5G Private Networks: Nicht nur auf dem Mobile World Congress, der Weltleitmesse für die Mobilfunkbranche, steht dieses Thema in diesem Jahr hoch im Kurs. Die Technologie steht aus guten Gründen an der Schwelle zur landesweiten Etablierung. Sowohl die hiesige Industrie als auch Politik möchten die Chancen nutzen, die 5G für den Wirtschaftsstandort Deutschland bietet. Der Aufbau von Private Networks – auch Campusnetze genannt – ist vergleichsweise einfach, doch was muss beim Betrieb beachtet werden, damit nicht plötzlich ganze Produktionslinien stillstehen?
Es ist erst wenige Monate her, als die Bänder in mehreren Produktionsstätten eines großen deutschen Autokonzerns für gleich mehrere Stunden gestoppt werden mussten. Der Grund waren IT-Infrastrukturprobleme im Netzwerk des Autobauers. Ein Alptraum für die Verantwortlichen und ein finanzieller Schaden für das Unternehmen. Was war geschehen? Untypische Dateninhalte hatten sich innerhalb der IT-Struktur des Konzerns vervielfältigt und damit die Netzwerke lahmgelegt, einschlägige Warnsysteme nicht rechtzeitig angeschlagen. Der Auslöser dafür konnte nur mühsam identifiziert und behoben werden. Ein Argument gegen Neuerungen in der IT-Infrastruktur wie etwa selbst betriebene 5G Private Networks im industriellen Umfeld? Mitnichten, dafür wiegen die Vorteile viel zu schwer. Jedoch gilt es, die damit verbundenen Herausforderungen zu kennen und diese zu beherrschen.
Doch warum greifen Anlagenbetreiber nicht auf das vorhandene Mobilfunknetz zurück, um ihre Smart Factory zu betreiben? Theoretisch wäre dies möglich, doch sind die öffentlichen Netze in ihrer Funktion und Ausdehnung auf ganz allgemeine Anforderungen ausgelegt. Industrielle Anlagen stellen allerdings mit Blick auf den Datentransfer ganz spezielle Herausforderungen, was zum Beispiel die Geschwindigkeit der Übertragung, die Robustheit der Hardware oder die Ausfallsicherheit des Netzes angeht. Zwar gibt es Erweiterungen, mit deren Hilfe die Betreiber öffentlicher Netze auch diese Anforderungen erfüllen können. Jedoch bleibt der Nachteil bestehen, dass weder das Netz noch die Daten darin in der Hand der Industrieunternehmen liegen.
Deutschland kann Vorreiter bei der Digitalisierung der Industrie sein
Deutschland bietet gute Voraussetzungen für die Digitalisierung der Industrie und hat die Chance, Vorreiter auf diesem Gebiet zu werden. Diese Chance sollte im Sinne der künftigen Wettbewerbsfähigkeit nicht ungenutzt bleiben. 5G Private Networks stellen die Grundlage dar, auf der moderne, automatisierte Prozesse für die Industrie 4.0 aufbauen. Deshalb fördert die Bundesnetzagentur deren Etablierung durch die Bereitstellung eines großen Frequenz-Spektrums, in dessen Rahmen industrielle Private Networks aufgebaut werden können. Die Frequenzen können kostengünstig und ohne großen Aufwand beantragt werden, so dass die Einstiegshürden für Unternehmen gering sind. Der Plan geht auf: Bereits 380 Einrichtungen und Unternehmen haben solche Lizenzen bisher beantragt und zugeteilt bekommen – Tendenz steigend.
Doch welche Vorteile bieten 5G Private Networks als Basis für das IIoT in Deutschland? Die wichtigsten Argumente in diesem Zusammenhang sind die hohe Zuverlässigkeit, größere Kontrolle, mehr Privacy sowie die Freiheit, flexibel auf sich verändernde Bedingungen und Anforderungen reagieren zu können. Hinzu kommt die Stärkung der digitalen Souveränität Deutschlands beziehungsweise Europas. Gerade in langen Investitionszyklen spielt zudem die Planungssicherheit eine große Rolle. Betreiber von Campusnetzen müssen nicht fürchten, dass ein Anbieter sein Angebot verändert, ganz einstellt oder teurer macht, weil sie den Aufbau und Betrieb in der eigenen Hand haben.
Industrie 4.0: mehr Automatisierung, mehr Teilnehmer, mehr Herausforderungen
Fertigungsroboter, die zusammenarbeiten, oder autonome Fahrzeuge (AGV: Automated Guided Vehicle), die die benötigten Materialien aus dem Lager zum Ort der Produktion bringen: Automatisierung ist ein Kernmerkmal der Industrie 4.0 und der Bedarf und die Möglichkeiten, zu automatisieren steigen rasant. 5G ist dabei der Mobilfunkstandard, der die nötige Geschwindigkeit beim Datentransfer bietet. Gleichzeitig wachsen damit aber die Anforderungen an die Ausfallsicherheit des Netzes. Weil ganze Produktionslinien automatisiert werden, müssen immer mehr Maschinen und Geräte in die Prozesskette integriert werden. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen mit Blick auf die Komplexität des Netzwerks und dessen Überwachung.
Denn umso mehr Quellen Datenströme senden, desto schwerer fällt es, die Qualität für einzelne Netzteilnehmer zu garantieren, Informationen zu erfassen und richtig einzuordnen. Doch liefern diese Datenströme nicht nur für die Produktion relevante Informationen. Es sind auch Daten enthalten, die Rückschlüsse auf den Zustand des Netzes selber zulassen: Wo entstehen gerade Probleme? Welche Konsequenzen ergeben sich? Und wie kann dem entgegengewirkt werden? Diese Informationen müssen in Echtzeit analysiert, katalogisiert und priorisiert werden, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Die Herausforderung besteht darin, die richtigen Punkte im Netz zu überwachen und aus der Datenflut die relevanten Informationen herauszufiltern, und das ohne weiteres menschliches Zutun.
Predictive Maintenance für die Netzinfrastruktur
Das Prinzip der Predictive Maintenance ist gerade in der Industrie schon seit einiger Zeit bekannt und wird entsprechend lange in der Praxis umgesetzt: Maschinen und andere Komponenten in Industrieanlagen werden kontinuierlich überwacht, indem die Produktions- und Maschinendaten erfasst und analysiert werden. So können Probleme wie etwa Verschleißerscheinungen frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor es zu einem Qualitätsverlust oder gar Ausfall kommt. Das gleiche Verfahren lässt sich auf die Netzinfrastruktur übertragen.
Hierbei spielen Streamanalyse-Tools wie CARAT eine zentrale Rolle, die Datenströme im laufenden Prozess erfassen und analysieren, Problemstellungen priorisieren und diese selbstständig lösen. Entscheidender Vorteil einer solchen Streamanalyse ist, dass die Verbindungsdaten in dem Moment erfasst werden, indem sie entstehen, ohne dass diese noch zusätzlich gespeichert werden müssen. Nur so ist eine qualitative Analyse möglich, die über die bloße Erkenntnis hinausgeht, ob ein Datenaustausch stattfindet oder nicht. Hierfür braucht es modernste und leistungsstarke Technologien, die direkt an die entscheidenden Schnittstellen, also genau am Ort der Kommunikation, angeschlossen werden. Die betrachteten Daten werden in Echtzeit gefiltert, um ausschließlich die für Predictive Maintenance relevanten Informationen zu extrahieren. Das Ziel ist es, die Schwachstellen im 5G Campusnetz zu erkennen und diese sogenannten Single points of failure (SPOF) zuverlässig zu vermeiden.
Auch wenn die Schwachstellen in vielen Fällen ohne menschliches Zutun gesichert oder behoben werden können, müssen die Verantwortlichen die Vorgänge nachvollziehen können, um auskunftsfähig gegenüber Vorgesetzten, Partnern oder Kunden zu sein. Speziell im industriellen Anlagenbetrieb können kleine Fehler zu großen finanziellen Einbußen führen, weshalb hier ein besonders hohes Maß an Vertrauen in die eingesetzten Lösungen vorhanden sein muss. Eine Möglichkeit, dieses Vertrauen zu schaffen, sind detaillierte Berichte zum Zustand der Netzinfrastruktur und der übertragenen Datenströme. Damit im Zweifelsfall alle Fragestellungen genau beantwortet werden können, werden die Streams mit CARAT bis auf die Signalisierungsebene analysiert.
5G etabliert sich mehr und mehr
Die 5G-Datenübertragung ist in Deutschland bereits seit bald fünf Jahren möglich. Doch bisher verlief die Etablierung im industriellen Umfeld noch schleppend. Der Grund dafür, dass der Mobilfunkstandard jetzt vermehrt zum Einsatz kommt, ist die Verfügbarkeit der benötigten Services, Endgeräte und Produkte, deren Entwicklung bislang hinterherhinkte und die nun auf den Markt kommen.
Zudem sind 5G und, damit verbunden, Campusnetze Zukunftsthemen, deren Umsetzung bei allen Vorteilen zunächst Aufwände verursachen. Industrieunternehmen, die bisher noch zögern, sollten jedoch jetzt mit dem Aufbau von privaten 5G-Netzen beginnen. Denn der Schritt ist unausweichlich, soll auf dem Feld des Industrial Internet of Things die Wettbewerbsfähigkeit erhalten bleiben. Noch besteht die Chance, Vorreiter und damit führend in einem Segment zu sein, statt dem Wettbewerb hinterherzulaufen.
Automatisierung braucht 5G – und 5G braucht Automatisierung
Die Industrie 4.0 verspricht die optimierte und kosteneffiziente Produktion durch Automatisierung. Im IIoT ist 5G der Standard, der diese selbstständige Produktion erst möglich macht. Doch auch 5G selbst ist auf Automatisierung angewiesen, soll ein Netz zuverlässig und ausfallsicher funktionieren. Denn aufgrund der steigenden Komplexität der Netze ist deren manuelle Wartung und Pflege praktisch unmöglich. Leistungsstarke Softwares, die Streamanalysen in Echtzeit bieten, Fehler selbstständig detektieren und beheben, sind die Lösung für diese Herausforderung. Anlagenbetreiber sollten beim Aufbau ihrer 5G Campusnetze also unbedingt darauf achten, gleich ein passendes Analyse-Tool mitanzuschaffen. So bremsen Produktionsausfälle aufgrund von IT-Infrastrukturproblemen im Netzwerk nicht den künftigen Unternehmenserfolg aus.