5G in Industrie und Logistik – Einblicke von Zebra Technologies
Fakten
Der Netzausbau ist global schwer zu vergleichen. In Flächenländern konzentriert er sich auf die Ballungszentren und Hauptverkehrswege; in dicht besiedelten Regionen ist die Verbreitung höher, die Übertragungsgeschwindigkeit aber oft niedriger.
Zebra hat kürzlich eine neue globale Warehousing Vision Study durchgeführt, um die Trends und Stimmungen zu untersuchen, die operative Entscheidungen und Investment in der Logistik beeinflussen. Die Ergebnisse liefern ermutigende Neuigkeiten: Logistiker tätigen erhebliche Investitionen, um die Bedürfnisse von Kunden und Mitarbeitern besser zu erfüllen, die Besetzung offener Stellen zu erleichtern, und einen Vorsprung vor Wettbewerbern zu erreichen bzw. auszubauen.
Releases
Hohe Datenübertragungsraten, geringe Latenzzeiten und sichere Datenverschlüsselung – das sind drei hervorstechende Funktionen des 5G-Netzes. Die fortwährenden Überarbeitungsstufen oder Releases bilden seit Release 16 (R16) im Jahr 2019 die steigenden Anforderungen von Unternehmen im Rahmen der technologischen Möglichkeiten ab. Mit R16 wurde die Errichtung privater Netzwerke möglich; Campusnetze und eigenständige 5G-Werknetze beruhen darauf. Network Slicing, bei dem Teile eines Netzwerkes eigenständig verändert werden können, und exakte Standortbestimmung bis auf wenige 10er-Zentimeter sind weitere Funktionen von R16. Seit 2020 wird am R17 gearbeitet. Optimierte Batterienutzung, Zugriff via Satellit und schnellere V2X-Datenübertragung werden unter anderem dadurch möglich.
Im September 2022 wird mit der Arbeit an R18 begonnen; planmäßig soll sie im Dezember 2023 abgeschlossen sein. Die Umsetzung von R16 und R17 verläuft derweil nicht planmäßig. Da sich die Auslieferung R16-fähiger Chipsätze verzögert, ist R16 noch nicht voll implementiert. Mit der Umsetzung der Spezifikationen aus R17 rechnen Marktbeobachter nicht vor dem ersten Quartal 2023.
Lesen Sie die Details der Studie hier: Zebra Technologies - Warehouse Agility - Vision Study
Praxis
In der Praxis ist das 5G-Netz in Teilen adoptiert. Die bestehende 4G- Telekommunikationsinfrastruktur ermöglicht zwar jetzt schon den Zugang von Endgeräten zum 5G-Kernnetz. Bislang sind Mobilfunkmasten mitsamt Antennen, Funktechnik und Anbindung jedoch noch nicht flächendeckend überholt worden. Da die Übertragungsreichweite bei 5G geringer ist, werden sehr viel mehr Mobilfunkmasten und Antennen benötigt. Der volle Funktionsumfang des 5G-Netzes wird erst erreicht, wenn sowohl Zugangsnetz als auch Kernnetz die Funktionen von 5G unterstützen. Dann spricht man von „5G SA (stand-alone)“. Die Verbreitung von 5G-fähigen mobilen Endgeräten ist hingegen weit fortgeschritten. China führt mit 84% 5G-fähigen Smartphones; in Nordamerika sind es 73% und in Europa 76%.
5G in Europa und weltweit
Einzelne Metropolregionen verfügen bereits über funktionsfähige 5G-Netze. China weist die meisten von ihnen auf. Dort sind es 2022 insgesamt 356 Städte oder Regionen, in den USA 296 und auf den Philippinen 98. Interessant ist dabei, dass diese Zahlen im Vergleich zu 2020 fünf- oder sechsmal höher sind. Der Netzausbau erfolgt also rapide. In Europa führt die Schweiz mit 84 5GNetzen. In Deutschland konzentrieren sich 5G-Anwendungen auf private Campusnetze und Werkseinrichtungen. 58 funktionsfähige 5G-Netze gibt es hier. Damit rangiert Deutschland auf Rang 8 im internationalen Vergleich zum 5G-Netzausbau. Nur ein Bruchteil der bestehenden 5G-Netze ist „stand alone“; die meisten satteln auf bestehenden 4G-Netzen auf. Mit eigenständigen 5G-Netzen wird das Versprechen von 5G komplett eingelöst werden und mehr als ein erweitertes Mobilfunknetz werden.
Aufwärtstrend in der Anzahl von 5G-Mobilfunkanschlüssen (Quelle: Statista & Ericsson)
Anwendungsszenarien
Die Anwendungsfelder für 5G sind vielfältig. In den hier aufgeführten Bereichen ermöglicht der 5G-Standard jetzt schon innovative Prozesse.
KI
5G und Künstliche Intelligenz (KI) bedingen sich gegenseitig. Die erheblich größeren Datenmengen im 5G-Netz werden mit Hilfe von Algorithmen analysiert und die KIs benötigen ihrerseits für ihre Arbeit eine schnelle Datenübertragungsrate. Zum Einsatz kommt dieses Dreamteam beispielsweise in der Montage und für bandbreitenintensive Anwendungen wie machine vision.
Vision
Maschinelles Sehen ist eine rechenintensive Aufgabe, die spezielle Ressourcen und komplexe Anwendungsunterstützung erfordert, um aussagekräftige Daten aus der Analyse von Stand- oder Bewegtbildern zu gewinnen. Durch die latenzfreie Übertragung großer Datenmengen wird die KI-gestützte Bildanalyse möglich.
Robotik
Industrieroboter arbeiten komplett kabellos und zuweilen in sicherheitssensiblen Bereichen. In solchen Fällen ist der Roboter mit einer umfassenden Sicherheitssensorik versehen. Sobald sich ein Mensch im Nahbereich des Roboters befindet, wird die Anlage aus Sicherheitsgründen gestoppt. Mit 5G beträgt die Ende-zu-Ende-Verzögerung bei diesem Vorgang ungefähr eine Millisekunde.
Standortbestimmung
Für zeitkritische Anwendungsfälle ist eine zuverlässige Standortbestimmung in Echtzeit wichtig. Mit R17 ist beispielsweise in der Fabrikautomation eine Verbesserung der 5GPositioniergenauigkeit auf 20 bis 30 cm möglich. Paketdrohnen wären dann eine Möglichkeit im Außenbereich; Distributions- und Logistikzentren mit Robotern könnten ihren Durchsatz erhöhen.
Autonome mobile Roboter (AMRS)
AMRs sind größtenteils flache Fahrzeuge unterschiedlicher Größe, die sich selbständig fortbewegen. Sie bieten den Vorteil, sich flexibel an die Umgebung anpassen zu können. Es bestehen nur geringe Implementationsanforderungen. Im Warennachschub an Produktionslinien sind sie sehr nützlich. AMR können genau da hinfahren, wo gerade Assistenz gebraucht wird.
Autonomes Fahren
5G ermöglicht beim autonomen Fahren die notwendige Kommunikation zwischen den Fahrzeugen. Anwendung findet dies insbesondere bei fahrerlosen Flurförderfahrzeugen (AGVs). Automobilhersteller nutzen 5G auf kurzen Teststrecken innerhalb des Werks für autonome Testfahrten mit Prototypen, um Performancedaten in Echtzeit aus dem fahrenden Auto zu gewinnen.