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#6 – 5G in der Produktion mit Eike Permin

16. Dezember 2022

von Andreas Diehl

Digital

Eike Permin ist Professor an der Fakultät für Informatik und Ingenieurwissenschaften an der TH Köln am Standort Gummersbach. Im Podcast sprechen wir über die Relevanz von 5G für produzierende Unternehmen, mögliche Anwendungsfälle aber auch Herausforderungen.

Shownotes

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Eike: Und wir merken eben gerade, dass die klassischen Mobilfunk Provider, die großen deutschen Anbieter Vodafone, Telekom, wie sie alle heißen, dass die jetzt gerade erst lernen, auch diese Sprache der Produktion zu sprechen und in Anwendungsfällen zu denken.

Andreas: Eike Permin ist Professor an der Fakultät für Informatik und Ingenieurwissenschaften an der TH Köln am Standort Gummersbach. Im Podcast sprechen wir über die Relevanz von 5G für produzierende Unternehmen. Eike, herzlich willkommen!

Eike: Hallo Andreas.

Andreas: So als ich mein erstes Startup gegründet habe, da war ja gerade so 3G der letzte heiße Scheiß. Mittlerweile sind wir bei 5G. Was ist denn das Besondere daran?

Eike: 5G ist eine Mobilfunktechnologie, die zum einen eine wahnsinnig hohe Datenrate hat, was total spannend ist, wenn man sehr große Datenmengen übertragen möchte, zum anderen aber auch zwei andere Bereiche mitbringt, die es vorher nicht gab. Das eine ist, man kann jetzt ganz, ganz, ganz, ganz viele sendende Geräte gleichzeitig in ein Netz rein bringen, also wirklich über 1 Million in einer gewissen Fläche, was wahnsinnig viel ist. Und man kann in einer bestimmten garantierten Latenzzeit eine Antwort erwarten. Was bedeutet, ich kriege garantiert in einer Millisekunde eine Antwort. Das war vorher auch nicht möglich.

Andreas: Okay. Wie kann ich mir das vorstellen? Ich glaube, an der Anzahl der Geräte kann man sich das vielleicht schon vorstellen. Was vielleicht auch der Unterschied zum normalen WLAN Access Point ist, oder?

Eike: Daran kann man sich das sehr gut vorstellen. Genau. Und das Spannende ist eigentlich die Frage, wenn wir jetzt in industriellen Umfeldern denken, wie verbinde ich diese ganzen Tausenden und Abermillionen von Sensoren, die ich vielleicht zukünftig in Maschinen einbringen möchte? Die ganzen Computer, die Menschen, die rumspringen. Wir gehen aber davon aus, dass sich alles immer stärker digitalisiert und ich überall ganz, ganz viel mehr Geräte, Sensoren und Computer habe. Aber die Frage ist, wie kriege ich die dazu, zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Dafür brauche ich eben ein Umfeld, wie es zum Beispiel 5G ermöglicht. Und dann brauche ich auch so wahnsinnig viele Geräte, quasi in einem Netz drin.

Andreas: Wie viel schneller ist so ein 5G?

Eike: Ähm, da gibt es sicherlich verschiedene Angaben. Ich persönlich sag da auch immer ganz offen, ich mach da immer Google auf an der Stelle.

Andreas: Du bist ja auch Professor. (lacht)

Eike: Ich bin auch Professor. Genau, da kann keiner erwarten, dass ich mir [alles merke]. Ich muss ja nur wissen, wo es steht. (lacht) Also wir gehen davon aus, dass es etwa Faktor 100 schneller ist als 4G. Aber wie gesagt, Geschwindigkeit oder Datenmenge ist eigentlich nur ein Aspekt. Viel spannender für uns in der Produktionstechnik zum Beispiel ist dieses Thema Latenzzeit, also garantierte Antwort in einer gewissen Zeit.

Andreas: Ja, und ich glaube auch die Anzahl der Geräte. Ich meine, wenn du anfängst, Maschinen auszustatten, dann hast du ja ruckzuck auf so einer relativ kleinen Fläche eine unglaublich hohe Anzahl von Empfängern sozusagen, die senden und empfangen wollen.

Eike: Das ist korrekt. Ich früher habe ich mich mit Digitalisierung für Stahlwerke beschäftigt. Das sind halt riesengroße Anlagen, vier, fünf, sechshundert Meter große Anlagen und da sind natürlich Tausende und Abertausende Sensoren, die du heute alle mit einem Kabel verbinden musst, was wahnsinnig aufwändig ist. Also rechnest du bei jedem Sensor, werde ich ein Kabel ziehen, will ich da irgendwen rausschicken. Das macht wahnsinnig Aufwand. Und wenn ich das zukünftig einfach nur quasi dranbepper, jetzt überspitzt gesprochen entweder magnetisch oder mit Dübel und alles andere macht das Ding von alleine. Das wäre natürlich fantastisch.

Andreas: Das heißt ja aber auch, ich muss diese… Oder ich frage mal anders. Das heißt ja, dass als Unternehmen müsste ich mir einen solchen Access Point ja einrichten, richtig? Das heißt, ich brauche wahrscheinlich einen 5G Router, einen 5G Provider, der mir diesen Mobilfunkzugang überhaupt anbietet. Und dann richte ich einen Access Point, einen 5G Access Point, der nur mir gehört. Kann man sich das so vorstellen wie beim WLAN oder connecte ich mich mit allen Geräten dauerhaft immer ins offizielle 5G Netz?

Eike: Da gibt es tatsächlich verschiedene Stufen, ein Stufenmodell, was diese Architektur der Infrastruktur angeht. Und ich sag mal, auf dem ganz linken Rand hast du einfach nur dein Endgerät, das sich mit dem öffentlichen Netz verbindet. Und auf der maximalen Ausbaustufe kannst du aber auch ein sogenanntes Campusnetz einrichten. Und ein Campusnetz ist dann genau das. Du hast deine eigene private Antenne mit deinen eigenen Frequenzen, die du auch wirklich beantragen musst und dann können auch nur deine Geräte, die von dir verwaltet sind, innerhalb von diesem Bereich senden.

Andreas: Okay, aber ich glaube, das ist ja dann eher eine taktisch / technische Frage, dann wirklich wenn du so in einem Rollout oder in den Implementierungsüberlegungen bist. Lass uns vielleicht mal kurz über Anwendungsfälle sprechen. Was sind so typische Anwendungsfälle, die sich deiner Ansicht nach daraus ergeben?

Eike: Da gibt es einen ganzen großen Haufen an spannenden Anwendungsfällen. Das eine ist, ich kann jetzt wirklich wie gesagt, im Bereich Maschinenanlagenüberwachung einfach tausende und Abertausende von Sensordaten mehr oder weniger zeitgleich anfunken, verarbeiten und ein viel besseres Bild kriegen, wie geht es eigentlich meinen Maschinen und Anlagen? Das zweite ist, ich kann zum Beispiel im Bereich Arbeitssicherheit ganz tolle Sachen machen, weil ich jetzt wirklich in der garantierten Zeit zum Beispiel eine Anlage abschalten kann, wenn ich merke, es wird zu heiß, der Druck geht rauf, sie droht zu explodieren, was auch immer. Das war vorher natürlich nicht möglich. Ich kann auch gucken, wie geht es meinen Mitarbeitern in der Fabrik, wenn ich jetzt, wie gesagt, so ein Stahlwerk denke oder so riesengroße Anlagen, wo ich wissen muss wo ist der? Wie geht es dem? Hat der Herzprobleme, was auch immer. Vitalparameterüberwachung, das ist ein Bereich. Logistik ist ein anderer Bereich. Wenn ich also Roboter habe, die autonom irgendwo rumfahren, dann möchte ich natürlich auch, dass ich da in Echtzeit sehen kann, also durch die Kamera gucken kann, dass die auch sofort reagieren, wenn ich Befehle gebe. Und all das kann ich über über 5G entsprechend machen.

Andreas: Das heißt, es braucht ja aber auch immer so einen Anwendungsapplikationslayer, der dann überhaupt diese Daten integriert und dann aber auch vor allem Actions daraus ableitet. Richtig, weil sonst stehe ich da mit meinen ganzen Daten. Brand eins hat mal getitelt “Wer viel misst, der misst viel Mist”. Dann steh ich da mit meinen ganzen Daten, aber ich brauche ja irgendwie eine Umgebung / Anwendungen, die mir dann auch helfen überhaupt, wenn’s geht, ja, ich will jetzt nicht sagen, man muss alles automatisieren, aber die mir dann doch helfen, die richtigen Actions aus diesen ganzen Datenpunkten abzuleiten.

Eike: Absolut. Und ich glaube, da passiert gerade ganz, ganz viel. Da liegt so ein bisschen auch die Musik drin in dem Bereich. Denn das eine ist halt die Funkstrecke von A nach B, Daten übertragen mit einer garantierten Latenz oder wahnsinnig hohen Bandbreite. Schön und gut. Aber wie du richtig sagst, ich muss damit was anfangen. Ich muss diese Infos verarbeiten. Oder auch wenn ich sage, ich möchte zum Beispiel in Echtzeit jetzt den Prozess regeln, Anlagen überwachen und sagen, jetzt bitte abschalten, weil die explodiert gleich. Dann habe ich ja nicht nur die Funkstrecke, ich habe ein wahnsinnig komplexes Serverumfeld dahinter, wo ich ja auch wieder gucken muss, wie lange rechne ich da an welchen Entscheidungen, wie komplex sind die Entscheidung, wann kommen die Antworten? Und auch da wieder, da geht es ganz viel um Architekturfragen. Mit welchen Protokollen mache ich das? Mit welchen Technologien mache ich das? Und da ist die Funkstrecke eine Komponente. Toll, dass das 5G ist. Aber eben auch nur einer von vielen. Und du hast vollkommen recht, da muss noch sehr, sehr viel passieren.

Andreas: Das heißt, ich muss ja, wenn ich als produzierendes Unternehmen oder Industrieunternehmen so ein Projekt angehen will, muss ich einen Provider haben, muss mich entscheiden, wie ich die Infrastruktur aufbaue. Ob mit offenem Campusnetz oder ob ich einfach alle ins öffentliche Netze einhänge. Aber vor allem muss ich ja dann checken, mit welchen Maschinen / Anwendungen arbeite ich überhaupt? Und mit diesen ganzen Anbietern muss ich ja dann auch mal sprechen, ob die überhaupt in der Lage sind, das entsprechend zu integrieren, oder?

Eike: Absolut. Also es wird ja immer so sein, dass ich so ein neues System nur dann etabliere, wenn ich einen Use Case habe, wo ich sage, da lohnt es sich und da rechnet es sich und da macht es für mich Sinn. Sonst wird ja keiner dieses Geld in die Hand nehmen, das ich investieren muss. Und wir merken eben gerade, dass so die klassischen Mobilfunkprovider, die großen deutschen Anbieter Vodafone, Telekom, wie sie alle heißen, dass die jetzt gerade erst lernen, auch diese Sprache der Produktion zu sprechen und in Anwendungsfällen zu denken. Die Funkstrecke ist das eine, aber wie du richtig sagst, das dann einzubetten in ein Gesamtsystem, in einen Anwendungsfall, das ist etwas, das müssen die auch gerade erst noch lernen. Da finden die Welten gerade so ein bisschen zueinander.

Andreas: Vielleicht darüber hinaus… Also Du hast eben schon gesagt, die Provider denken vielleicht überhaupt nicht in Anwendungsfällen. Die denken einfach nur in Netzzugang und Access Point. Und ich weiß noch, früher haben die ja jede Minute an uns verscherbelt. Mittlerweile ist das vielleicht ein bisschen anders. Dass die viel mehr anfangen auch im B2B Anwendungsfall zu denken. Das ist mit Sicherheit eine Herausforderung. Was siehst du denn noch so an realen Herausforderungen, wenn ich sage, ich habe hier im Produktionsbetrieb 500 Mann? Ich will 5G irgendwie mal ernsthaft in Erwägung ziehen. Also, mit was kann ich da rechnen? Was wartet da an Hürden auf mich?

Eike: Also das eine ist tatsächlich momentan überhaupt erstmal die Kosten für so eine Grundinfrastruktur. Wir haben vorher mal so eben lapidar gesagt, “Mensch, so ein Campusnetz, stell dir eine Antenne in die Mitte und leg los.” Wir reden da also über weit sechsstellige Invests, die notwendig sind, um so was aufzubauen. Das ist natürlich etwas. Wenn ich mich jetzt als Mittelständler entscheiden muss, kaufe ich mir noch zwei große Fräsen, mit denen ich produzieren kann, oder kaufe ich mir eine 5G Antenne? Dann ist das eine schwierige Entscheidung vom Invest. Das zweite, was wir momentan sehen, wir reden ja auch von sehr, ich sag es mal robusten Umgebungen. Produktion kann laut sein, kann dreckig sein, kann heiß sein, kann ganz ganz stark Vibration [verursachen] und was auch immer. Also alles Dinge, die wir aus dem Konsumentenumfeld gar nicht so kennen. Und hat aber auch die Anforderung, wenn ich jetzt investiere, ich möchte die nächsten zehn, fünfzehn, zwanzig Jahre Ersatzteile haben. Ich weiß nicht, ob du heute noch ein Ersatzteil für ein Apple iPhone der zweiten Generation kriegen würdest. Ich halte es aber für schwierig. Im industriellen Umfeld muss das sein. Das heißt, diese ganzen…

Andreas: Ich habe mein Nokia 6210. Ich bestelle mir permanent neue Snakes, damit es nicht langweilig wird. (lacht)

Eike: Dann habe ich dich vielleicht…, also okay, Du vielleicht mal ausgenommen. (lacht) Aber wie gesagt, im Normalfall, Verfügbarkeit von Ersatzteilen ist ein Problem. Aber gerade auch einfach Verfügbarkeit von industriell geeigneten Endgeräten sind am Markt einfach noch gar nicht da. Wir sind in der Halbleiterei gerade durch eine wahnsinnige Krise gelaufen, was die ganzen weltweiten Supply Chains angeht. Das ist ja ständig in Medien und es äußert sich unter anderem an der Stelle, dass diese ganzen Endgeräte, die ich brauche, einfach so noch gar nicht da sind. Und wie gesagt, auch mit diesen ganzen industriellen Anforderungen von Robustheit bis hin zur Verfügbarkeit von vielleicht auch über die Lebenszeit, Ersatzteile etc. Das ist etwas, das funktioniert im Konsumentenmarkt anders und deswegen gibt es da noch nicht so richtig viel gerade.

Andreas: Das heißt, da bin ich ja irgendwie als Unternehmen, das von dieser Technologie Gebrauch machen möchte, so ein bisschen in den Allerwertesten gezwickt. Ich habe einen Netzbetreiber, der versteht die Anwendungsfälle nicht. Ich habe Hardware-Lieferanten, die kapieren nicht, dass in meiner Produktionshalle ein paar andere Temperaturen und Umgebungsbedingungen herrschen. Und dann habe ich noch die ganzen, weiß ich nicht, Maschinen, Lieferanten, Softwarelieferanten, denen ich irgendwie erklären muss oder mit denen ich gemeinsam überlegen muss, wie man irgendwie 5G in ihrer Anwendung Maschinen reinkriegen kann. Kann man das so zusammenfassen?

Eike: Das ist ja mit jeder neuen Technologie so. Als wir vor zehn Jahren Industrie 4.0 quasi ausgerollt haben, gesagt haben, jetzt kommt das Internet in die Produktion, damals diese Zeit von Web 2.0, als wir angefangen haben, auch über HTTP-Protokolle und konsumentennahe Internetprotokolle Maschinendaten zu übertragen, hatten wir das gleiche Problem. Die Technologieprovider haben die Anwendung nicht verstanden und es fühlte sich alles nicht so richtig ready an. Und man ist dann so langsam aufeinander zugegangen und da reingewachsen. Das wird mit 5G genauso sein. Du kannst es heute nicht aus dem Schrank kaufen, aber wenn es einen Anwendungsfall gibt, wo es technologisch Sinn macht, macht es Sinn, jetzt loszulegen. Eben weil der Markt sich dahin bewegt und weil wir jetzt sehen, dass diese Dinge jetzt kommen.

Andreas: Für die, die es nicht wissen, und ich müsste auch tatsächlich nachfragen oder wie Du als guter Professor googeln. Das heißt, wenn wir von Industrie 5.0 reden, dann reden wir eigentlich von industriellen Umfeldern, die über 5G Technologien funktionieren, oder?

Eike: Das ist tatsächlich ein ganz anderer Begriff an der Stelle. Industrie 5.0 ist ein Begriff, den die EU gewählt hat, die gesagt haben, in Industrie 4.0 haben wir ganz viel über Digitalisierung gesprochen, aber was uns fehlt, ist zum Einen dieses Integrieren des Menschen und zum Anderen dieses Ziel der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Und das muss quasi durch Digitalisierung geleistet werden. Deswegen hat die EU gesagt, wir definieren mal diesen Begriff Industrie 5.0 als Erweiterung des 4.0 Gedanken. Ist begrifflich ein Überschnitt zu 5G, hat aber inhaltlich nichts miteinander zu tun.

Andreas: Okay, sehr gut. Hätten wir das auch geklärt. Da müssen wir vielleicht extra nochmal eine Podcast Folge zur Industrie 5.0 aufnehmen.

Eike: Ich werde mein Google Fenster aufmachen. Freue ich mich drüber. (lacht)

Andreas: Das heißt abschließend vielleicht, was tue ich als Unternehmen, als mittelständisches Unternehmen? Du hast ihnen ja eben schon vielleicht ein bisschen Angst gemacht, so eine eigene Campusinfrastruktur direkt mal sechsstellig. Da haben wir wahrscheinlich schon die ersten Hörer jetzt verloren. Aber was kann ich dann tun, wenn ich den sauren Apfel vielleicht mal geschluckt habe?

Eike: Es gibt einfach viele, ich sage mal, Modellfabriken und Anwendungszentren, wo man sich das mal angucken kann. Da sind also im Rahmen von so einer NRW Förderlinie ganz viele Anwendungszentren, sage ich jetzt mal entstanden, die bewusst auf den Mittelstand abzielen. In Aachen gibt es welche, jetzt in Gummersbach gibt es ein neues bei uns. Und, dass man sich das da erst mal live anguckt, dann auch mit seinem eigenen Use Case dahin geht und sagt, okay, Leute, lasst uns doch mal gemeinsam drüber nachdenken, macht es für mich Sinn? Denn wie gesagt, es gibt erste Erfahrungen, es gibt erste Demonstratoren, wo man das zeigen kann und dann kann man sich da so langsam rantasten. Es macht aber auch Sinn, sich das mal in so einer echten Produktionsumgebung anzugucken, damit man eben nicht nur, ich sage es mal überspitzt bei der Vodafone oder bei der Telekom in so einem wunderschönen Bürobereich sitzt und sagt ja, 5G ist toll, sondern wirklich mal in so einer Modellfabrikhalle echt live guckt, “Ach guck mal, und so wäre das an der Maschine.”

Andreas: Sind die Modellfabriken denn echte Umgebungen oder sind das welche, die auch künstlich eben zu Modellzwecken aufgebaut wurden?

Eike: Das sind tatsächlich echte Produktionsumgebungen, in denen auch echte Teile hergestellt werden. Vielleicht nicht in der Masse, die eine Serienfertigung bei einem wirtschaftlich getriebenen Unternehmen da sind, aber mit dem gleichen Dreck, dem gleichen Schmutz und sozusagen auch den gleichen realen Anwendungsfällen, das auf jeden Fall.

Andreas: Also nicht nur Fishertechnik verbaut, sondern echte Hardcore Produktionsumgebung. (lacht)

Eike: Echte Hardcore Produktionsumgebung, genau. (lacht)

Andreas: Sehr schön. Ja, vielleicht haben wir ja noch einen Link. Oder hast du noch einen Link, wo diese ganzen Zentren stehen? Weil du sagst ja einfach “Komm, bevor ihr euch verrückt macht, geht mal in so ein -wie hast Du es genannt? – in so eine Modellfabrik. Guckt euch mal an, unterhaltet euch mal mit den Leuten.” Was sind das denn für Leute? Aus dem universitären Umfeld, die sich damit beschäftigen? Also es scheint ja dann doch irgendwie ein Anwendungsgebiet zu sein, wo auch die Forschung sagt, da müssen wir mal irgendwie drauf gucken und entsprechend renn / laufen dann in diesen Modellfabriken Leute rum, die eher so aus der forschenden Seite da nochmal drauf gucken und das versuchen in die Praxis zu integrieren, oder?

Eike: So, kann man das sehen. Genau. Es gibt natürlich immer die Grundlagenforschung, ist immer Physik, Elektrotechnik… die sind aber eher schon an 6G und beyond dran. Und dann gibt es ja immer so Leute wie uns, die dreckigen Produktionstechniker, sage ich jetzt mal, die dann eher bestehende Technologien nehmen und versuchen, in diese Domäne Produktion zu integrieren. Das sind aber Umgebungen, die es gewohnt sind, zur Hälfte zu forschen, zur anderen Hälfte wirklich auch real entweder zu produzieren oder zu beraten. Und das sind so Leute, die da rumspringen. Da sind die Fraunhofers vorne mit dabei, da sind viele Fachhochschulen und Universitäten mit dabei. Aber die haben immer echte Maschinen, echte Industriekunden und auch einen echten Bezug zu einer Produktion.

Andreas: Okay, das heißt, wenn mich das dann an der Stelle dort antriggert und sagt okay, ich sehe hier irgendwie Anwendungsfälle, finde ich da auch Leute, die nicht nur auf dem Papier was davon verstehen, sondern mit denen ich dann echt auch mal meinen Anwendungsfall challengen kann, die mal mit zu mir kommen, die sich das mal mit angucken und dann kann man alles weitere überlegen.

Eike: Genau das ist das Entscheidende, was diese Zentren leisten sollen und auch leisten können an der Stelle, genau.

Andreas: Sehr gut. Eike, dann vielen Dank für die Einblicke in 5G in der Industrie und die Aufklärung, dass Industrie 5.0 zwar am Rande was mit 5G zu tun hat, aber eigentlich was ganz anderes ist.

Eike: Ich danke dir ganz herzlich für die Einladung, Andreas. Und dann hoffentlich bis bald.

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