Bosch bygger fleksible fabrikker med 5G

Mens danske bedrifter fremdeles venter på å kunne ta i bruk neste generasjon av mobilnettverk, 5G, har naboene deres sør for grensen allerede åpnet de første industrielle 5G-nettverkene. Etter flere års standardiseringsarbeid begynner det første nettverksutstyret å stå klart på hyllene, og i tillegg har myndighetene flere steder dedikert spesielle frekvensbånd til lukkede nettverk for industrien.

Danske Ingeniøren har vært i Tyskland og tatt temperaturen på 5G-hypen i industrien; blant annet hos Bosch, hvor Head of Communication & Network Technology Andreas Müller forteller om konstruksjonen av fremtidens fabrikk:

– Det er ambisjonen vår at de eneste statiske faste elementene er de ytre veggene, gulvet og taket. Alt annet er mobilt og fleksibelt og kan rokeres rundt. Det er veldig annerledes enn i dag, hvor produksjonslinjer er statiske og optimeres fortløpende til bestemte produkter. Med 5G kan vi fjerne kabler, og dermed gjøre omstillingen mye enklere.

5G i mobile roboter

Tradisjonelt har trådløse teknologier ikke spilt noen særlig stor rolle på fabrikkgulvet. Man kan kanskje finne wifi-nettverk og etablere en Bluetooth-forbindelse på de fleste produksjonsbedrifter i dag, men det er vanligvis til applikasjoner i administrasjonen, og bare en sjelden gang til de viktige systemene som skaper forbindelser i produksjonen.

Bosch, som spesielt er kjent for hvitevarer og håndverktøy, samt for å være den største underleverandøren til bilindustrien, forventer at 5G kommer til å vinne innpass som nettverksteknologi flere steder i produksjonen i en glidende overgangsperiode på flere år.

– Vi begynner med de fruktene som henger lavt, for eksempel å forbinde bevegelige objekter som mobile roboter. Her kan du ikke bruke kablede løsninger, og man benytter seg derfor ofte av wifi. Dette gir problemer, spesielt når du må koble dem mellom forskjellige aksess­punkter. I tillegg kan du ikke skjelne mellom kritiske og ikke-kritiske applikasjoner på samme nettverk, sier Andreas Müller.

Færre nettverksteknologier

Hos Trumpf, som produserer en lang rekke forskjellige verktøymaskiner for metallbearbeiding, har de også en rekke ideer for hvordan 5G kan bli en integrert del av produksjonen og maskinene deres. Håpet er å kunne redusere antallet ulike nettverksteknologier.

– Akkurat nå har vi nettverksløsninger til de forskjellige applikasjonene våre. Men de er alle utviklet spesifikt til hver enkelt ­applikasjon, og det gjør nettverket vårt svært komplekst, og det involverer mange forskjellige teknologier. Vi håper at 5G kan samle kommunikasjonen i én nettverksteknologi, sier Christian Bauer, som er lead developer for 5G hos tyske Trumpf.

For tiden tester Trumpf bare 5G internt i produksjonen, men på sikt kan 5G bli integrert i de maskinene som sendes ut fra fabrikkene.

– Vi forventer å kunne bruke 5G til å lokalisere den enkelte ordren underveis i produksjonen vår, hvor det kan være opp mot 4000–6000 forskjellige ordrer på gang samtidig. Men også til lokalisering på tvers av fabrikker verden over, sier Christian Bauer.

To verdener skal forenes

Selv om det viktigste standardiseringsarbeidet etter hvert er på plass for 5G, gjenstår det fremdeles en del arbeid med å etablere et felles språk mellom automasjonsingeniørene og de it- og nettverksleverandørene som skal levere de nye 5G-nettverkene. De pleier nemlig ikke å snakke sammen om mobilnettverk.

– Vi må sørge for en sømløs overgang mellom de forskjellige økosystemene, altså OT- (operational technology, red.) og it-verdenen. En av de mest fundamentale oppgavene blir å etablere en felles forståelse – et felles språk – for hva en ­industriell applikasjon er, og hva 5G kan gjøre, sier Andreas Müller.

Han forteller at da Bosch for fire år siden ble spurt av teleindustrien hva som egentlig kreves for å kjøre en industriell applikasjon, var svaret at de kablede løsningene bare måtte miste én enkelt datapakke av en million. Den oppetiden kunne man rett og slett ikke få til på et mobilnettverk den gangen.

Etter dette har begge parter fått snakket seg nærmere hverandre, og funnet ut at man faktisk greit kan håndtere industrielle applikasjoner trådløst over et mobilnettverk.

Gammelt fabrikkutstyr bremser

Det er ikke bare de mobile nettverksleverandørene som Nokia, Ericsson og Qualcomm som må tilpasse seg Bosch og industriens måte å jobbe på – det går også den andre veien.

– Den store diskusjonen akkurat nå er hvordan vi kobler sammen TSN (Time Sensitive Network, red.), altså neste generasjon av industrial ethernet, med 5G. Hvis vi kan få en felles standard for kablede løsninger, blir det mye enklere å koble det til 5G, sier Andreas Müller fra Bosch.

Her er TSN-protokollen utpekt til å bli den felles standarden som kan erstatte det virvaret av protokoller som fremdeles preger markedet for industriell kommunikasjon med Profinet, Ethernet/IP, Modbus og Profibus.

Nettopp kombinasjonen av nytt trådløst 5G-utstyr og eldre produksjonsutstyr gjør at 5G ikke raser inn på fabrikkgulvet helt umiddelbart.

– Det er en enorm 5G-hype for tiden, og den kan det være vanskelig å skjære gjennom. Vi må huske at det er kostnadstungt å bytte ut kabler i eksisterende fabrikker med trådløse rutere, og du kan ikke sende den regningen videre til kundene dine uten å legge til nye tjenester på toppen av 5G. 5G har mange bruksmuligheter i industrien, men det er ikke løsningen på alt, sier Christian Bauer fra Trumpf.

Derfor blir industrielt 5G ikke et enkelt plug-and-play-nettverk, men en nettverksteknologi som i første omgang skal tilpasses de enkelte applikasjonene.

– Du får ikke alt på én gang, akkurat som du ikke kan kjøre en bil med maksimal hastighet, full last og samtidig forvente at den kjører langt på literen, sier Christian Bauer.

Stabile politiske rammer

Siden 5G skal sende over lisensierte frekvensbånd, er det ikke nok at tele­operatører, nettverks­leverandører og industrien kan enes om 5G. Der er også behov for politisk oppbakking i form av stabile rammer.

– Det er absolutt nødvendig med stabile frekvenspolitiske rammer, for mange av maskinene våre skal kjøre 15–20 år ut i fremtiden. Og da nytter det ikke at man plutselig ikke har de frekvensbåndene som maskinene kommuniserer over. Det er samtidig en stor fordel å ha global harmonisering, slik at utstyret vårt kan brukes verden rundt og ikke må tilpasses hvert enkelt land, sier Christian Bauer.

I Danmark er det Energistyrelsen som står for å fordele de enkelte frekvensbåndene. Her har man fremdeles ikke avklart om hvorvidt industrien kan få lov å råde over egne 5G-frekvenser. I Tyskland har man kommet et langt skritt videre, og Bosch var blant de aller første tyske bedriftene – hvis ikke en av de første bedriftene i verden – som har kjøpt lisenser til 5G helt utenom de kommende frekvensauksjonene som ofte besøkes av de store teleoperatørene.

Fikk lisens på et par uker

Bosch har fått adgang til 100 MHz i frekvensbåndet 3,7–3,8 GHz til 5G på to lokasjoner rundt Stuttgart i Tyskland. Dels til en stor fabrikk i Feuerbach, hvor mer enn 13.000 medarbeidere produserer motorer og girkasser til biler, og dels i Boschs globale utviklingsavdeling som ligger i den lille byen Renningen nær Stuttgart.

– Det tok bare et par uker fra vi søkte til vi fikk tillatelsen på hele 100 MHz-frekvensbåndet, sier Andreas Müller.

Han forteller at det er to tungtveiende årsaker til at Bosch bare ser en fremtid i såkalte non-public networks, altså lukkede private 5G-nettverk.

– Av sikkerhetsmessige grunner er det viktig at nettverket er lukket, slik at en robotarm eller en tung maskin ikke blir forstyrret av smarttelefoner utenfor fabrikken. Samtidig er det viktig at vi kan optimere nettverket etter de nøyaktige produksjonsbehovene. Det er stor forskjell på å optimere et nettverk til smarttelefoner og en industriell robot, sier Andreas Müller.

Helt konkret bruker en smart­telefon mest downlink-trafikk, og sender ofte ikke så mye data fra telefonen opp i nettverket, mens roboter og maskiner ofte vil ha en mye likere fordeling. Samtidig foregår det meste av datatrafikken på en fabrikk lokalt mellom maskinene.

– Så det gir ingen mening å sende data til en basestasjon flere kilometer unna, og deretter i retur igjen. Her gir det mening å etablere et mindre lokalt 5G-nettverk, forklarer han.

Behov for harmonisering

En rapport fra analyse- og konsulentbedriften Deloitte viser at omkring 100 bedrifter verden over jobber med å teste ­private 5G-nettverk i år.

Men selv om det er enighet om 5G-standardene, er det langt fra global enighet om hvor industribedrifter som Bosch, Trumpf, Grundfos og Mærsk skal kunne kjøpe seg private lisenser til radiofrekvenser. I Tyskland har telemyndighetene inntil videre satt av 100 MHz i 3,7–3,8 GHz-båndet. I tillegg forventer de å dedikere deler av 26 GHz-frekvensbåndet til det samme formålet. I Storbritannia og Japan kan industribedrifter se fram til å søke om radiolisenser i frekvensbåndet 3,8–4,2 GHz.

– Det ideelle ville være global harmonisering av frekvensbånd. Vi har fabrikker rundt om i verden som ligner mye på hverandre, og derfor er viktig at vi kan konfigurere dem likt. Og hvis du får tildelt eksotiske frekvensbånd, kan du ikke være sikker på å kunne kjøpe nettverksutstyr som fungerer på de frekvensene, sier Andreas Müller.

I Danmark forventes det at Energistyrelsen senere i år tar en beslutning om utdeling av 3,5 GHz-frekvensbåndet til 5G-mobilnettverk.

Denne saken ble først publisert på danske Ingeniøren, og gjøres tilgjengelig på norsk gjennom vår samarbeidsavtale med Teknologiens mediehus/Ingeniøren.