EDK

Vernetzung von mobilen CPS durch echtzeitfähige Drahtloskommunikation

Projektförderung

Hintergrund

Künftig wird die industrielle Produktion durch starke Produktindividualisierung und eine hoch flexibilisierte (Großserien-)Produktion gekennzeichnet sein. Um dies zu erreichen, sollen Cyber-Physische Systeme (CPS) in die Produktion eingebunden werden und zusammen mit Lagersystemen eine intelligente Fabrik (Smart Factory) bilden.
In den Fabriken der Zukunft wird mit dem Einsatz von CPS die Notwendigkeit von echtzeitfähiger Drahtloskommunikation erheblich steigen, da auch mobile CPS stärker untereinander kommunizieren werden. Dennoch gibt es bisher noch keine Lösung, die den Anforderungen der Zellebene/CPS genügt.
Bei allen in der Industrie existierenden drahtlosen Kommunikationsstandards ist kein echtzeitfähiger Datenverkehr, wie auf Zellebene bzw. in CPS erforderlich, möglich. Es fehlen Mechanismen, um Aktionen bei unterschiedlichen Kommunikationsteilnehmern synchronisiert ablaufen zu lassen. Weiterhin kann von keinem drahtlosen Kommunikationsstandard die geforderte Zuverlässigkeit erreicht werden.

Ziele

Es soll eine echtzeitfähige Drahtloskommunikation für CPS von Produktionseinrichtungen geschaffen werden. Durch eine Verbesserung und Erweiterung des drahtlosen Kommunikationsstandards LTE soll dies realisiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen vor allem die Systemlatenz reduziert (Ziel 10-20 ms) und das System auf mehrere Teilnehmer mit Echtzeitanforderungen ausgedehnt werden. Das drahtlose Kommunikationssystem soll auf allen Schichten des ISO/OSI-Modells untersucht und um eine produktionstechnische Anwendungsschicht ergänzt werden. Ebenso soll das System anhand eines Einsatzszenarios mit realer Maschinen- und FTS-Kommunikation getestet und validiert werden.

Konzept LTE-Kommunikationssystem (c)
Konzept LTE-Kommunikationssystem

Lösungsansatz

Das Konzept für industrielles LTE sieht ein drahtloses Echtzeitkommunikationssystem auf Basis von LTE Advanced vor. Unter Verwendung einer dezentralen Uhrensynchronisation mittels GPS, sowie dem Einsatz von DASH zur Stabilisierung des Datenflusses über die variable Bandbreite, kann LTE Advanced entsprechend erweitert werden. Ebenso soll ein geeignetes Kommunikationsschema für eine bidirektionale Kommunikation mit mehreren Teilnehmern entwickelt werden, um die knappen Ressourcen der Funkübertragung effizient zu nutzen.

Erwartete Ergebnisse

In den Fabriken der Zukunft werden neue Anforderungen an die Kommunikationsinfrastruktur gestellt. Zur Realisierung sind die horizontale und die vertikale Vernetzung von Produktionszellen mit verschiedenen CPS und ein durchgängiges Engineering entlang der Wertschöpfungskette notwendig. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, zu erforschen, wie die Kommunikation zwischen CPS unter Berücksichtigung industrieller Kommunikationsanforderungen ermöglicht werden kann und wie dadurch Smart Factories mit mobilen Systemen entstehen können.
Damit wird ein weiterer Teilaspekt zur Realisierung der Infrastruktur von Industrie 4.0 geschaffen, die eine vertikale und horizontale Vernetzung von Fertigungssystemen ermöglicht und zusätzlich neue Geschäftsmodelle beim Einsatz von mobilen Fertigungsgeräten eröffnet.

Ihr Ansprechpartner

Philipp Neher
Dipl.-Ing.

Philipp Neher

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Industrielle Steuerungstechnik"

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