14/02/2021
Door Ad Spijkers
Dynamische productiesystemen betrouwbaar en veilig aansturen en regelen blijkt voor veel bedrijven een uitdaging. Edge- en cloud-systemen winnen hier aan betekenis.
Er is echter nog een gebrek aan geschikte apparatuur en infrastructuur om bestaande machines en systemen permanent te integreren in industriële digitale IT-landschappen. Voor dit doel werkt het Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aken samen met partners uit de machinebouw, netwerktechnologie en robotica om een volledig real-time communicatie-infrastructuur te ontwikkelen op basis van 5G- technologie en time sensitive networking (TSN).
5G en TSN
Voor een snelle en betrouwbare gegevensuitwisseling in het 5G-productienetwerk vertrouwen de onderzoekspartners in het 5G-Comet project op een reeks standaarden die gezamenlijk worden aangeduid als Time Sensitive Networking (TSN). Deze maken gegevensoverdracht mogelijk met een geringe vertraging en hoge beschikbaarheid. De projectpartners willen de TSN-standaarden, oorspronkelijk ontwikkeld voor bekabelde netwerken, combineren met 5G radiotechnologie in een real-time totaalsysteem.
De Fraunhofer Edge Cloud fungeert als controlecentrum voor alle aangesloten systemen in het 5G-productienetwerk. De gegevens van alle componenten in het netwerk komen hier samen. De hoge opslag- en rekencapaciteit van de cloud, de snelle gegevensoverdracht tussen 5G en Ethernet en de betrouwbare interfaces maken het mogelijk dat individuele processen binnen het netwerk niet meer lokaal, maar cloud-gebaseerd kunnen worden aangestuurd. Procesketens kunnen adaptief op elkaar worden afgestemd met speciaal geprogrammeerde virtuele applicaties.
Door de TSN-standaard voor Ethernet te combineren met 5G heeft het gehele productienetwerk een uniforme communicatie-infrastructuur. De gestandaardiseerde interfaces tussen het mobiele en het bedrade netwerk moeten een positief effect moeten hebben op de betrouwbaarheid van de datatransmissie.
Tests met robots
De onderzoekspartners testen initiële toepassingsscenario's voor real-time besturing van robotgestuurde laserbewerkings- en assemblageprocessen:
Bij de laserbewerking gebruikt een robot een speciaal gereedschap om complexe driedimensionale oppervlakken te voorzien van texturen, gravures of markeringen. Het bepalen van de exacte positie van de robot en het lasergereedschap en het nauwkeurig besturen van beide componenten vereist een hoge rekencapaciteit. Het continue TSN-netwerk met de snelle datatransmissie naar de Fraunhofer Edge Cloud zorgt ervoor dat alle benodigde individuele systemen snel en zonder vertraging op elkaar kunnen reageren. De draadloze verbinding van de gereedschapssensoren met 5G en de besturing in de Fraunhofer Edge Cloud maken ook een modulair en flexibel gebruik mogelijk.
Assemblagesystemen met robots die samen een assemblagetaak uitvoeren, vertegenwoordigen een ander toepassingsscenario. Voorheen waren de besturingen van de robots via een grote hoeveelheid hardware met elkaar verbonden, in de toekomst kunnen de benodigde rekenprocessen worden uitbesteed aan de Fraunhofer Edge Cloud. Daar kunnen alle berekeningen van de robotpaden worden uitgevoerd en de resultaten worden teruggekoppeld naar het robotsysteem. De opname van TSN-compatibele netwerkcomponenten zorgt voor een consistente en betrouwbare synchronisatie en verbinding van de afzonderlijke systemen.
Partners in het project zijn Ericsson, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie, German Edge Cloud, Hirschmann, ISEK en Werkzeugmaschinenlabor (beide onderdeel van RWTH Aachen), Meastream, Mitsubishi Electric Europe, SMS Group en Utimaco.
Foto: Mitsubishi Electric Corporation