Die Digitalisierung der Fertigung eröffnet Unternehmen viele Vorteile, darunter mehr Flexibilität in der Produktion verbunden mit einer höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen. »Um wettbewerbsfähig zu bleiben, brauchen Unternehmen eine anpassungsfähige Fertigungsumgebung. Nur so können sie kundenindividuelle Produkte effizient herstellen und auf Störungen wie etwa Lieferkettenengpässe schnell reagieren«, sagt Jan Mertes, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation der Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Ein derartiges Leistungsniveau kann die Fertigung über  eine hohe Interkonnektivität zwischen den verschiedenen Maschinen und Geräten erreichen. Die Vernetzung ermöglicht neue, intelligente Lösungen der Produktionssteuerung, -planung und Systeminteraktion.

Jan Mertes, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation der RPTU.

© RPTU/Koziel

Bestehende kabellose Lösungen erfüllen diese Anforderungen nicht oder sind aufgrund ihrer proprietären Konzeption nicht mit anderen Kommunikationsarchitekturen vereinbar. »Die Steuerung von Produktionsmaschinen stellt insbesondere extrem hohe Anforderungen an die Latenz, also die Zeit, die Signale vom Sender zum Empfänger benötigen«, sagt Daniel Lindenschmitt, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Funkkommunikation und Navigation, der gemeinsam mit Mertes an 6G-Konzepten forscht. »Es geht nicht nur darum, wie lange die Verzögerung ist. Ebenso muss die Ankunftszeit des Signals vorhersagbar und damit verlässlich sein. Sprich, unsere Forschungsarbeit befasst sich mit der sogenannten ‚ultra-reliable and low-latency communication‘. Diese Vision soll mit dem 6G-Mobilfunkstandard endlich Realität werden.«

Die Idee: Ein Netz-in-Netz-System

Die beiden Forscher nutzen für ihr Konzept kabellose Networks-in-Networks (NiN). Die Idee dahinter ist, dass an die übergreifende 6G-Gesamtarchitektur spezialisierte Architekturen andocken, die auf die Bedarfe von industriellen Anwendungsfällen zugeschnitten sind – sozusagen ein segmentierter Ansatz. Ihre Grundlagenforschung zu NiN, auch als Underlay-Netzwerken bekannt, verknüpfen Lindenschmitt und Mertes mit der Entwicklung eines Demonstrators: Dabei handelt es sich um eine CNC-Fräse, die in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird – ein klassischer und zugleich hochkomplexer Anwendungsfall. »Bislang ist die Hardware von Steuerkomponenten kabelgebunden mit Produktionsmaschinen und -anlagen verbunden. Unser Konzept ermöglicht nun die Virtualisierung der Fräse mit der dafür erforderlichen niedrigen Latenz und Verlässlichkeit der Signalübertragung.«

Auf der Hannover Messe veranschaulichen die Forscher die unterschiedlichen Eigenschaften von Netzwerken an einem einfachen regelungstechnischen Beispiel: Einem inversen Pendel, das schwingend gelagert ist. Damit es in einer aufrechten Position bleibt, ist eine zeitlich zuverlässige und extrem schnelle Signalübertragung erforderlich.

Teilprojekt im »Open6GHub«

Angesiedelt ist das Projekt unter dem Dach des »Open6GHub«, einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt. Neben der RPTU (Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau) und dem DFKI (Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz) sind weitere Hochschulen und Forschungsinstitute am Open6GHub beteiligt.