Wireless-Intralogistik vernetzt Sensoren Aktoren und IT
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Wireless-Intralogistik vernetzt Sensoren Aktoren und IT

5G, NB-IoT, WLAN oder LoRaWAN vernetzen Produktionsmittel und Werkstoffe
Wireless optimiert die Intralogistik

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Digitalisierung und Industrie 4.0 verändern die Produktionswelt. Kürzere Innovationszyklen, eine wachsende Zahl von Varianten, Losgröße 1 sowie eine effizientere Nutzung von Produktionsanlagen und Ressourcen zwingen zum Einsatz innovativer Technologien in der Intralogistik. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Kommunikation zwischen der Vielzahl von Sensoren, Aktoren sowie der IT. Welche Rolle dabei die drahtlose Kommunikation einschließlich 5G spielt und ob sich daraus neue Geschäftsmodelle erschließen lassen, das diskutieren Experten der Branche.

Andreas Gees, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion

Inhaltsverzeichnis

1. Wachsende Anforderungen in der Intralogistik
2. Der Nutzen von Campusnetzen
3. 0G-Netze als Alternative
4. FTS erfordern kurze Latenzzeiten
5. Wireless-Kommunikation für neue Geschäftsmodelle

 

Immer kürzere Innovationszyklen, eine rasant wachsende Zahl von Varianten bis hin zur Fertigung in Losgröße 1 stellen die Industrie vor enorme Herausforderungen. Dabei führt die Flexibilisierung der Produktionswelt zu erheblichen Mehrkosten und höherem Zeitdruck. Wettbewerbsvorteile lassen sich nur dann erzielen, wenn ein Unternehmen schnell und flexibel auf sich ändernde Marktbedingungen reagiert, wenn es Losgröße 1 zu den Kosten der Serienfertigung produzieren kann. Idee von Industrie 4.0 ist laut Bundesministerium für Bildung und Forschung/BMBF: „Mit intelligenteren Monitoring- und Entscheidungsprozessen sollen Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in nahezu Echtzeit gesteuert und optimiert werden. Nur mit wandelbaren Produktions- und Logistiksystemen lässt sich der Materialfluss so optimieren, dass auch auf nicht vorgeplante Ereignisse effizient reagiert werden kann.“

Wachsende Anforderungen in der Intralogistik

Dr. Anton Schäfer, verantwortlich für den Bereich Travel, Transport & Logistics bei der Telekom, bestätigt das: “Einzelprozesse in der Produktion sind vielfach standardisiert und digitalisiert. Deren Vernetzung ist jedoch hoch komplex. Künstliche Intelligenz, Big Data und Data Analytics optimieren zukünftig die gesamte Wertschöpfungskette. KI übergibt in der robotergesteuerten Prozess-Automatisierung Routineaufgaben an Software-Roboter. Und spezielle Maschinen- und Sensornetze wie NB-IoT oder LTE-M als Teil von 5G binden Sensoren ins Internet der Dinge ein.“ Das erfordere laut Dr. Anton Schäfer einen enormen Aufwand bei der Kommunikation: „In den Campus-Netzen der Unternehmen arbeiten dann Transport-Roboter drahtlos vernetzt. Um die wachsenden Anforderungen an die Data-Security zu erfüllen, hilft die Blockchain-Technologie bei der lückenlosen Dokumentierung der Prozesse.“ Deshalb, so kommentiert Dr. Anton Schäfer, rückten Themen wie Track & Trace, Predictive Maintenance, Zugangsmanagement über digitale Schlüssel und digitale Leitsysteme in den Fokus der Intralogistik. Schäfer hält deshalb einen Wandel in der Intralogistik für notwendig, um auf die wachsenden Anforderungen zu reagieren: „Logistische Netzwerke und Lieferketten werden in der Struktur immer komplexer – mit steigenden Datenmengen. Dabei steigt die Forderung nach Flexibilität in jeder Phase des Prozesses. Da helfen nur Transparenz und ein bedingungsloser Umstieg von Papier auf digitale Prozesse.“ Als ein Beispiel nennt er das digitale Frachtpapier, bei dem eine elektronische Anzeige mit GPS-Modul immer die gerade benötigten Papiere anzeigt. Dabei erleichtere der weltweite Electronic-Data-Interchange-Standard den Austausch von Geschäftsdaten, Track & Trace sowie Blockchain-basierte Prozesse. „Entscheidend ist die technologische Ausstattung und eine passende IT-Infrastruktur für vernetze Endgeräte und Anwendungen“, so Dr. Schäfer: „Sie sorgen für Konnektivität mit möglichst geringen Latenzzeiten bei gleichzeitig bestmöglicher IT-Sicherheit. Es gilt: Mutig voranzugehen – Entscheider müssen die digitale Transformation als Wachstumschance begreifen.“

Laut Eckard Eberle, CEO Siemens Process Automation, wird die digitale Transformation in der Industrie vor allem durch die Notwendigkeit angetrieben, auf eine immer höhere Volatilität und weiterwachsende Produktvielfalt adäquat zu reagieren, und insbesondere dabei auch die Prozessqualität zu steigern. Eberle: „Antworten darauf sind der Einsatz digitaler Systeme, die unterschiedliche Prozesse mit einem ‚digitalen Zwilling‘ ergänzen. Was es hier braucht ist ein kontinuierlicher, leistungsfähiger, flexibler und sicherer Abgleich der realen Vorgänge mit den IT-Systemen und der Cloud – etwas, was wir als Digital Connectivity bezeichnen. Und da die digitale Transformation die gesamte Wertschöpfungskette betrifft, kann sich auch die Intralogistik diesen Anforderungen nicht entziehen.“ Höhere Flexibilität bei geringeren Kosten bzw. Fehlern sei das, was auch die Intralogistik leisten müsse, kommentiert Eckard Eberle, wobei die Grundaufgabe natürlich gleichbleibe: „Das heißt, die richtigen Komponenten zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu haben. Im Detail bedeutet das unter anderem auch: schnellere und automatisierte Bestellungen, lückenlose Erfassung aller Warenbewegungen, dynamische und intelligente Reaktion auf Änderungen aller Art.“ Wie Andreas Schenk, Produktmanager Wireless bei Steute Technologies, meint, geht der Trend weiterhin zur durchgängigen Automatisierung der Prozesse: „Die Unternehmen möchten so Zeit sparen und ihre Effizienz steigern, aber sie möchten auch die Prozesssicherheit erhöhen.“ Hinzu komme, dass immer mehr Produkte ‚on demand‘ gefertigt würden oder in kundenspezifischen Varianten. Schenk: „Fertigung und Logistik werden somit immer komplexer. Das müssen die Software-Lösungen wie ERP- oder MES-Systeme abbilden, und zwar immer häufiger nicht für bestimmte Jobs und Losgrößen, sondern für jedes einzelne Produkt.“ Letztlich entspreche diese Infrastruktur auf der Datenseite dem digitalen Zwilling der smarten Fabrik. Um diese vielfältigen neuen Aufgaben übernehmen zu können, müssten die ERP-Systeme immer leistungsfähiger werden. Andreas Schenk: „Über standardisierte Schnittstellen docken sie dann an Subsysteme wie unser Funknetzwerk an.“

Das führe dann zu den notwendigen Veränderungen. „Wenn jedes einzelne Produkt auf seinem Weg durch Fertigung, Montage und Kommissionierung datentechnisch begleitet wird – und das ist eindeutig der Trend –, benötigt man leistungsfähige IT-Lösungen und auch Kommunikationsnetze, die mit dem Datenvolumen Schritt halten“; erläutert der Produktmanager Wireless: „Das ist durchaus anspruchsvoll. Hier befindet sich die Branche gerade im Umbruch.“ Man sehe in einigen Bereichen einen starken Trend zu flexiblerer Funktion, so Schenk. Die Autohersteller verzichteten aufs Fließband, das exakt 100 Jahre lang die Produktion dominiert habe, und in Forschungsinstituten erprobe man Konzepte wie die Matrixproduktion, mit der man zum Beispiel heute Autoräder und morgen Kochtöpfe herstellen könne: „Das heißt aber auch, es müssen mehr Daten übertragen werden.“

Einen weiteren Aspekt bringt Michael Braun, Marketing & QM/UM bei Unitronic, in die Diskussion: „Wir sehen im Rahmen der Digitalisierung der Geschäftsprozesse definitiv einen Trend zur Homeoffice-Arbeit – sprich, überall dort, wo die Arbeit nicht ortsgebunden ist, können Mitarbeiter auch von zu Hause aus Prozesse steuern. Dazu zählen auch flexible Arbeitszeiten, die die Arbeitgeber ihren Angestellten zugänglich machen.“ Speziell im Bereich der Intralogistik werde der Einsatz der Robotik immer wichtiger. Kommissionierroboter übernehmen immer mehr die automatisierte Lagerarbeit, indem sie Produkte aus Lagerbehältern entnehmen und diese in Kommissionierbehältern ablegen. „Trotz des hohen Automatisierungsgrads in der Fertigung sehen wir allerdings auch einen Trend zum ‚One man, one engine-Verfahren‘. Diese Philosophie, in der ein einziger Techniker beispielsweise einen einzigen Motor baut, ist stark auf den einzelnen Mitarbeiter fokussiert und stellt somit nicht nur die Qualität sicher, sondern fördert auch einen hohen Identifikationsgrad der Mitarbeiter.“

Der Nutzen von Campusnetzen

Einen Sprung in die Zukunft erlaube deshalb das Campus-Netz, also die exklusive drahtlose Vernetzung von definierten lokalen Produk-
tionsstätten durch den Ausbau von lokaler Mobilfunkinfrastruktur, erwartet Dr. Anton Schäfer von der Telekom. Das schaffe eine durchgängige Funkversorgung in Gebäuden und auf dem Gelände und erklärt es zum Muss für Track-&-Trace-Lösungen und digitale Leitsysteme. Zentral gesteuerte Transportfahrzeuge befördern heute autonom Materialien über das Fabrikgelände, Produktionsmaschinen geben Bescheid, wenn die nächste Wartung ansteht. Die 5G-Technologie biete dafür viele der erforderlichen Eigenschaften wie extrem hohe Bandbreite, kurze Latenzen und eine verbesserte Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit – bei wenig Energiebedarf, so Schäfer: „Das geschlossene Funknetz bietet hohe Datensicherheit. Umgekehrt ist das private Funknetz jedoch an das normale Mobilfunknetz angebunden für Kommunikation mit Partnern oder Zulieferern. Die Kosten sind weitaus geringer als für drahtgebundene Lösungen: Es müssen keine zusätzlichen Kabel auf dem Gelände verlegt werden.“

0G-Netze als Alternative

Mit den sogenannten 0G-Netzen sowie industriell gehärtetem WLAN sind darüber hinaus weitere Alternativen für die Vernetzung in der Intralogistik im Gespräch. Die Deutsche Telekom habe sich strategisch für die Maschinen- und Sensorennetze NB-IoT und LTE-M als Teil von 5G entschieden. Im Vergleich zu NB-IoT biete LTE-M höhere Datenraten und geringere Latenzzeiten, erläutert dazu Dr. Anton Schäfer. Auch die Abdeckung in Gebäuden übertreffe die der Standard-GSM-Technologie deutlich und die erwartete Akkulaufzeit sei fast so gut wie bei NB-IoT. „Weitere Pluspunkte sind die vernetzte Mobilität, also die Fähigkeit zur verlustfreien Datenübergabe zwischen Zellen und SMS-Unterstützung“, so der Telekom-Mitarbeiter. Die weltweite Standardisierungsinitiative 3rd Generation Partnership Project habe zugesagt, dass NB-IoT und LTE-M im Rahmen der 5G-Spezifikationen weiterentwickelt werden und damit langfristig gesichert sind.

Gerade weil es bei der Intralogistik um bewegliche Objekte, also Güter und Transportmittel gehe, seien Funktechnologien unverzichtbar, meint Eckard Eberle: „5G – und insbesondere die Ausprägung Industrial 5G mit lokalen Frequenzen und ihrem Schwerpunkt auf geringe Latenzzeiten – wird zum Beispiel als optimale Kommunikationstechnologie zur Steuerung und Koordination von autonomen Transportfahrzeugen und mobilen Robotern gesehen.“ Aber es gebe weitere Funktechnologien, die ebenso wichtig erscheinen. Er nennt ein Beispiel: „Durch Real-Time Locating Systeme (RTLS) ist es möglich, den Warenfluss innerhalb eines Werks lückenlos zu überwachen und zu steuern. Und wenn die RTLS-Transponder – wie bei Simatic RTLS – über ein dynamisches Display verfügen, können auch neue Interaktionsformen mit den Mitarbeitern gestaltet werden – in dem z.B. eine Materialbox automatisch anzeigt, welche Materialien in der Box liegen und wohin sie als nächstes gebracht werden muss.“ Unterschiedliche Technologien verfolgten in der Regel unterschiedliche Zielsetzungen, sodass hier eine pauschale Antwort kaum möglich sei. Allerdings gibt Eberle zu bedenken, dass 5G nicht die Antwort auf alle Fragen sein kann. Neben technischen Parametern müsse auch die Tauglichkeit für bestimmte Use Cases, die Auslegungs- und Betriebskosten, Verfügbarkeit in bestimmten Regionen und Ländern betrachtet werden. Siemens wird auch künftig unterschiedliche Funktechnologien wie 5G oder Wi-Fi 6 unterstützen.

Campusnetze sind nach Meinung von Michael Braun auf die individuellen Bedürfnisse der Nutzer zugeschnitten und erfüllen zukünftige Anforderungen aus dem Umfeld der Industrie 4.0. „Typische Eigenschaften solcher Campusnetze sehen wir in geschlossenen Funknetzen, starker Datensicherheit, schneller Datenübertragung mit niedrigen Latenzzeiten, garantierter Verfügbarkeit von hohen Bandbreiten mit einem definierten Datendurchsatz sowie sehr hoher Zuverlässigkeit bei wenig Energiebedarf“, erläutert Braun. Natürlich gebe es bereits Campusnetze auf der Basis von Office-WLANs oder den etwas robusteren Industrie-WLANs. „Steigt in einem Unternehmen jedoch die Zahl der vernetzten Maschinen und Anwendungen, sind leistungsfähigere Mobilfunknetze notwendig. Außerdem eignet sich WLAN nicht für mobile Szenarien, etwa für fahrerlose Transportsysteme in der Logistik“, meint Michael Braun.

FTS erfordern kurze Latenzzeiten

Andreas Schenk von Steute sieht die Vorzüge von 5G vor allem in den Applikationen, wo WLAN an seine Grenzen stößt. Selbstverständlich seien die Objekte in der Intralogistik nicht statisch, da sie sich kontinuierlich durch die Fabrik bewegten, könne ein effizienter Informationsfluss nur kabellos, also per Funk erfolgen. „Bisher nutzen die Pioniere solcher Anwendungen, z.B. die Automobilhersteller, WLAN-Lösungen, die aber in der Praxis oft an Grenzen stoßen – zum Beispiel bei der Steuerung von FTS-Flotten“, erläutert Schenk: „Hier sind die Latenzzeiten oft sehr hoch, manchmal zu hoch. Genau hier ist 5G ideal – ein leistungsfähiges und zuverlässiges Netz, das für Dutzende von Applikationen genutzt werden kann und in dem jedes einzelne Produkt, jedes Packstück und jeder Ladungsträger exakt lokalisierbar und steuerbar sind. 5G wird also kommen.“

Für ‚große‘ Applikationen mit hohem Datenvolumen wie einer vollständigen Materialverwaltung werde man künftig wohl 5G nutzen, prognostiziert der Produktmanager Wireless bei Steute. Man müsse sich aber vor allem in wirtschaftlicher Sicht fragen, ob jeder Sensor, der die Belegung eines Regalfeldes oder den Materialbestand in einem Kanban-Fach meldet, eine IP-Adresse brauche – zumal oft hunderte von Sensoren z.B. in E-Kanban-Systeme eingebunden seien. „Solche Anwendungen werden unserer Einschätzung nach auch in Zukunft über einfachere, aber ebenso zuverlässige Funknetze kommunizieren. Diese Netze bieten Vorteile wie einen extrem energiearmen Betrieb. Über die Infrastruktur ließen sich – wie beim Nexy-System von Steute – auch mehrere Applikationen betreiben.“

„Bei Unitronic sind wir davon überzeugt, dass 5G die Schlüsseltechnologie für IoT-Anwendungen in der Zukunft sein wird“, prognostiziert Braun. Die neuen Lösungen böten deutlich höhere Datenraten mit bis zu 10 Gbit/s sowie niedrigere Latenzzeiten von unter 1 ms. Zudem erfolge die Datenübertragung in Echtzeit.

Wireless-Kommunikation für neue Geschäftsmodelle

Selbstverständlich sind mithilfe der Wireless-Kommunikation auch neue Geschäftsmodelle möglich. Da sind sich die Experten einig. Bei T-Systems sieht man vor allem bei Track&Trace-Lösungen hohes Potenzial. „Indoor-Tracking erleichtert das automatische Auffinden von hochpreisigen Warenträgern im Lager“, erläutert Dr. Anton Schäfer: „Das digitale Frachtpapier ersetzt das Papier-Etikett durch ein Telematikmodul mit Display, Temperatur- und Schocksensoren, GPS und Mobilfunkanbindung zur Cloud der Dinge.“ Zustand und Position von Waren ließen sich so über den gesamten Weg verfolgen. Interessant wird es laut Eckard Eberle immer dann, wenn externe Anbieter bestimmte Dinge besser lösen können, als es ein Unternehmen selbst kann. Am Beispiel Materialversorgung mit C-Teilen etwa: „Hier kann ein Betrieb entweder selbst seine Materialien einkaufen, im schlimmsten Fall mit manuell erfassten Kanban-Karten oder dergleichen. Oder man nutzt die Dienste von Firmen wie Würth Industrie Service, die basierend auf Siemens-Technologien den Materialverbrauch in Echtzeit erfassen und die nächsten Materiallieferungen auslösen – sicher und zu geringeren Kosten.“

Andreas Schenk blickt in die Pilotfabriken, in denen mobile Roboter schon heute die Produktion unterstützen. „Wir als Fabrikausrüster müssen ebenfalls umdenken. Wir liefern nicht mehr nur Hardware, sondern Software, die den Materialfluss steuert. Die Sensor Bridge unseres Nexy-Systems ist live an das ERP-System des Anwenders angebunden. Also müssen wir einen Support vorhalten wie ein Softwarehaus, wir müssen Lizenzmodelle und Wartungsverträge anbieten.“ Als Fabrikausrüster seien die Unternehmen außerdem gefordert, neue Schnittstellen zu entwickeln oder Updates aufzuspielen. „Das ist ein sehr spannendes und auch sehr dynamisches Geschäft, mit dem wir uns und unsere Fähigkeiten weiterentwickeln. Es ist auch ein Geschäft, in dem man schneller erfolgreich sein kann als in der klassischen Produktions-Software“, erläutert Schenk von Steute.

Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle sieht auch Michael Braun: „Neue Dienste des Serverless Computing wie Googles Cloud Run werden sich etablieren. Dabei handelt es sich um eine Umgebung, die den Kunden die Verwaltung der Infrastruktur vollständig abnehmen soll.“ Mit Cloud Run sollen Container im Rahmen von Logistikprozessen schnell und einfach ausgerollt werden können.

Info-Tipp

0G-Netze für den Einsatz im Produktionsumfeld

http://hier.pro/8vzzw

Steute Technologies GmbH & Co. KG
Brückenstr. 91
32584 Löhne
Tel.: +49 57 31 745-0
E-Mail: info@steute.com
Website: www.steute.de

Siemens AG
Digital Industries
Gleiwitzer Str. 555
90475 Nürnberg
Website: www.siemens.com

Deutsche Telekom AG
Friedrich-Ebert-Allee 140
53113 Bonn
Tel.: +49 228 181-94542
E-Mail: info@telekom.de
Website: www.telekom.com

Unitronic GmbH
Mündelheimer Weg 9
40472 Düsseldorf
Tel.: +49 211 95 11-0
E-Mail: info@unitronic.de
Website: www.unitronic.de


Eckard Eberle, CEO Siemens Process Automation in Karlsruhe
Bild: Siemens

„Siemens wird auch zukünftig unterschiedliche Funktechnologien wie Industrial 5G oder Wi-Fi 6 unterstützen.“


Dr. Anton Schäfer, verantwortlich für den Bereich Travel, Transport & Logistics bei der Telekom in München
Bild: Telekom/T-Systems

„NB-IoT oder LTE-M als Teil von 5G binden Sensoren ins Internet der Dinge ein.“


Andreas Schenk, Produktmanager Wireless bei Steute Technologies in Löhne
Bild: Steute

„Einfache Anwendungen werden auch in Zukunft über einfachere, aber ebenso zuverlässige Funknetze kommunizieren.“


Michael Braun, Marketing & QM/UM bei Unitronic in Düsseldorf
Bild: Unitronic

„WLAN eignet sich nur bedingt für mobile Szenarien, etwa für fahrerlose Transportsysteme in der Logistik.“


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