Industrie 4.0

Wie 5G die Smart Factory nachhaltiger macht

5G steht nicht nur für hohe Datenraten und niedrige Latenz. Der neue Mobilfunkstandard ist auch energieeffizienter als seine Vorgänger – und trägt so zu mehr Nachhaltigkeit in der Industrie 4.0 bei.

Nahezu lautlos huschen Transportroboter durch die Gänge des Osram-Werks im bayerischen Schwabmünchen. Zielsicher transportieren sie schwere Rollen mit Spezialdraht zwischen den Arbeitsstationen der Smart Factory hin und her. Überwachungssysteme im Hintergrund teilen den autonomen Fahrzeugen mit, welche Route sie durch die riesige Halle nehmen sollen, und warnen sie vor plötzlich auftauchenden Hindernissen. Die Transportroboter sind über einen Server auf dem Werksgelände (Local Edge Cloud), Teil eines eigens aufgebauten Campus-Netzes, mit dem System verbunden. Die Datenübertragung erfolgt in Echtzeit, ohne Wartezeiten oder Verzögerungen. Diese effizientere Logistik beschleunigt den Produktionsprozess – und reduziert so den Energieverbrauch.

Die Grundlage für diese schnelle Datenübermittlung ist 5G, der Mobilfunkstandard der fünften Generation. Die neue Funktechnik ermöglicht bis zu 100-mal höhere Datenübertragungsraten als 4G, im Idealfall bis zu 20 Gigabit pro Sekunde. Dank der geringen Latenz von unter einer Millisekunde ermöglicht 5G zudem zeitkritische Anwendungen wie autonome Transportsysteme für die Fertigungslogistik.

Ressourcenschonende Anwendungen

Neben der hohen Datengeschwindigkeit bringt 5G auch erhebliche Fortschritte in Sachen Nachhaltigkeit mit sich: Nach Berechnungen von Huawei verbraucht 5G pro übertragenem Bit bis zu 90 Prozent weniger Energie als 4G. Gleichzeitig lassen sich im 5G-Netz in derselben Zeit erheblich mehr Informationen übertragen. Auch die spektrale Effizienz, also die maximal mögliche Datenmenge pro Sekunde und Hertz, ist aufgrund vieler technischer Verbesserungen mit 5G-Komponenten etwa drei- bis viermal so hoch wie bei 4G. Zudem sorgt 5G in Verbindung mit weiteren Digitalisierungseffekten für mehr Effizienz in der Produktion, was zur Senkung der Stromkosten beitragen und so die Umwelt schonen kann. Datenhungrige Industrie-4.0-Anwendungen wie etwa Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung), die ein leistungsstarkes Netz mit niedriger Latenz benötigen, lassen sich ressourcenschonend umsetzen.

„5G bildet das Nervensystem der Industrie 4.0“ – Achim Berg, Präsident des Branchenverbands Bitkom

Das ist eine gute Nachricht für viele Industrieunternehmen. Jeder sechste Betrieb mit mehr als 100 Mitarbeitern in Deutschland nutzt nach Erhebungen des Digitalverbands Bitkom bereits spezielle Anwendungen aus dem Bereich Industrie 4.0. Drei Viertel stufen die Verfügbarkeit von 5G für das eigene Geschäft als „wichtig“ oder „sehr wichtig“ ein. „5G ist für die deutsche Industrie eine Schlüsseltechnologie“, sagt Bitkom-Präsident Achim Berg. „Sie ermöglicht Übertragungen in Echtzeit, eine höhere Netzwerk-Kapazität und eine quasi unbegrenzte Zahl an Menschen und Geräten, die innerhalb der 5G-Netze miteinander in Echtzeit kommunizieren können. 5G bildet das Nervensystem der Industrie 4.0.“

Mit vorausschauender Wartung gegen Maschinenausfälle

In der produzierenden Industrie wird zum Beispiel das Thema Predictive Maintenance immer wichtiger. Die vorausschauende Wartung wird dank fortlaufender Analyse der von Sensoren gemeldeten Gerätedaten immer effektiver und kostengünstiger. Fällt eine Wartung oder Reparatur an, kann ein Monteur über das 5G-Netz Roboter aus der Ferne steuern oder den Kollegen vor Ort über Augmented Reality (AR) Informationen übermitteln, die sie für ihre Arbeit benötigen. In diesem Szenario müssen Spezialisten künftig viel weniger reisen – auch weil Wartungen nicht mehr in festen Abständen durchgeführt werden müssen, sondern nur noch bei Bedarf. Zudem verringern sich teure Ausfallzeiten der Produktionsanlagen. Über das 5G-Netz und AR-Anwendungen lassen sich Mitarbeiter an jedem Ort der Welt an neuen Maschinen schulen. Weder sie noch ihre Trainer müssen extra an einen Schulungsort fahren. Das ist nicht nur in Corona-Zeiten von Vorteil, sondern schont auch nachhaltig die CO2-Bilanz.

Auch für eine schnelle und lückenlose Qualitätskontrolle der Produktion eignen sich 5G-Netze. So hat ein chinesischer Smartphone-Hersteller die manuelle Qualitätskontrolle entlang seiner Montagelinien durch ein System von Hochgeschwindigkeitskameras ersetzt, die mit 5G und Künstlicher Intelligenz arbeiten. Ergebnis: Die Qualitätskontrolle der Smartphones erfolgt jetzt fast 18-mal schneller, der Energieverbrauch pro Smartphone-Qualitätscheck ist auf sechs Prozent des Ausgangsniveaus gesunken.

Mehr Daten, weniger Energieverbrauch

Diese Energieeinsparung ist bemerkenswert. Denn im Vorfeld hatten Forscher und Branchenexperten befürchtet, dass mit einem exponentiellen Anstieg des Datenvolumens auch der Energieverbrauch entsprechend steigen würde. Dies würde die Umwelt belasten und die ausgeklügelten Geschäftsmodelle von Netzbetreibern und kommerziellen Anwendern in Schieflage bringen. Doch tatsächlich ist 5G bis zu 100-mal energieeffizienter als 4G. Das eröffnet den IKT-Unternehmen neue Perspektiven. Nach Angaben der International Telecommunication Union (ITU) verursachen sie nämlich immerhin zwei Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen. Mit Hilfe von 5G kann es Mobilfunkbetreibern und Telekommunikationsunternehmen gelingen, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig wesentlich mehr Maschinenverbindungen zur Verfügung zu stellen.

Keine Frage, der Datenverkehr steigt immens: Bis 2025 sollen laut Huawei Global Industry Vision rund 100 Milliarden Geräte vernetzt sein. Dem Beratungsunternehmen Analysys Mason zufolge wird sich der mobile Datenverkehr während der nächsten fünf Jahre in Schwellenländern versechsfachen und in Industrieländern verdreifachen. Vor diesem Hintergrund kann 5G also wesentlich dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck trotz zunehmender Digitalisierung zu verringern. Bei inzwischen mehr als 100 weltweit gestarteten 5G-Netzen kommt so eine enorme Energieeinsparung zusammen.