Projekttitel:
5G-Control Over tiMe sEnsitive neTwork
Fördergeber:
Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen des Landes Nordrhein-Westfalen
Konsortialführer:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
Projektkonsortium:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, RWTH Aachen University – Lehr- und Forschungsgebiet Informationstheorie und Systematischer Entwurf von Kommunikationssystemen (ISEK), Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement, Meastream GmbH, Utimaco GmbH, Mitsubishi Electric Europe B.V. Niederlassung Deutschland, SMS Group GmbH, German Edge Cloud GmbH & Co. KG , Ericsson GmbH, Hirschmann Automation and Control GmbH.
Projektbeschreibung:
5G-Technologie für zuverlässigere Echtzeit-Kommunikation zwischen Maschinen, Robotern und Cloud-Systemen dank Time Sensitive Networking (TSN)
Im Rahmen des 5G-COMET Forschungsvorhaben soll eine Infrastruktur geschaffen werden, welche Ende zu Ende, also von der Maschine bis zur Factory Cloud, den industriellen Anforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit entspricht.
Für den schnellen und zuverlässigen Datenaustausch im 5G-Produktionsnetzwerk wird auf eine Reihe von Standards gesetzt, die zusammengefasst als Time Sensitive Networking (TSN) bezeichnet werden: Diese ermöglichen eine Datenübertragung mit sehr geringen Latenzen und hoher Verfügbarkeit und wurden von der Time-Sensitive Networking Task Group (TSN), einer Arbeitsgruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), erarbeitet. Die Partner im Projekt 5G-Comet wollen die ursprünglich für kabelgebundene Netze entwickelten TSN-Standards nun mit der 5G-Mobilfunktechnologie in einem echtzeitfähigen Gesamtsystem kombinieren. Ziel ist eine hochverfügbare, zuverlässige und sichere Kommunikation aller Komponenten und Module: von der Sensorik und Aktorik auf Feldebene über 5G-Netze und Ethernetverbindungen bis in die Fraunhofer Edge Cloud (FEC).
Quelle: Fraunhofer IPT, Systemarchitektur 5G-COMET.
Im Anwendungsfall der Laserbearbeitung versieht ein Roboter mit einem Spezialwerkzeug komplexe dreidimensionale Oberflächen mit Texturen, Gravuren oder Markierungen. Die exakte Position des Roboters und des Laserwerkzeugs im laufenden Betrieb zu ermitteln und beide Komponenten präzise anzusteuern, erfordert hohe Rechenkapazitäten. Das durchgängige TSN-Netzwerk mit der latenzarmen Datenübertragung bis in die Factory Cloud stellt sicher, dass alle erforderlichen Einzelsysteme schnell und ohne Verzögerungen aufeinander reagieren können. Die kabellose Anbindung der Werkzeugsensorik mit 5G und die ausgelagerte Steuerung in der Factory Cloud erlauben zudem einen modularen und flexiblen Einsatz des Werkzeugs.
Montageanlagen mit kooperierenden Robotern, die eine Montageaufgabe gemeinsam bearbeiten, bilden ein weiteres Anwendungsszenario ab: Wurden bisher die Steuerungen kooperierender Roboter mit großem Hardwareaufwand unmittelbar untereinander verbunden, lassen sich die erforderlichen Rechenprozesse zukünftig in die Factory Cloud auslagern. Sämtliche Berechnungen der Roboterbahnen können dort ausgeführt und die Ergebnisse in das Robotersystem zurückgeführt werden. Die Einbeziehung der TSN-fähigen Netzwerkkomponenten stellt dafür eine durchgängige und zuverlässige Synchronisierung und Verbindung der einzelnen Systeme bereit.
Die Testumgebung für die Forscher bietet der im Mai 2020 gestartete 5G-Industry Campus Europe, an dem in sieben Teilprojekten unterschiedliche Anwendungsszenarien der neuen Mobilfunktechnologie für die Überwachung und Steuerung von Fertigungsprozessen untersucht werden.