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Digitalisierung in der Industrie – Das Kommunikationsnetz als Nervenbahn der Produktion

Die Universität Bremen beteiligt sich an einem bundesweiten Forschungsprojekt zur Erforschung von Kommunikationstechnologien für das taktile Internet für Produktion, Robotik und Digitalisierung der Industrie 4.0

In der „Industrie 4.0“ sollen Menschen, Roboter und Maschinen künftig eng miteinander kooperieren. Allerdings ist die dafür notwendige Vernetzung aller Akteure und Systeme mit heutigen Kommunikationstechnologien noch nicht in der erforderlichen Qualität umsetzbar. Das Forschungsprojekt „TACNET 4.0 – Taktiles Internet“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 6,3 Millionen Euro gefördert wird, entwickelt Konzepte und Algorithmen, um eine schnelle und hoch zuverlässige Funkübertragung von Daten auf Basis der fünften Mobilfunkgeneration (5G) zu ermöglichen. Unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Armin Dekorsy erforschen Wissenschaftler der Universität Bremen Methoden und Verfahren des maschinellen Lernens zur Informationsverarbeitung in Kommunikationsnetzen. Mittels dieser Verfahren kann das massive Datenaufkommen bei der Datenverarbeitung deutlich reduziert und damit ein reibungsloser Ablauf der Produktion von morgen erreicht werden. 

Dreiklang aus Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Volumen

An TACNET 4.0 beteiligen sich insgesamt 14 Unternehmen und Organisationen, die gemeinsam das Ziel verfolgen, ein Kommunikationssystem für industrielle Anwendungen zu entwerfen. Dieses System muss die spezifischen industriellen Anforderungen an die „Echtzeit“ erfüllen, also an die Datenübermittlung mit kaum messbarem Zeitverzug. Nur so ist es beispielsweise nutzbar für zukünftige Regelungsprozesse in der Produktion oder für die direkte Einbindung des Menschen in den Produktionsprozess – im Sinne eines „taktilen Internet“, das ähnlich schnell reagiert wie die menschliche Nervenbahn. Parallel dazu muss jedoch auch die absolute Zuverlässigkeit der Übertragung gewährleistet sein, um industrielle Prozesse – insbesondere bei der Zusammenarbeit von Menschen und Maschinen – sicher gestalten zu können. Nicht zuletzt geht es auch darum, die dabei entstehenden Datenmengen, die gleichzeitig verarbeitet werden müssen, auf ein minimal erforderliches Datenvolumen zu begrenzen.

Bis jetzt ist es noch nicht möglich, den Dreiklang aus Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Volumen auf einem extrem hohen Niveau sicherzustellen. Das Projektkonsortium unter Leitung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Nokia Bell Labs arbeitet deshalb daran, die deutlich leistungsfähigeren Mobilfunknetze der fünften Generation in die industriellen Kommunikationsnetze zu integrieren und diese mit modernen Methoden der Informationsverarbeitung weiterzuentwickeln.

Dichte Netzwerke mit flexibel nutzbaren Zugangsknoten

Die Wissenschaftler(-innen) des Technologie-Zentrums Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen koordinieren die beteiligten Projektpartner im Bereich der 5G-Funktechnologien und betrachten selbst insbesondere die Informationsverarbeitung in einem dichten Kommunikationsnetz, bestehend aus vielen kleinen, energieeffizienten Zugangsknoten („Small-Cell-Netze“). „Im Gegensatz zu einem einzelnen Zugangspunkt mit hohem Energieverbrauch bietet dieses dichte Netz den Vorteil, dass die Zugangsknoten deutlich näher am Ort der Produktion – und damit in Summe energieeffizienter – installiert werden können“, erklärt Projektmitarbeiter Dr.-Ing. Dirk Wübben. „Zudem besitzt jeder der zahlreichen Sensoren hier Verbindungen zu verschiedenen Zugangsknoten und damit mehrere Verbindungen in das Netz. An der Herausforderung, dieses massive Datenaufkommen derart zu verarbeiten, dass die erforderliche hohe Zuverlässigkeit und gleichzeitige schnelle Vernetzung erfolgt, setzen unsere Arbeiten an der Uni Bremen an.“ 

„Mittels neuartiger Verfahren des maschinellen Lernens sollen diese Verbindungen effizient zusammengeführt und im Netz verteilt bearbeitet werden“, ergänzt Projektmitarbeiter Dr.-Ing. Carsten Bockelmann. Um die große Menge an Daten in einem Industrie-4.0-Szenario verarbeiten zu können, ist es wichtig, die Informationen zu filtern und nur relevante Daten weiterzuleiten, vergleichbar mit dem menschlichen Bewusstsein. Das TZI entwickelt daher Technologien, die den Zugangsknoten eine Einschätzung der Relevanz eines Datenpakets ermöglichen. 

Während beispielweise in großen Chemieanlagen sehr viele Sensoren zur Prozessüberwachung eingesetzt werden und diese nicht notwendigerweise sehr zuverlässig oder eilig übertragen werden müssen, benötigt die Regelung von Industrierobotern eine sehr schnelle und zuverlässige Kommunikation. Ein intelligentes Kommunikationssystem wird entsprechend der Anforderungen seine Ressourcen in Zukunft automatisch verteilen können. 

Tests mit mobilen Robotern

Die entwickelten Technologien werden im Rahmen des dreijährigen Projekts gemeinsam mit Industriepartnern getestet. „Wir wollen in verschiedenen Szenarien zeigen, dass wir die Anforderungen der Industrie 4.0 drahtlos abbilden können“, so Wübben. Unter anderem ist geplant, mobile Roboter einzusetzen, um gemeinsam eine Aufgabe zu lösen, beispielsweise den Transport von schwerem Gerät. 

Weitere Informationen:
www.tacnet40.de

Aktualisiert von: TZI