Kommt die "Kabeldämmerung"?

Mit 5G-Fabriknetzen zu schlankeren Prozessen und mehr Umsatz

| Redakteur: Jürgen Schreier

Ericsson und ABI Research haben eine Studie veröffentlicht, die anhand von Modellrechnungen im Bereich Fertigung und Logistik Investitionsvolumen für eine 5G- und LTE-Vernetzung und die daraus resultierenden möglichen Ertragssteigerungen analysiert. In beiden Use Cases ist mit Einsparungen bzw. Mehrumsätzen zu rechnen, die den Invest in private Mobilfunknetze erheblich übersteigen.

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Kabellos angebundene Roboter, vernetze Produktionsprozesse und das Echtzeit-Monitoring von Lagerbeständen: Das sind die Vorteile von 5G-Fabriknetzen. Doch rechnet sich der dafür erforderliche Invest?
Kabellos angebundene Roboter, vernetze Produktionsprozesse und das Echtzeit-Monitoring von Lagerbeständen: Das sind die Vorteile von 5G-Fabriknetzen. Doch rechnet sich der dafür erforderliche Invest?
(Bild: Ericsson)

Kabellos angebundene Roboter, vernetze Produktionsprozesse und das Echtzeit-Monitoring von Lagerbeständen - die Vorteile von 5G und Co. im Bereich Industrie 4.0 liegen auf der Hand. Doch was kosten Beschaffung und Einsatz der Technik und welchen ROI (Return on Investment - Kapitalrendite) bringt der Technologieeinsatz mit sich.

Im Vorfeld der Messe SPS 2019 in Nürnberg beantwortet die Studie "Unlocking the Value of Industry 4.0" von Ericsson und ABI Research diese Fragen. ABI Research hat dazu in China, Deutschland, Südkorea, UK sowie in den USA Betriebe aus folgender Bereiche untersucht: Fertigung (Automotive, Elektronik), Retail-Logistik sowie Third-Party-Logistik (3PL).

Auch zwei deutsche Beispiele wurden untersucht

Grundsätzlich gilt: Fertiungs- und Logistikmanager müssen die Betriebskosten senken, indem sie Ausfallzeiten minimieren, die Bestandsverwaltung synchronisieren und Personal und Ausrüstung effizienter organisieren. Zu diesem Zweck sind Unternehmen aus dem Fertigungsbereich und der Supply Chain zunehmend bestrebt, im Rahmen ihrer Strategie der digitalen Transformation neue Technologien einzusetzen - natürlich auch um neue Dienstleistungen zu ermöglichen.

ABI Research prognostiziert, dass der Markt für Smart Manufacturing bis 2030 auf eine Billion US-Dollar mit 4,3 Milliarden drahtlosen Verbindungen wachsen wird. Darüber hinaus hat der Wechsel zu privaten Mobilfunknetzen (Campusnetze) das Potenzial, die Bruttomarge um 5 bis 13 Prozent in Produktions- und Logistikbetrieben zu erhöhen, wenn sie die Anforderungen der Industrie 4.0 vollumfänglich erfüllen.

Private Mobilfunknetze basierend auf 4G/LTE und 5G ermöglichen den Einsatz zahlreicher Industrie-4.0-Tools. Dazu gehören Condition-Based Monitoring (CBM), Real-Time Location (RTLS), Asset Tracking, Bestandsmanagement, Augmented Reality, Wearables, Gebäudeautomation, Robotern und verschiedenes mehr.

Unter den von den Experten untersuchten acht Modellrechnungen zum Einsatz von Mobilfunktechnologie zur Vernetzung von Prozessen im Industrie-4.0-Kontext sind auch zwei deutsche Beispiele in den Bereichen Fertigung und Logistik. Konkret untersuchten die Autoren der Studie eine 500.000 Quadratmeter große deutsche Autofabrik, wie führende deutsche Autobauer sie nutzen, mit Blick auf eine Laufzeit von fünf Jahren.

Einem Investitionsvolumen von 50 Millionen US-Dollar für den Einsatz der benötigten Mobilfunktechnik (exklusive Kosten für Frequenzen) stehen allein 505 Millionen US-Dollar an potenziellen operativen Einsparungen gegenüber. Eine 4,9-prozentige Ertragssteigerung sowie das zusätzliche Produktionsvolumen von bis zu 17.500 Fahrzeugen unterstreichen den Mehrwert der vernetzten Produktion.

Private Mobilfunknetze: Maßanzüge und keine Stangenware

"Die Forschungsergebnisse sind eine gute Indikation für Kosten und Nutzen von Mobilfunktechnologie im industriellen Einsatz", ordnet Jan-Peter Meyer-Kahlen, Leiter des Ericsson Forschungs- und Entwicklungszentrums Eurolab, die Studie ein. "Klar ist aber auch, dass private Mobilfunknetze ein Maßanzug sind und keine Stangenware. Gemeinsam mit unseren Partnern, den Mobilfunknetzbetreibern, nehmen wir daher immer gemäß individuellen Anforderungen des Kunden Maß und konzipieren eine Lösung, deren Kosten natürlich variieren können."

Die maßgeschneiderten Lösungen basieren zu Teilen auch auf den angestrebten Anwendungsfällen. So wurden in der Modellrechnung rund um die Produktionsfläche des exemplarischen deutschen Autobauers Robotik, Bestandsverwaltung und Zustandsüberwachung von vernetzten Geräten angestrebt.

Im Bereich Logistik untersuchten die Autoren das Beispiel eines 50.000 Quadratmeter großen deutschen Warenlagers über eine Laufzeit von fünf Jahren. Das Investitionsvolumen in diesem Fall betrug sechs Millionen US-Dollar für den Einsatz der benötigten Mobilfunktechnik (exklusive Kosten für Frequenzen). Exemplarische Anwendungsfälle im Warenlager: Robotik, Warenverfolgung und die Zustandsüberwachung von vernetzten Geräten. Im Ergebnis identifizierten die Experten eine Ertragssteigerung von 13,2 Prozent, ein zusätzliches Durchlaufvolumen von 15,9 Millionen Paletten und operative Einsparungen in Höhe von 355,5 Millionen Dollar.

Wi-Fi-Einsatz ist nicht beliebig hochskalierbar

Die Autoren der Studie empfehlen (erwartungsgemäß) den Switch zur Mobilfunkverbindung, also zum Fabriknetz auf der Basis von 4G/LTE bzw. 5G. Denn nur so könne die für den Betrieb einer hochautomatisierten Lagers erforderliche Hardware-Infrastruktur wie Lagereinrichtungen, FTS, Roboter und Warehouse-Management-Systemen optimal vernetzt werden.

Das Gleiche gilt für die Fertigung. In der Vergangenheit wurde dies über Industrial Ethernet oder Wi-Fi erreicht, doch wird die wachsende Gerätedichte immer mehr zum Nadelöhr für Wi-Fi und anderen Systeme, die in einem nicht lizenziertem Frequenzspektrum funken. geht es lediglich darum, eine "überschaubare" Anzahl von Geräte zu verbinden, ist dies mittels Wi-Fi (WLAN) meist problemlos machbar. Soll jedoch die Anzahl der Endgeräte in der Produktion hochskaliert werden, stößt man unweigerlich an die Grenzen von Wi-Fi. Hinzu kommt, dass Mobilfunk-Module und GSM-Chipsätze bereits heute günstiger produziert werden als Wi-Fi-Module.

Factory 56 - die 5G-Echtzeitfabrik

Die Grundsteinlegung fand am 20. Februar 2018 statt. Anfang der nächsten Dekade soll die „Factory 56“ von Mercedes-Benz in Betrieb gehen. Alle Produktionssysteme und Maschinen in der Factory 56 werden über eine sichere 5G-Verbindung mit Gigabit-Datenraten und nahezu Echtzeit-Latenzzeiten bei großen Datenmengen verbunden und betrieben. Das 5G-Netzwerk wird es dem Automobilhersteller ermöglichen, Flexibilität, Produktionspräzision und Effizienz zu steigern, da die Industriedigitalisierung und das Internet der Dinge in der Automobilproduktion Realität werden.

Die Montagehalle wird komplett papierlos gestaltet. Die Mitarbeiter arbeiten mit Monitoren und Personal Digital Assistants (PDA). Zur Belieferung der Montagestationen werden flächendeckend Warenkörbe eingesetzt, die in einer sogenannten Pickzone mit Hilfe von intelligenten Picksystemen mit den benötigten Materialien bestückt werden. Insgesamt sind 300 fahrerlose Transportsysteme (FTS) im Einsatz. Die dabei entstehenden Daten werden gesammelt und mittels „Big Data“-Technologie ausgewertet. Diese Erkenntnisse werden zur Verbesserung bestehender Produktions-Prozesse genutzt und beispielsweise auch dazu, per „Predictive Maintenance“ Anlagenstörungen zu vermeiden. Das führt zu höheren Betriebsnutzungszeiten und verbessert den Reifegrad.

Das 5G-Netzwerk wird die Datenverknüpfung oder die Produktverfolgung am Fließband erleichtern. Alle Prozesse werden optimiert und robuster gestaltet und können bei Bedarf kurzfristig an die Marktanforderungen angepasst werden. Als privates 5G-Netzwerk (Campusnetz) wird die intelligente Verbindung von Produktionssystemen und Maschinen im Werk 56 auf sichere Weise durchgeführt. Ericsson und Telefónica Germany bauen das Netzwerk auf, das Lösungen aus dem Angebot von Ericsson Private Networks umfasst und nach Abschluss des Betriebs an Mercedes-Benz übergeben wird.

Mercedes-Benz geht davon aus, dass die Erfahrungen aus dem Werk 56 in die Pläne für die zukünftige 5G-Implementierung in anderen Werken einfließen werden. Markus Haas, CEO von Telefónica Germany, sagt: "Wir starten die 5G-Ära für den Industriestandort Deutschland und bauen das modernste Mobilfunknetz für eines der modernsten Automobilwerke der Welt.

Arun Bansal, President und Head of Europe & Latin America, Ericsson, sagt: "5G steht kurz davor, die Fertigung, wie wir sie kennen, durch sichere und nahezu in Echtzeit verfügbare Konnektivität zu verändern, die zu transformativer Produktivität, Geschwindigkeit und Effizienzsteigerung führen wird. Die Automobilindustrie wird als eine der ersten davon profitieren, ebenso wie Mercedes-Benz, wo wir eng mit dem Unternehmen und Telefónica zusammenarbeiten, um unsere Führungsrolle in der 5G-Technologie für private Netzwerke in Sindelfingen zu verwirklichen".

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