Best Practice

5G.NAMICO

01.01.2022-31.12.2023

Projekttitel:
5G.NAMICO: Networked, Adaptive Mining and Construction

Fördergeber:
Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen

Konsortialführer:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Projektkonsortium:
Lehrstuhl für nachhaltige Rohstoffgewinnung, MRE, Lehrstuhl für individualisierte Bauproduktion IP, Construction Robotics GmbH, Nerospec SK GmbH, Kabelwerk Eupen AG, Ericsson GmbH, GHH Fahrzeuge GmbH, BAT Bergbau Service GmbH, BROKK DA GmbH, Liebherr-Werk Biberach GmbH, PORR AG

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens 5G.NAMICO: Networked, Adaptive Mining and Construction wird die Nutzbarmachung des Kommunikationsstandards der 5. Generation in den Anwendungsfeldern Baustelle und untertägiger Bergbau erforscht. Das Projekt läuft über insgesamt 24 Monate und ist in fünf Arbeitspakete aufgeteilt. Das Fraunhofer IPT verfügt bereits über mehrjährige Erfahrung auf dem Gebiet der vernetzten, adaptiven Produktion und hat durch zahlreiche Forschungsvorhaben und Industrieberatungsprojekte eine umfangreiche Expertise hinsichtlich der industriellen Nutzung von 5G aufbauen können.

Im Rahmen des Vorhabens 5G.NAMICO soll ein Transfer der gesammelten Erfahrungen und Kenntnisse auf die beiden Anwendungsfelder Baustelle und untertägiger Bergbau erfolgen. In diesen beiden Anwendungsfeldern ist der Fortschritt hinsichtlich der Digitalisierung geringer als in der industriellen Produktion, wobei durch Digitalisierungsmaßnahmen auch auf Baustellen und in untertägigen Bergwerken enorme Optimierungspotenziale gehoben werden können. So kann die Nutzung moderner Kommunikationsstandards bspw. zur Automatisierung bzw. Fernsteuerung von Bau- und Bergbaumaschinen beitragen.

Ebenso ermöglicht ein moderner Kommunikationsstandard die Erhebung und anschließende Nutzung von Felddaten aus den oftmals weit verstreuten Maschinen auf der Baustelle bzw. im Bergwerk. Aus diesem Grund werden im Forschungsvorhaben 5G.NAMICO Testumgebungen zur Schaffung einer Echtzeit-Kommunikationsinfrastruktur in den beiden Anwendungsfeldern in Betrieb genommen. Dazu müssen in einem ersten Schritt Use Cases definiert werden, die im Rahmen des Projektes umgesetzt werden. Anschließend können die zu realisierenden 5G-Netze geplant und aufgebaut werden.

Aufgrund der dynamischen Umgebungsbedingungen und den zu erwartenden Umwelteinflüssen (Stäube, Feuchtigkeit, etc.) sind umfangreiche Tests erforderlich, bspw. um geeignete Sende- und Empfangskomponenten sowie deren Positionierung in den abzudeckenden Bereichen zu identifizieren. Anschließend erfolgt die technische Planung der 5G-Netze. Dabei müssen die Anforderungen aus den zuvor definierten Use Cases erfüllt werden und die herrschenden Umgebungsbedingungen und -einflüsse berücksichtigt werden. Die Übertragung eines Signals über kilometerlange Strecken in untertägigen Bergwerken und der sich kontinuierlich ändernde Baufortschritt auf Baustellen sind dabei Beispiele für die besonderen Herausforderungen, die sich im Projektverlauf ergeben.

Nach der technischen Planung erfolgt die Inbetriebnahme der Netze. Dabei werden Performancemessungen (Up- und Downlink) in strategisch bedeutsamen Netzabschnitten durchgeführt, um ggf. Netzparameter zu optimieren und somit die Umsetzung der Use Cases zu ermöglichen. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme und Optimierung der 5G-Netze werden diese durch die Umsetzung der Use Cases validiert. Sowohl auf der Baustelle als auch im untertägigen Bergwerk soll dazu die Fernsteuerung einer Maschine umgesetzt werden. Ein zentrales Element der Fernsteuerung einer solchen Maschine ist die Echtzeit-Umgebungserfassung, um einen sicheren Betrieb der Maschinen gewährleisten zu können. Die dafür erforderlichen Datenraten können mit herkömmlichen Kommunikationsstandards nicht übertragen werden, sodass die Nutzung von 5G an dieser Stelle enormen Mehrwert liefern kann.

Durch das Beschriebene Vorgehen werden erste praktische Versuche zur Nutzbarmachung von 5G als Kommunikationsstandard auf Baustellen und untertägigen Bergwerken umgesetzt. Der zu erwartende Erkenntnisgewinn ist vielfältig. So können Nachfolgeprojekte auf den Versuchen aufbauen und einen weiteren Schritt in Richtung der Autonomisierung von Bau- und Bergbaumaschinen gehen. Auf diese Weise können deutsche Unternehmen ihre Marktanteile in den betreffenden Branchen ausbauen und gleichzeitig dem immer weiter ansteigenden Fachkräftemangel auf Baustellen und in Bergwerken entgegenwirken. Darüber hinaus ergeben sich durch die praktischen Versuche neue Perspektiven zur Weiterentwicklung der mobilen Kommunikation. So können die gewonnenen Erkenntnisse in die Entwicklung der nächsten Generationen der Kommunikationsstandards einfließen.