos übertragen zu können - sicher, schnell und mit hoher Zuverlässigkeit. Durch diese Eigenschaften ist unter anderem die Verbindung vieler Maschinen innerhalb von Produktionen möglich. Das Ziel der Forschungspartner bestand darin, CMTK und 5G miteinander zu verbinden und so das bestehende Produkt CMTK zu optimieren. Um dieses Ziel zu erreichen, hat Nokia ein 5G-Campusnetzwerk beim Forschungscampus ARENA2036 als eigenes, privates Mobilfunknetz zur Verfügung gestellt. Außerdem benötigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei Balluff eine Plattform, die die Daten verarbeitet, analysiert und für weitere Anwendungen bereitstellt. Das konnte Nokia in Form eines Application Servers ermöglichen. Beide Technologien, sowohl Netzwerk als auch der Application Server, waren dabei bereits am Forschungscampus ARENA2036 vorhanden und konnten genutzt werden, um das CMTK zu optimieren. Um 5G auch anwenden zu können, integrierte Balluff ein entsprechendes Modem in sein bestehendes Produkt CMTK.

Neues System kann Einsatzzeiten von Maschinen verlängern

Das neu entwickelte 5G CMTK kann jetzt beispielsweise Vibrationen an einer Anlage messen und Abweichungen vom Normalzustand melden. Diese Daten gibt das System beispielsweise an eine Person, die dann direkt die Reparatur der Anlage veranlassen kann. Das spart Geld, weil selbst kleinste Abweichungen frühzeitig aus der Ferne erkannt werden können. 

Die Technik ist insbesondere bei älteren Maschinen, die kontinuierlich überwacht werden müssen, einsetzbar. Ältere Maschinen sind häufig fehleranfälliger, können jedoch aus Kostengründen nicht immer neu angeschafft oder ersetzt werden. Vibrationssensoren, die über 5G kommunizieren, können dabei helfen, sie länger im Einsatz zu halten. Dieses Vorgehen wird als Retrofitting bezeichnet: die nachträgliche Integration digitaler Komponenten in bestehende Maschinen, um diese technologisch auf einen aktuellen Entwicklungsstand zu bringen und ihre wirtschaftliche Nutzungsdauer zu verlängern.

Gemeinsames 5G-Netz wird Basis für Folgeprojekte

Das Projekt ist ein Beispiel dafür, wie die räumliche Nähe und enge Zusammenarbeit der Mitglieder am Forschungscampus ARENA2036 in ganz konkrete Projekterfolge münden. Die Firma Balluff profitierte insbesondere von der kostenintensiven Bereitstellung einer eigenen 5G Infrastruktur, und setzt das System mittlerweile in der eigenen Produktion ein. Nokia nutzte das Projekt, um einen konkreten industriellen Anwendungsfall für die eigene 5G-Technologie umzusetzen. In dem Zuge konnte das Unternehmen die Technologie validieren und weiterentwickeln. Das 5G-Netzwerk wird künftig die gemeinsame technologische Basis für Folgeprojekte und Anwendungsszenarien, die allen Teams im Forschungscampus ARENA2036 zur Verfügung steht.

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert mit der Förderinitiative „Forschungscampus“ die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft unter einem Dach.