5G++ FlexiCell

Offene und flexible Industrie-Vernetzung mit 5G-Small-Zentrale: Adaptive Produktion und Intra-Logistik in KMU

Projektbeschreibung
Im Gegensatz zu bereits diskutierten Anwendungen von 5G in der Produktion setzt 5G++ FlexiCell auf die Etablierung von flexiblen 5G-SmallCells für die Produktion in KMU mit der Möglichkeit zur Föderation. Das 5G-Campus-Netz im nomadischen Insel-Betrieb wird als schnittstellenoffene Zellen-Zentrale eines heterogenen, industriellen Kommunika-tions- und Lokalisierungsnetzwerkes betrieben. Diese flexible 5G++ Small-Cell soll im Paket mit Automatisierungslö-sungen entwickelt werden und integriert
• neueste Entwicklungen auf der Komponentenseite (Kommunikation und Automatisierungstechnik/Robotik),
• flexible Geschäftsmodelle wie „Robotics as a Service“ und
• eine Kombination von 5G mit anderen Funkstandards unter Einbindung von Lokalisationslösungen.
Dabei soll nicht nur 5G, sondern auch andere drahtlose und drahtgebundene Kommunikationstechnologien in einem industriellen Fertigungsnetz angeboten werden. Weil genaue Lokalisierung von Waren und Gegenständen für den Erfolg von Industrie 4.0 bedeutend ist, sollen ebenfalls verschiedene Lokalisierungstechnologien zusammen mit einer Supervisory-Control in eine Fertigungs-ITK-Lösung konvergieren. Im Rahmen von zwei FieldLabs „Flexible Produktion und Qualitätssicherung“ und „Optimierung der Intra-Logistik“ soll die Einsetzbarkeit der Projektergebnisse demonstriert werden.r 5G, sondern auch andere drahtlose und drahtgebundene Kommunikationstechnologien in einem industriellen Fertigungsnetz angeboten werden. Weil genaue Lokalisierung von Waren und Gegenständen für den Erfolg von Industrie 4.0 bedeutend ist, sollen ebenfalls verschiedene Lokalisierungstechnologien zusammen mit einer Supervisory-Control in eine Fertigungs-ITK-Lösung konvergieren. Im Rahmen von zwei FieldLabs „Flexible Produktion und Qualitätssicherung“ und „Optimierung der Intra-Logistik“ soll die Einsetzbarkeit der Projektergebnisse demonstriert werden.

Marktperspektive und Produktversprechen
In Deutschland haben KMU einen Anteil von 47 % am Brutto-Inlands-Produkt (BIP), 99,9% aller Unternehmen in D sind KMU [31]. Von insgesamt 5 Mio. KMU in Deutschland sind 207.000 davon fertigend. Wenn nun 10% dieser KMU lediglich eine SmallCell des Projekts (konservative Stückpreisschätzung zum Projektende/Beginn Produktentwicklung >> 30 TEUR) kaufen würde, dann wäre das ein Markt von mindestens 621 Mio. EUR – oder äquivalent an Mietgebühren bei „as a Service“-Dienstleistungen. Diese Schätzung berücksichtigt weder den Mehrumsatz an weiteren Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien abseits von 5G noch den Mehrumsatz für Automatisierungs-komponenten, welche zusammen mit der SmallCell als eine Automatisierungslösung angeboten werden. Es ist allerdings zu erwarten, dass ein KMU mehrere SmallCells einsetzen könnte, sodass die genannten Zahlen den Markt stark unterschätzen würden.
Die im Projekt entwickelte FlexiCell-Lösung bietet eine 5G-SmallCell mit integrierten heterogenen Kommunikations- und Lokalisierungslösungen für einen Inselbetrieb. Damit können v.a. KMU ihren Industrie-4.0-Bedürfnissen nach flexibler Produktion und Qualitätssicherung mit Leichtbaurobotern, wie auch eine Optimierung der Intralogistik nachkommen.

Herausforderung und Innovation

  • Effektive Anbindung von Hochleistungs-Sensorik über 5G
  • Entwurf von Schnittstellen für heterogenen Kommunikations- und Lokalisierungstechnologien zur effizienten Integration in die SmallCell
  • Ende-zu-Ende-Optimierung der Kommunikationslösungen v.a. bei Technologie-Übergängen
  • Selbstlokalisierung von Ankerknoten
  • Fusion von heterogenen Lokalisierungstechnologien zur Verbesserung der Positions-Genauigkeit
  • Entwurf eines geeigneten Leitstands und einer 5G++ FlexiCell-Nutzerschnittstelle für ein effektives Konstellations-, Konfigurations- und Adaptionsmanagement (Situation Awareness, Human Supervisory Control)
  • Realisierung von Self-X-Funktionalitäten, sodass eine Automatisierungskomponente abhängig von Kontext (Position) die passende Konfiguration erhält.

Use Cases

  • Flexible Produktion: Mithilfe der SmallCell sollen Produktionsumgebungen ermöglicht werden, in denen Ferti-gungs- und Qualitätssicherungszellen sowie kollaborative Roboter sich flexibel an sich ändernde Produktionsbedürfnisse anpassen können, ohne an Kabelverbindungen gebunden zu sein. Dazu ist neben einer Echtzeit-Funkverbindung auch präzise Positionsinformation notwendig, um den Kontext zu erfassen.
  • Optimierung der Intralogistik: Mithilfe der SmallCell sollen die letzten Meter zur Be- und Entladung von Fertigungslinien automatisiert überwunden werden. Ebenso soll ein effizientes Auffinden von Waren zur Optimierung des Warentransports untersucht werden. Beides trägt zu geringeren Intra-Logistik-Kosten bei und wird durch Echtzeit-Funkanbindung und Lokalisierung über die SmallCell ermöglicht.

Konsortium
Hochschule Aalen (Leitung): Prof. Stephan Ludwig, Prof. Doris Aschenbrenner, Awesome Technologies Innovationslabor GmbH, Würzburg, Blackned Gmbh, Heimertingen, Carl Zeiss Automated Inspection GmbH, Neuenstein, Joyson PlasTec GmbH, Bad Kissingen, Technische Universität Ilmenau, Prof. Jörg Robert, VARTA Microbattery GmbH, Ellwangen

Laufzeit
April 2022 – März 2025

Budget
Gesamtmittel: 6,0 Mio €
Fördersumme: 4,2 Mio €

Ansprechpartner

Hochschule Aalen, Fakultät Elektronik und Informatik

Prof. Dr.-Ing. Stephan Ludwig

T +49-7361-576-5625