Use Cases
AGV in der SmartFactory OWL
In der SmartFactory OWL fährt ein Autonomous Guided Vehicle (AGV), welches Anhand von Distanzsensoren und Kamerabildern Kartierungen durchführt, um selbstständig Waren zum Zielort transportieren zu können. Das AGV verfügt über begrenzte Rechenleistung und Speicherplatz. Zusätzlich können Daten in der Mobile Edge Cloud (MEC), einem Edge Cluster oder einer Core Cloud bearbeitet werden.
Die Bilder und Sensordaten werden im Standardbetrieb über das 5G-System übermittelt und die Berechnungen werden in der Cloud ausgeführt. Dadurch stehen die vollständigen Daten zur Verfügung und die Berechnung der Karte erfolgt zügig und kann mit anderen Anlagen geteilt werden. Die Steuerung der AGV-Mobilität erfolgt lokal. Die eigenen Rechen- und Speicherkapazitäten des AGV werden in diesem Betriebsmodus wenig belastet.
Bei hoher Netzauslastung, Auslastung der Cloud-Rechenleistung oder im Falle einer schlechten Verbindung kann die Berechnung der Karte lokal auf dem AGV durchgeführt und nur die fertige Karte an den Server übermittelt werden. Die Kartierung erfolgt langsamer, aber ressourcenschonender.
Regallager in der SmartFactory OWL
Das in der SmartFactory OWL befindliche Regallager verfügt über einen Digitalen Zwilling. Bestandteil des Digitalen Zwillings sind unter anderem Zustandsdaten des Regallagers sowie Anweisungen für den Wartungsfall. Die Zustandsdaten werden aus der Steuersensorik sowie über additive Messungen gewonnen. Mehrere Module mit Förderbändern können Werkstücke horizontal und vertikal auf drei Ebenen entlang transportieren. Zustandsdaten der Elektromotoren, eingegebene Steuerbefehle für die Umpositionierung des Werkstücks, dessen Transportgeschwindigkeit und aktuelle Position werden über einen OPC UA Server bereitgestellt. Eine in der Edge-Cloud laufende Instanz zur Prozessdatenverarbeitung sammelt wartungsrelevante Daten und verarbeitet diese. Verlassen die Zustandsdaten einen vorgegebenen Arbeitsbereich, wenn z.B. ein Förderband aufgrund eines verschlissenen Keilriemens ein Werkstück langsamer als erwartet bewegt, dann wird durch den Digitalen Zwilling Wartungsbedarf angezeigt.
AR-basierte Wartung benötigt zusätzliche Ressourcen
Im Wartungsfall tritt eine erhöhte Belastung der Netzwerk- und Verarbeitungsressourcen auf, da das Wartungspersonal durch Augmented Reality (AR) Werkzeuge unterstützt wird. Dabei werden Kamerabilder zur weiteren Ursachenerkennung an den Digitalen Zwilling übertragen und Handlungsanweisungen über Video und Audio an das Wartungspersonal gesendet. Die Steuerungsfunktion des Regallagers (soweit noch in Betrieb) darf dadurch nicht beeinträchtigt werden. Die Funktionen für Wartung und Zustandserfassung müssen entweder auf noch freie Ressourcen umgelagert werden oder bezüglich ihrer Dienstgüte begrenzt werden. Wartungen können geplant (z.B. im Zuge von „Predictive Maintenance“) als auch ungeplant (z.B. im akuten Störungsfall) auftreten. Insbesondere die ungeplanten Eingriffe stellen im Vergleich zu geplanten Eingriffen höhere Anforderungen an die Flexibilität der Netzinfrastruktur, da entsprechende Ressourcen spontan zur Verfügung stehen müssen.
Ressourcenzuteilung durch das Managementtool
Das Managementtool überwacht die Auslastung der verschiedenen, zur Verfügung stehenden Ressourcen (Speicher, Rechenleistung und Funk). Es kann kurzfristig entscheiden, dem AGV Ressourcen zu entziehen und dem Wartungsfall zuzuteilen. Das AGV berechnet die Kartierung dann lokal und sendet die kleinere, verarbeitete Datei in die Cloud, statt die großen Rohdaten zu versenden, die in der Cloud schneller hätten berechnet werden können. Es ist einerseits möglich, dass das Management-System spontan Netz-Ressourcen zuteilt. Andererseits kann auch die Anwendung selbst dynamisch auf die Verfügbarkeit oder Nicht-Verfügbarkeit von Netz-Ressourcen reagieren. So können während der Laufzeit Funktionen zu- oder abgeschaltet und mit niedriger oder hoher Ressourcenbelastung (bspw. Qualität einer Videoübertragung) betrieben werden.
In diesem Video berichtet Dr. Simon Oberthür (SICP | UPB) im Rahmen der 5G.OWL Woche im September 2021, welche industriellen Einsatzmöglichkeiten es für 5G gibt.