5G-POUST

Präzise Organisieren Und Smarte Telemetrie

Das kooperative 5G-Forschungsprojekt POUST | Präzise Organisieren Und Smarte Telemetrie startete am 01.01.2022 mit einer Laufzeit von drei Jahren. Es wird vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) mit rund drei Mio. Euro gefördert.

Flexibilität und Digitalisierung sind Kernanforderungen an heutige Produktionssysteme. Die Basis dafür ist der Aufbau anpassbarer und vernetzter Systeme innerhalb eines Unternehmens. Auf der einen Seite stellen Lastspitzen ein Problem in industriellen Prozessen im Stromverbrauch dar, welche zu sehr hohen Kosten führen. Auf der anderen Seite stehen Netzbetreiber vor der Herausforderung der Dynamisierung des Strommarktes im Zuge der Energiewende und ebenfalls vor hohen Kosten, da die Infrastruktur für den erhöhten Strombedarf vorgehalten werden muss. 5G-POUST dient der Evaluation der Effizienzsteigerung durch die Implementierung eines 5G-Camputznetzes in der industriellen Anwendung.

Durch die Optimierung der Produktion mithilfe eines Monitorings, einer sensorgestützten Steuerung und einer Verbindung über 5G sollen die Energiekosten für Unternehmen gesenkt werden. Dies bringt einen Vorteil für Netzbetreiber, da der Energiebedarf ausgeglichener und kalkulierbarer wird.

Der Fokus des 5G-Projekts POUST liegt in der Umsetzung einer energieschonenden Produktion mit abgestimmten Prozessen zur Vermeidung von Lastspitzen. Dies soll durch Lastenverschiebung und Peak Shaving erreicht werden. Dadurch entsteht der Vorteil einer Kostensenkung sowie die Möglichkeit einer Live-Überwachung und Steuerung der Produktionsanlagen.

Die Voraussetzung für die Vernetzung ist der leistungsstarke Mobilfunkstandard 5G. Innerhalb eines jeweiligen 5G-Campusnetzes findet in dem Use Case Sub-Metering, die Echtzeitdatenerfassung mittels Sensorik und die sichere Steuerung von Aktoren statt.

Die Datenverarbeitung und -analyse wird mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) in einer Cloud und auf Edge Computing Devices ermöglicht. Daraufhin folgt entweder eine direkte Reaktion im Produktionsprozess oder eine Speicherung eines Stromüberhangs in externen Energiespeichern (z. B. in der Batterie eines Elektroautos). Im Rahmen einer Predictive Maintenance (Prädiktiven Instandhaltung) können zudem Defekte und Wartungsbedarfe festgestellt werden.

Problemstellung

Moderne Industriefunktionen und Lebensdauer der Sensoren und Betriebssensoren
Optimierte Nutzung der enormen Datenvielfalt und -menge
Die Echtzeitanforderung setzt eine entsprechende technische Umsetzung voraus
Das sich ergebende Potential einer Echtzeitüberwachung und -steuerung kann oft nicht gänzlich ausgeschöpft werden
Fehler und Optimierung von Technologieabhängigkeitsketten
Die Struktur der aktuellen Ergebnisse ist auf den elektrischen Energieverbrauch zurückzuführen
Erkennen und Beeinflussen von energetischen Abhängigkeiten (z.B. Lastspitzen)
effiziente Realisierung (teil-)autonomer Logistik

Projektziele

Entwicklung und Erprobung von sensorgestützten Industrieanwendungen mittels Sensorik und Aktorik mit 5G-Kommunikationstechnologien unter echtzeitkritischen Bedingungen
Erprobung der Senkung von Lastspitzen mit Hilfe von 5G-Technologie
Gewinnung praktischer Erkenntnisse für die Nutzung von 5G in Industriehallen
Förderung anwendungsnaher Forschung im Zusammenhang mit 5G-basierter Technologie

Lösungsansatz

Vernetzung und Monitoring von Produktionsanlagen
Sub-Metering mit entsprechender Sensorik und Aktorik in 5G-Campusnetzen
Datenverarbeitung und -analyse mittels KI in Cloud oder Edge Computing Devices
Direkte Reaktion im Produktionsprozess
Speicherung eines Stromüberhangs in externen Energiespeichern (zB Batterie eines Elektroautos)
Optimiertes Lastenmanagement durch Echtzeitmessdaten
Defekte und Wartungsbedarf können später erkannt werden (Predictive Maintenance)

Warum eigentlich 5G?

Mit neuen Technologien steigen regelmäßig die alltäglichen und industriellen Anforderungen an die dafür benötigte Kommunikationstechnologien. Auf dem Weg zur Industrie der Zukunft bietet 5G, nicht nur als neuer Mobilfunkstandard enormes Potenzial.

Übertragung von hohen Datenraten mit hoher Datensicherheit
geringe Latenzzeiten für Echtzeitdatenkommunikation sowie -steuerung
sehr zuverlässig mit geringen Ausfallraten
hohe Lokalisierungsgenauigkeit und Gerätedichte
gesteigerte Energieeffizienz

Projektpartner

Konsortialpartner

Die Entwicklungs- und Verwaltungsgesellschaft Halle- Saalkreis mbH (EVG) übernimmt die Konsortialführung und somit die Koordination der Zusammenarbeit. Die EVG ist unter anderem für die Planung, öffentliche Erschließung und Vermarktung des Industriegebietes "Star Park " an der A 14 zuständig.

Die technische Ausführung des Projektes führt exceeding solution GmbH an. Das hochinnovative Unternehmen in den Bereichen Hard- und Softwareentwicklung sowie Entwicklungs- und Prüfdienstleistungen.

Die Hochschule Merseburg (HoMe) unterstützt die technische Umsetzung und legt den Fokus auf die wissenschaftliche Begleitung des Projektes sowie der Projektbeteiligten.

assoziierte Kooperationspartner

Im Rahmen der Automotive-Aftermarket-Sparte des Automobil- und Industriezulieferers Schaeffler AG wurde das europäische Kitting- und Logistikzentrum AKO im Star Park im Jahr 2022 aufgebaut. Hier können die Use Cases des 5G-Projekts erprobt sowie Transfermöglichkeit in die industrielle Praxis hergestellt werden.

unterstützende Subunternehmen

Bereits seit 2019 unterstützt die AMENO GmbH 5G-Forschungsprojekte. Die langjährige Erfahrung in diesem Projektbereich sowie die professionellen Projekt- und Prozesserkenntnisse bilden wichtige Ressourcen für das Gelingen des gemeinsamen Vorhabens und machen AMENO zu einem wichtigen Partner.

Als Experte für Elektronik und Mechanik mit Erfahrungen in Bereichen wie Funk-Leistungselektronik und Analogschaltung, ist Contronix GmbH ein zuverlässigen Partner für die Anfertigung spezieller elektrischer Komponenten.

Das Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltung IIS ist eine weltweit führende anwendungsorientierte Forschungseinrichtung für mikroelektronische und informationstechnische Systemlösungen und Dienstleistungen.

Projektförderung

#5GfürDE

Zur Erprobung und Erforschung vielseitiger 5G-Anwendungen im realen Umfeld hat der Bund über das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) ein 5G-Innovationsprogramm gestartet. Das 5G-POUST Pilotprojekt hat mit seinem Konzept die Zuwendung zur Forschung un Entwicklung unter realen Bedingungen erhalten.

Fortschritte

5G-Halbzeitveranstaltung

Die 5G-POUST Halbzeitveranstaltung am 28.06.2023 an der Hochschule Merseburg (HoMe) bot den geladenen Gästen einen Einblick zum gegenwärtigen Projektfortschritt von der Organisation bis zum Stand der technischen Umsetzung der 5G-Usecases. Das visuelle Feedback der Botschaften und die Merkmale des Potenzials für die Zukunft auf.

Besuch der 23. NWK im Harz

Bei der 23. Nachwuchswissenschaftler*innenkonferenz an der Hochschule Harz stellten Nachwuchswissenschaftler|innen ihre aktuellen Forschungsprojekte vor. 5G-POUST, war mit 3 engagierten Kollegen vor Ort. Neben einem weiteren 5G-Projekt, mit 2 wissenschaftlichen Plakaten vertreten. Eine ausgezeichnete Gelegenheit, für fachlichen Austausch und Networking.

Plakate: EMV | Living Lab

Messdatenerfassung

Mit mobilen PQ-Boxen werden erste Messdaten zu Strom sowie Spannung aufgezeichnet im täglichen Logistikbetrieb bei Schaeffler erfasst. Die Ergebnisanalyse bildet die Grundlagen für eine Optimierung der Energiebalance im Unternehmen.

Einweihung des 5G-Living-Lab

Ein Teilbereich des Projektes beinhaltet das Themenfeld autonomes Fahren im industriellen Bereich. Dabei wird im lebendigen Forschungslabor an der Hochschule Merseburg zunächst ein Modelaufbau mit einem steuerbaren Stapler aufgebaut in einer logistischen Umgebung aufgebaut. Dieses Teilgebiet hat sich zudem als Praxisprojekt für diverse Masterstudenten des Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften (INW) an der Hochschule Merseburg etabliert.

Aufbau und Schulung zur EMV

In der EMV-Kammer finden die Messungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Funkeinrichtung sowie Sensoren statt. Dabei wurde die vorhandene EMV-Anlage in der HoMe mit aktuellem Equipment aufgerüstet und die entsprechenden Projektmitarbeiter für die Nutzung der komplexen Technik geschult.

Fachtagung Mobilkommunikation

Für einen ersten Einstieg in das Thema 5G bot sich die Teilnahme an der 26. Fachtagung Mobilkommunikation an der Hochschule Osnabrück an. Wir erlebten intensive Einblicke in die Technologie sowie Möglichkeiten zum Netzwerken und für den vertieften fachlichen Austausch.

5G-Funktzellen | Funklizenzen

Ein Teilbereich des Projektes beinhaltet das Themenfeld "autonomes Fahren" im industriellen Bereich. Dabei wird im lebendigen Forschungslabor an der HoMe zunächst ein Modelaufbau mit einem steuerbaren aber auch autonom agierenden Miniaturgabelstapler in einer logistischen Umgebung aufgebaut. Dieses Teilgebiet hat sich zudem als Praxisprojekt für diverse Masterstudenten des Fachbereich INW an der Hochschule Merseburg etabliert.

5G-Fördernetzwerktreffen

Zur Vorstellung der Projekte, Netzwerken und für den fachlichen Austausch trafen sich Beteiligte der Bundesweiten Projekte.