Digitaler Zwilling Mit 5G zur kabellosen Maschinensteuerung in Echtzeit

Die 5G-Technik soll etwa die kabellose Datenübertragung beschleunigen. Was das für Maschinen mit digitalem Zwilling bringt, zeigen Forscher aus Kaiserslautern zur Hannover Messe 2022.

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An der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) arbeitet ein Team vom Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation daran, die 5G-Technik für Maschinen praktikabel zu machen. Helfer ist auch ein digitaler Zwilling, der es erlaubt, eine Maschine in Echtzeit zu steuern, wie es heißt.

Der Hintergrund: Um die industrielle Produktion zu digitalisieren, bedarf es einer leistungsfähigen Kommunikationsmöglichkeiten. Eine davon ist momentan insbesondere die 5G-Technik, die nach Ansicht der Forscher die Basis einer kabellosen industrielle Vernetzung sein kann. Das klappe, weil sich damit Daten schneller übertragen ließen sowie Maschinen besser vernetzbar seien als mit anderen kabellosen Kommunikationsmethoden.

5G-Technik steuert ganze Maschinenparks zentral

In der Regel befindet sich an jeder Maschine in einer Werkshalle ein Rechner beziehungsweise eine entsprechende Steuerungseinheit, über die sich die jeweilige Maschine kontrollieren lässt, führt Jan Mertes, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TUK, ins Thema ein. Die Experten möchten diese Steuerung nun zentralisieren und auf einen Hochleistungsrechner, einen sogenannten Edge-Server, auslagern. Dieser Computer hat den Vorteil, an einem beliebigen Ort auf dem Betriebsgelände platziert werden zu können.

Um nun die benötigten Daten der Maschine schnell und reibungslos zu übertragen, setzt man aus den oben genannten Gründen auf die 5G-Technologie. Denn 5G steht etwa für sehr geringe Latenzen, also eine sehr kurze Verzögerungszeit der Kommunikation, bei gleichzeitig hoher Datenrate und -übertragung sowie Ausfallsicherheit, betont Mertes, der im Rahmen seiner Promotion derzeit auch untersucht, wie 5G in einer Werkshalle am besten zum Einsatz kommen kann. Wichtig ist, dass hierbei unter anderem Störungen durch andere Maschinen und weitere Faktoren ausgeschlossen werden. Mit 5G ließe sich sogar ein kompletter Maschinenpark zentral steuern. Die individuelle Software vor Ort und die Steuerungshardware fallen dann ersatzlos weg.

5G-Kommunikation spart Zeit und wertvollen Platz

Das TUK-Team entwickelt zeitgleich einen 5G-kompatiblen digitalen Zwilling für eine Werkzeugmaschine. Es handelt sich dabei um eine Fräse, mit der die 5G-Technik erprobt wird. Die Anlage werde zunächst digital nachgebaut, um die echte Maschine damit dann zu steuern. Der Zwilling verhalte sich dabei genauso wie die physische Maschine – in Echtzeit wohlgemerkt. Auch visualisieren die Experten die Maschine so, dass sie an verschiedene Nutzungsbedingungen angepasst werden kann. Aber auch verschiedene Simulationen würden sich mit dem Verfahren durchspielen lassen.

Interessant sei diese Methode für die Industrie eben deshalb, weil die Steuerung des Maschinen- und Anlagenparks zentral an einen Ort ausgelagert werden kann. Der Arbeiter könne dann alle Maschinen über einen Rechner im Blick behalten und müsse theoretisch nicht vor Ort sein. Zusätzlich lassen sich, weil die üblichen dezentralen Steuerungseinheiten sowie die zentrale Administration wegfallen, Ressourcen und Platz sparen, heißt es weiter. Hinzu komme, dass mit diesem 5G-Ansatz alle Daten auf einem Server liegen. Somit, erklärt Mertens, lassen sich Verfahren der Künstlichen Intelligenz (KI), beispielsweise das Maschinelle Lernen, einfacher anwenden.

Praxistaugliche 5G-Steuerung für die Fertigungsbranche

Die Arbeiten sind in das Projekt „5G Kaiserslautern“ der TU Kaiserslautern eingebunden, wie zu erfahren ist. Dabei arbeitet das Team um Professor Dr. Jan C. Aurich eng mit den Experten des Lehrstuhls für Funkkommunikation und Navigation um Professor Dr. Hans Schotten zusammen, der das Vorhaben koordiniert. Gefördert wird es übrigens vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur.

Das Projekt nebst Werkzeugmaschine und digitalem Zwilling wird ab dem 30. Mai am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz in Hannover in Halle 2 zu begutachten sein.

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