Futuristische Illustration von 5G
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04.09.2017 Fachbeitrag 457 0

5G-Technologien als zentraler Baustein der Digitalisierung

Industrieautomatisierung in Kombination mit digitalen Dienstleistungen ist mit wachsenden Anforderungen an die Kommunikationstechnologien verbunden, die im industriellen Umfeld eingesetzt werden. Zentrales Nervensystem der vierten industriellen Revolution stellen dabei Netzwerktechnologien dar. In der Trendbefragung der Fachzeitschrift „elektro AUTOMATION" erklärt VDE-Experte Alexander Bentkus, Technical Manager Standardization Council Industrie 4.0, welche Potenziale künftige 5G-Technologien für das industrielle Internet bieten können und welche Herausforderungen damit verbunden sind.

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VDE-Experte Alexander Bentkus: „Im industriellen Einsatz sind lokale Funknetze durch diverse Sicherheitsmechanismen besonders geschützt.“

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elektro AUTOMATION: 5G und echtzeitfähige lokale Funknetze eröffnen eine Vielzahl neuer Anwendungen von Industrie 4.0 bis zum automatischen Fahren. Gleichzeitig sind sie anfällig für Cyberattacken. Wie lässt sich hier die IT-Security sicherstellen?

Alexander Bentkus: Im industriellen Einsatz sind lokale Funknetze durch diverse Sicherheitsmechanismen besonders geschützt und auch die 5G-Technologie verspricht neue Schutzmechanismen. Grundsätzlich gilt Security by Design und somit das Ausschöpfen einer optimalen Sicherheitsarchitektur für den konkreten Anwendungsfall. Mit zunehmender Abhängigkeit an Funksysteme sind resiliente Netzwerkstrukturen weiter zu erforschen, um somit auch potentiellen Angriffen entgegenzuwirken.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielen 5G-Netze mit Blick auf die drahtlose Übertragung von Sensorsignalen? Sehen Sie hier insbesondere im Automatisierungsumfeld Potenziale? Bietet dafür Narrowband-IoT (NB-IoT) mehr Vorteile?

Alexander Bentkus: Die 5G-Technologie ist die Weiterentwicklung der 4G-Technologie für die Datennutzung – Stichwort mobiler Breitbandanschluss. Darüber hinaus wird der Mobilfunk mit der 5G-Technologie neue Machine-to-Machine-Einsatzbereiche adressieren: Der eine Einsatzbereich ist die Massenkommunikation von Sensoren unter Berücksichtigung von niedrigem Energiebedarf, geringen Kosten, kleinem Datenvolumen und der hohen Anzahl von Sensoren aus Gebäuden, Energienetze, Verkehr usw. Diese können mit NB-IoT oder 5G-Narrowband optimal abgedeckt werden. Der andere Einsatzbereich adressiert die Qualitätskommunikation und ist durch höchste Verfügbarkeit, sehr geringer Latenz und hohen Anforderungen an die Verbindungszuverlässigkeit geknüpft. Für jeden Einsatzbereich ist daher ein optimaler Technologiezuschnitt notwendig und wird auch zukünftig nicht mit „einer“ Technologie abgedeckt werden können. 5G muss in manchen Einsatzfällen nicht bis zum Sensor „sprechen“, sondern kann als „Koordinator“ über ein geeignetes Frequenzspektrum Qualitätsressourcen bereitstellen und andere Funktechnologien im Wirkbetrieb bei der Ausführung unterstützen.

„Industrie 4.0 steht für Vernetzung und Flexibilität"

elektro AUTOMATION: In der Fertigung müssen IT- und Kommunikationssysteme bedingt durch Industrie 4.0 zunehmend Echtzeit-Anforderungen erfüllen. Ein Anwendungsbeispiel hierfür ist ein 5G-basierter Industrieroboter (Kooperation von Kuka + Huawei). Welche weiteren Anwendungen sind im Zusammenhang mit 5G-Funktechnologien denkbar und was hat Ihr Unternehmen diesbezüglich zu bieten?

Alexander Bentkus: Industrie 4.0 steht auch für Vernetzung und Flexibilität und erfordert somit leistungsfähige Funktechnologien für die Umsetzung. Mit der 5G-Technologie ist ein maßgeschneidertes Anforderungsprofil einer Anwendung umsetzbar und kann, je nach Anwendungsfall, beispielsweise den benötigten Datendurchsatz und Latenz, oder eine hohe Anzahl an parallel zu bedienenden Sensoren ermöglichen. Im industriellen Einsatz sind zukünftig verstärkt Anwendungsfelder im Bereich von fahrerlosen Transportsystemen, der Mensch-Maschine-Kollaboration, mobile Werkzeuge und mobile Roboter zu finden.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielt die Entwicklung der 5G-Technologie in Ihrem Unternehmen und welche Unterstützung können Sie Anwendern bei der Einführung und Nutzung des 5G-Standards in der Praxis bieten?

Alexander Bentkus: Die VDE-Gruppe ist in mehreren Bereichen an neuen Technologieentwicklungen beteiligt. Zum einen werden über die VDE-Fachgesellschaften frühzeitig wissenschaftliche Formulierungen von zukünftigen Technologieanforderungen und Szenarien beschrieben und auch veröffentlicht. Als zweiter Baustein spielt die elektrotechnische Normung eine wichtige Rolle in der Anwendbarkeit von neuen Technologien im industriellen Einsatz. Die VDE-Normungsexperten in der DKE beschreiben beispielsweise notwendige Anforderungen und Schnittstellen. Mit dem VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut bieten wir umfassende Absicherungen der Produkte zur Markteinführung.

Netzwerktechnologien als zentrales Nervensystem der Digitalisierung

Industrieroboter in Fertigungshalle

„Industrie 4.0 bedeutet eine Durchgängigkeit über das Internet vom Feldgerät in der Anlage bis zum Entwickler dieser Komponente", Alexander Bentkus.

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elektro AUTOMATION: Netzwerktechnologien sind das zentrale Nervensystem der Digitalisierung. 5G sorgt für ein Zusammenwachsen dieser Technologien und trägt damit entscheidend zum digitalen Wandel bei – in den Fabrikhallen ebenso wie im Straßenverkehr. Welche Herausforderungen müssen Anbieter und Betreiber bei der Umsetzung bewältigen?

Alexander Bentkus: Das Zusammenwachsen kann neue Wertschöpfungspotenziale entfalten und insbesondere für Start-ups und KMU neue Geschäftspotenziale ermöglichen. Dies erfordert neue Betreibermodelle, um den bestmöglichen Einsatz der 5G-Technologie für einen konkreten Einsatzfall bereitzustellen. Zukünftige Betreibermodelle sollten daher eine größere Vielfalt an Betriebsmöglichkeiten beinhalten, beispielsweise vom maßgefertigten Network-Slice bis zum Privatbetrieb für ein 5G-Netz in der Fabrik.

elektro AUTOMATION: Eine besondere Herausforderung ist, dass beim industriellen Internet zwei bislang getrennte Philosophien der Produktentwicklung aufeinandertreffen: die der auf lange Zeithorizonte und Robustheit ausgelegten Maschinenbauindustrie und die von Innovationsdynamik und Flexibilität geprägte IT-Branche. Wie lässt sich diese Problematik lösen?

Alexander Bentkus: Die Herausforderung von unterschiedlichen Produktlebenszyklen der Zulieferkomponenten im Maschinenbau ist heute schon der Fall und wird beispielsweise durch standardisierte Schnittstellen und Modularisierung für ein Nachrüsten bereits vorbereitet. Industrie 4.0 bedeutet eine Durchgängigkeit über das Internet vom Feldgerät in der Anlage bis zum Entwickler dieser Komponente. IT kann somit noch optimaler, entlang des Produktlebenszyklus einer Komponente, den Bedarf permanent anpassen. Um dies zukünftig störungsfrei zu ermöglichen, ist daher eine verstärkte interdisziplinäre Zusammenarbeit zur abgestimmten internationalen Standardisierung notwendig. Mit der Gründung des Standardization Council Industrie 4.0 ist dies bereits in der Umsetzung und mit der Plattform Industrie 4.0 dafür der Rahmen zuvor geschaffen worden.