5G Edge Computing: Wie es die Weichen für Industrie 4.0 stellt

Das Internet der Dinge (IoT) hat den Fertigungs- und Produktionssektor funktionell revolutioniert. Durch IoT IndustrietechnikMit 5G Edge Computing wird die Effizienz in den Fabriken gesteigert, die Präzision erhöht, die Leistung optimiert und gleichzeitig die Sicherheit verbessert. 5G-Edge-Computing schafft Möglichkeiten für die nächste Evolution in Industrie IoT, functionally setting the stage for industry 4.0.

Während viele Menschen 5G und Edge Computing als getrennte Technologien kennen, verstehen nicht alle, wie die beiden miteinander verwoben sind. Ebenso übersehen einige die potenziellen Vorteile, die sich aus der gemeinsamen Nutzung von Edge Computing und 5G ergeben, einschließlich des Vorteils, den das 5G-Edge Computing frühen Anwendern bietet.

5G-Edge-Computing bietet eine überragende Netzwerkleistung für die Industrie IoT und die Industrieautomatisierung und bietet im Vergleich zu seinem 4G-LTE-Vorgänger einen verbesserten Durchsatz und deutlich geringere Latenzzeiten. Darüber hinaus ermöglicht es Herstellern eine verbesserte Sicherheit innerhalb privater Netzwerke und bietet gleichzeitig eine Edge-Virtualisierung, die IoT funktionell umgestaltet.

Was ist 5G Edge Computing?

5G Edge Computing ist die Schnittmenge zweier Technologien: 5G-Netztechnologie und Edge Computing. Es verbindet Hochgeschwindigkeitsnetztechnologie mit dezentraler Rechenleistung, um die betriebliche Effizienz zu steigern und datengesteuerte Anpassungen nahezu oder in Echtzeit vorzunehmen.

5G-Edge-Computing-Konzept

5G-Netze sind eine Weiterentwicklung der drahtlosen Konnektivität und bieten erhebliche Verbesserungen gegenüber ihren Vorgängern. Insgesamt bietet 5G drei Hauptvorteile:

  • Beschleunigte Datenübertragung, die bis zu Multi-Gigabit/s erreicht und 4G LTE um das bis zu 10-fache übertrifft
  • Geringere Latenzzeit, möglicherweise bis in den einstelligen Millisekundenbereich
  • Höhere Kapazität mit größerer Bandbreite, die mehr IoT Geräte gleichzeitig unterstützt

Edge Computing umfasst die Datenverarbeitung am "Rand" eines Netzes. Bei herkömmlichen Ansätzen werden die Daten an eine zentrale Stelle übertragen, um Berechnungen abzuschließen und einen Befehl zu generieren, der dann an das Ursprungsgerät zurückgesandt werden muss. Dadurch entsteht eine gewisse Latenzzeit.

Beim Edge Computing finden die Berechnungen auf der Geräteebene statt. Die Daten werden zur Verarbeitung nicht an eine zentrale Stelle gesendet, sondern finden am Rande des IoT Technologiestapels statt, wodurch die Befehlsausgabe beschleunigt und unnötige Latenzzeiten vermieden werden. Funktionell spart Edge Computing Zeit, und da die Daten nicht an eine zentrale Stelle übertragen werden, wird die verfügbare Bandbreite nicht belastet.

In Kombination unterstützen 5G und Edge Computing höchst anspruchsvolle Anwendungen wie Industrierobotik, Automatisierung und künstliche Intelligenz (KI) in der Fertigung noch effektiver. 

5 Wege, wie 5G Edge Computing die Bühne für Industrie 4.0 bereitet

Automatisierung der Fertigung

Industrie 4.0 beruht auf einem zentralen Konzept: der Vernetzung von Geräten. Industrielle Konnektivität unterscheidet sich von ihrem Pendant im Büro und erfordert außergewöhnliche Zuverlässigkeit und robuste Lösungen, die den unvorhersehbaren - und sogar gefährlichen - Bedingungen in Anlagen standhalten. Die Reduzierung von Latenzzeiten ist ebenfalls entscheidend, da Verzögerungen bei der Datenübertragung die Produktion beeinträchtigen können.

5G-Edge-Computing löst - wenn nicht gar beseitigt - viele der Herausforderungen, die Industrie 4.0 behindern, und schafft damit die Voraussetzungen für die nächste Evolution intelligenter Fertigungsanlagen. Hier ein Blick auf fünf Möglichkeiten, wie Edge Computing und 5G zusammen den Weg für Industrie 4.0 ebnen.

1. Verringerung der Latenzzeit für Echtzeitkommunikation

Produktionsstätte mit Arbeiter am TabletMit der 5G-Edge-Kommunikation schaffen Industrieunternehmen ein kollaboratives System, das die Latenzzeit durch den Verzicht auf einen zentralen Punkt für die Verarbeitung zugunsten von Berechnungen auf Geräteebene und direkter Kommunikation zwischen Geräten reduziert. Darüber hinaus schafft das entstehende Netzwerk eine Edge-Compute-Ebene mit Mehrfachzugriff, die eine Rechenkapazität schafft, die Cloud-Lösungen ohne die mit echtem Cloud-Computing verbundenen Übertragungsverzögerungen nachahmt.

5G bietet auch eine höhere Geschwindigkeit als frühere Iterationen der Drahtlostechnologie. Eine Latenzzeit von weniger als 5 Millisekunden ist möglich, was weit unter dem Bereich von 60 bis über 100 Millisekunden liegt, der normalerweise mit 4G erreicht wird. Die Spitzengeschwindigkeiten können 20 Gigabit/s erreichen.

Viele der Leistungssteigerungen hängen mit der Verwendung von Millimeterwellen zusammen. 5G-Signale fallen hauptsächlich in den Bereich von 30 bis 300 GHz und damit in ein höheres Frequenzband als frühere Netz-Iterationen, was die Datenübertragungskapazität verbessert. Das Ergebnis ist ein System, das entweder nahezu oder wirklich in Echtzeit kommunizieren kann.

2. Verbesserung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit

Edge Computing in abgelegenen IndustrieanlagenMit der 5G-gesteuerten IoT kann der Einsatz von dichten Netzknoten - potenziell bis zu ein Knoten alle 50m2 - erhöht die Zuverlässigkeit und beinhaltet eine inhärente Redundanz. Im Wesentlichen wird dadurch ein Mesh-Netzwerk geschaffen, das eine Failover-Option bietet. Das Design ermöglicht es den Geräten von IoT und anderen angeschlossenen Geräten, auf andere nahegelegene Knoten auszuweichen, falls ein einzelner Knoten ausfällt.

Industrielle 5G-Konnektivitätslösungen erhöhen die Zuverlässigkeit durch eine verbesserte Haltbarkeit weiter. Die Designs sind robust, sodass sie auch in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden können. Industrielle Router widerstehen zum Beispiel Staub, Feuchtigkeit und extremen Temperaturen, sodass sie in Produktionsanlagen und im Freien eingesetzt werden können.

3. Verbesserung der Sicherheit durch private Netzwerke

IoT SicherheitskonzeptWährend das öffentliche Cloud Computing viele Sektoren verändert hat, haben Fertigungs- und Produktionseinrichtungen diese Lösungen nur langsam übernommen. Der Hauptgrund dafür sind Sicherheitsbedenken - einschließlich der Nutzung gemeinsam genutzter Computerumgebungen und weithin zugänglicher drahtloser Netzwerke - obwohl auch Zweifel an der Zuverlässigkeit eine Rolle spielen.

Mit 5G ist die Implementierung privater Netzwerke ein gangbarer Weg. Industrieanlagen können sich funktional von mobilen Netzwerken abgrenzen und dabei ähnliche Geschwindigkeiten wie bei kabelgebundenen Alternativen erreichen. Diese Lösungen führen auch zu Rechenkapazitäten, die mit denen öffentlicher Clouds vergleichbar sind, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass sensible Daten im Haus bleiben.

4. Vereinfachung der Umsetzung durch Nachrüstung bestehender Infrastruktur

Fernüberwachung der Infrastruktur IoTViele technologische Entwicklungen erfordern eine vollständige Aktualisierung der Infrastruktur, um sie in vollem Umfang nutzen zu können. Mit 5G Edge Computing ist jedoch eine Nachrüstung möglich. Unternehmen können ihre bestehenden Geräte und Infrastrukturen übernehmen und mit Edge-Intelligenz ausstatten.

Edge Computing mit 5G-Konnektivität ermöglicht es Industrieunternehmen, auf die sich verändernden Anforderungen einzugehen. Die Integration von Fernüberwachung, das Hinzufügen von Sensoren, die Erweiterung von Netzwerken und die Implementierung geschlossener Regelkreise erfordern nicht, dass Fertigungs- oder Produktionseinrichtungen ihren Tech-Stack von Grund auf erneuern müssen. Darüber hinaus können Industrieunternehmen zweckgerichtete Konnektivität in den Mix integrieren und bestehende Lösungen funktional erweitern, ohne ein komplettes Netzwerk neu aufbauen zu müssen.

5. Optimierung der Abläufe durch verstärkte Gerätezusammenarbeit

Konzept der Kommunikation von Maschine zu MaschineDie Automatisierung ist ein wichtiger Bestandteil der breiteren intelligenten Fertigungslandschaft, und 5G Edge Computing hebt das Konzept auf die nächste Stufe. Mit Geräten, die Rechenfunktionen bieten, und Hochgeschwindigkeitsnetzwerken, die eine Kommunikation in nahezu oder echter Echtzeit unterstützen, können IoT Geräte zusammenarbeiten.

Die Daten können zwischen den Geräten und Anlagen am Rande des Netzwerks übertragen werden, ohne dass sie über einen zentralen Verarbeitungspunkt weitergeleitet werden, wodurch potenzielle Verzögerungen drastisch eingeschränkt oder beseitigt werden. Anschließend können die Geräte die empfangenen Daten auswerten, um Engpässe zu identifizieren, den Energieverbrauch zu analysieren oder andere Probleme zu erkennen, die eine Anpassung der Produktion rechtfertigen.

Durch diesen Grad der Zusammenarbeit können die Geräte die Geschwindigkeit und Häufigkeit bestimmter Vorgänge bestimmen. Im Gegenzug generiert das System in Echtzeit einen optimierten Arbeitsablauf auf der Grundlage der aktuellen Anlagenbedingungen, ohne dass das Personal direkt eingreifen muss. Ebenso unterstützt der kooperative Charakter dieser Systeme eine intelligente Ressourcenzuweisung, die sicherstellt, dass Energie, Material und andere Ressourcen in die Bereiche geleitet werden, die sie am meisten benötigen.

Häufig gestellte Fragen

Schnelles Konnektivitätskonzept in einer Industrieanlage

Warum ist 5G gut für Edge Computing?

5G erweitert die bestehenden Möglichkeiten des Edge-Computing. Die zusätzliche Netzwerkgeschwindigkeit beschleunigt die Kommunikation zwischen den Geräten und schafft so eine kollaborative Umgebung, in der die Automatisierung effektiv genutzt werden kann, während gleichzeitig eine Workflow-Optimierung in Echtzeit erfolgt. Insgesamt wird dadurch die Leistung drastisch erhöht. Darüber hinaus wird die Integration von Technologien mit hohem Bedarf - einschließlich KI und maschinellem Lernen - praktikabler, indem bessere Reaktionszeiten für Anwendungen unterstützt und die Datenerfassung und -verarbeitung beschleunigt werden.

Wie wird sich 5G auf Edge Computing auswirken?

5G-Netzwerkgeschwindigkeiten unterstützen die Kommunikation in nahezu oder echter Echtzeit, sodass mit dem Netzwerk verbundene Geräte schneller kommunizieren können und eine kollaborative Umgebung geschaffen wird, die Automatisierungslösungen optimiert. Workflow-Entscheidungen in Echtzeit können auf der Grundlage der aktuellen Anlagenbedingungen getroffen werden, was die betriebliche Flexibilität erhöht und häufige Herausforderungen wie Engpässe durch intelligente Ressourcenzuweisung und optimierte Aufgaben- oder Funktionszeiten beseitigt. 

Welche Möglichkeiten bietet das 5G Edge Computing?

Mit 5G-Edge-Computing können Unternehmen ihre Abläufe und Workflows optimieren, indem sie die Datenverarbeitung dezentralisieren. Berechnungen können auf Geräteebene erfolgen, wodurch die Belastung von Netzwerken und anderen Rechengeräten wie Servern verringert wird. Darüber hinaus sind mit 5G-Edge-Computing und IoT Geräten Produktionsanpassungen in Echtzeit möglich, was optimierte Arbeitsabläufe für eine höhere Gesamteffizienz gewährleistet.

Was ist der Unterschied zwischen Edge Computing und Cloud Computing?

Edge Computing umfasst die Rechenleistung auf Geräteebene, so dass verschiedene IoT Geräte oder andere verbundene Technologien Daten lokal analysieren können, ohne auf einen zentralen Server oder eine ähnliche Datenverarbeitungslösung angewiesen zu sein. Beim Cloud Computing werden zentrale Server verwendet, die in der Regel im Besitz eines Drittanbieters sind und von diesem unterstützt werden, und die sich an einem anderen Standort befinden. Für Berechnungen müssen die Daten an den Cloud-Server gesendet werden, in der Regel über das Internet, und es muss auf eine Antwort gewartet werden, die zurückgesendet wird.

Digi-Lösungen für 5G Edge Computing

Digi IoT, 5G- und Edge-Computing-Lösung

Die Nutzung der Leistung von 5G Edge Computing ermöglicht Herstellern und Produktionsanlagen den erfolgreichen Übergang zu Industrie 4.0 und ebnet den Weg für mehr Effizienz und Optimierung. Ihre Reise in die nächste Evolutionsstufe des industriellen Betriebs kann schon heute beginnen. Digi bietet eine Reihe von Mobilfunk IoT Konnektivitätslösungen an, darunter Digi IX40 - eine speziell entwickelte 5G-Edge-Computing-IIoT-Router-Lösung, die eine schnelle Verarbeitung, Analyse und Integration von Anlagendaten für Industrie-4.0-Anwendungen ermöglicht. Digi IX40 bietet wesentliche 5G-Konnektivität und Edge-Intelligenz zur Unterstützung verschiedener Anwendungen in den anspruchsvollsten Umgebungen.

Diejenigen, die ihre Computerfähigkeiten verbessern und sich auf Industrie 4.0 vorbereiten wollen, aber zusätzliche Anleitung und Unterstützung benötigen, können sich an Digi Professional Services wenden.

Digi ist bereit, Sie bei jedem Teil Ihres 5G-Edge-Computing-Plans zu unterstützen und sicherzustellen, dass Sie die Leistung modernster Lösungen effektiv nutzen können, um den Betrieb zu optimieren und gleichzeitig die Sicherheit und Konnektivität zu verbessern. Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, um zu erfahren, wie Digi Ihre 5G- und Edge-Computing-Ziele in die Tat umsetzen kann.

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