Dnes je väčšina strojov v továrňach stále pripojená pomocou káblov. No to sa v blízkej budúcnosti takmer určite zmení vďaka novému komunikačnému štandardu 5G, ktorý bude zavedený v Nemecku od roku 2020. Spočiatku bude rýchlosť prenosu medzi 1 a 5 GB za sekundu a následne sa zvýši na 20 GB za sekundu – kvantový skok, vďaka ktorému bude desať- až 20-krát rýchlejší ako jej predchodca – LTE systém.

To je dobrá správa pre používateľov smartfónov, pretože 5G im umožní pozerať 4K filmy kdekoľvek, a to aj vonku. Pre priemyselné spoločnosti to však znamená oveľa viac. Je to míľnik na ceste k Priemyslu 4.0, v ktorom komplexné digitálne služby a internet vecí zvýšia flexibilitu a produktivitu inteligentných tovární.

5G je navrhnutá ako bezdrôtová sieť, ktorá dokáže zjednotiť všetko, od automatických regálových systémov po výrobné roboty, klimatizačné a riadiace systémy. Bude to komplexná sieť, ktorá umožní riadiť priemyselný podnik bez akýchkoľvek káblov. Bude odolná a ultrarýchla alebo vybavená šírkou pásma, ktorá zvládne všetko potrebné. „Príležitosti sú obrovské,“ hovorí Sander Rotmensen, vedúci produktového manažmentu bezdrôtovej priemyselnej komunikácie spoločnosti Siemens. „Predstavte si výrobný podnik alebo prevádzku, kde autonómna flotila vozidiel prepravuje tovar, náhradné diely alebo hotové výrobky medzi dodacími rampami, výrobnými halami a skladmi tam a späť s časovým rozvrhnutím, ktoré je presne prispôsobené harmonogramu výroby. To všetko umožní priemyselná sieť 5G.“

Ultrarýchla reakcia

Sieť 5G je atraktívna pre rôzne priemyselné odvetvia, či už je to automobilový a chemický priemysel, alebo výroba elektroniky. Vo výrobných podnikoch umožní prenos údajov generovaných jedným miliónom IoT zariadení nachádzajúcich sa na 1 km2. Takto by mohla byť pokrytá celá výrobná linka a s ňou spojené snímače teploty a prietoku, ako aj autonómne mobilné roboty.

Prvýkrát budú možné reakcie na spodnej hranici milisekúnd, čo napríklad umožní okamžité zastavenie ramena robota, ak kamery identifikujú cudzí predmet na dopravnom páse. Okrem toho veľká šírka pásma 5G prvýkrát umožní úplné využitie potenciálu rozšírenej reality, ktorá predstavuje nové štádium interakcie medzi ľuďmi a strojmi.

V dôsledku týchto výhod sa očakáva, že trh 5G bude obrovský. Podľa Správy o mobilnej ekonomike 2019 uverejnenej GSMA, združením prevádzkovateľov mobilných sietí, 15 % celosvetovej bezdrôtovej komunikácie sa bude prenášať prostredníctvom 5G už v roku 2025. V súčasnosti sa do výstavby sietí 5G ročne investuje 160 miliárd dolárov ročne. Podľa tejto prognózy bude 5G v nasledujúcich 15 rokoch prispievať do globálnej ekonomiky 2,2 biliónmi dolárov a tento nárast bude zvyšovať predovšetkým výrobný priemysel a verejné služby.

Priemyselná sieť 5G: zrod nového štandardu

Bezdrôtová komunikácia v priemysle nie je, samozrejme, nič nové. Napríklad spoločnosť Siemens už dnes používa súkromné bezdrôtové riešenie WiMAX s RUGGEDCOM WIN na viaceré účely vrátane rýchlej identifikácie únikov v ropovodoch a plynovodoch, monitorovania a riadenia energetických sietí na ostrovoch a mobilných dopravných systémov v továrňach. Navyše aj súkromné siete LTE sa už príležitostne používajú na miestach, ako sú továrne a prístavy. Spoločnosť Siemens už viac ako 15 rokov úspešne používa priemyselnú WLAN na bezdrôtovú komunikáciu v priemysle, spĺňajúcu všetky potrebné požiadavky vrátane bezpečnosti. IWLAN sa ďalej vyvíja súbežne s technológiou 5G na priemyselné použitie, pretože súkromné frekvencie pre priemyselnú sieť 5G nie sú dostupné všade na svete. Takéto siete sa však svojím výkonom zďaleka nepribližujú 5G. „Až doteraz sa nám nepodarilo úplne prepojiť priemyselné podniky. Nástupom priemyselnej 5G to vyzerá podstatne reálnejšie,“ hovorí Herbert Wegmann, vedúci Oddelenia priemyselnej komunikácie a identifikácie v spoločnosti Siemens.

Napriek tomuto sľubnému výhľadu však technológia 5G ešte nie je všeobecne dostupná. Aj keď medzinárodná organizácia na tvorbu noriem mobilného rádiového prenosu 3GPP (partnerský projekt 3. generácie) zverejnila koncom roka 2018 normy pre komponenty 5G pre komerčné mobilné bezdrôtové siete, ešte stále neuverejnila žiadne konkrétne požiadavky na priemyselný štandard 5G. Očakáva, že túto medzeru zaplní do polovice roku 2020. Okrem toho v Nemecku nebolo dlho jasné, či priemyselné podniky budú schopné využívať svoje vlastné frekvenčné pásma alebo budú závislé od telekomunikačných spoločností.

Podpora 5G v USA a Číne

Túto otázku riešilo medzinárodné združenie na ochranu priemyselných záujmov, 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA). Medzi jej členov patrí Siemens a ďalšie spoločnosti dodávajúce svoje produkty a riešenia či už na úrovni prevádzkových (OT), alebo informačných (IT) technológií. Vďaka ich úsiliu bolo možné v Nemecku vyhradiť pásmo 100 MHz medzi 3,7 a 3,8 GHz, ktoré môžu pre svoje miestne siete využívať výlučne priemyselné spoločnosti. „Je rozumné poskytnúť priemyselným spoločnostiam priamy prístup k týmto frekvenciám,“ hovorí S. Rotmensen. „Koniec koncov, sme tí, ktorí najlepšie poznajú požiadavky našich závodov, a preto môžeme sieť optimalizovať v súlade s našimi konkrétnymi aplikáciami.“

Po spustení 5G už nebudú existovať žiadne prekážky pri zriaďovaní inteligentných tovární – za predpokladu, že sa priemyselná sieť 5G zavedie na celom svete. Z tohto hľadiska spoločnosti intenzívne pracujú na zavedení 5G na dvoch z najdôležitejších svetových trhoch, v USA a Číne. „Spoločnosť Siemens ponúkne riešenia pre priemyselné 5G ešte predtým, ako budú vytvorené a uvedené do prevádzky miestne priemyselné siete,“ hovorí S. Rotmensen. „Je to preto, že tento vývoj sa, samozrejme, už dlho vyvíjal nielen v našej, ale aj v iných spoločnostiach.“

Realistické očakávania

Tri otázky pre Herberta Wegmanna, generálneho riaditeľa pre priemyselnú komunikáciu a identifikáciu v spoločnosti Siemens o možnostiach a limitoch 5G.

Herbert Wegmann

Ktorý aspekt 5G vás najviac zaujal?
Nie, pretože teraz je to len otázka času. Dôležité je, že požiadavky priemyselných spoločností sú štandardizované vo vydaní 16 (očakávané v polovici 2020) a 17 (očakávané na konci roku 2020) od 3GPP. Ďalším dôležitým krokom na podporu prijatia systému priemyselnými spoločnosťami bolo rozhodnutie Federálnej agentúry pre komunikačné siete umožniť spoločnostiam, ktoré chcú vo svojich podnikoch používať 5G, vytvoriť si vlastné miestne siete. Teraz je jasné, že v Nemecku môžeme pre priemyselné aplikácie s vysokou kvalitou služieb používať frekvenčné pásmo 100 MHz medzi 3,7 a 3,8 GHz. Tešíme sa z toho nielen preto, že sme tieto pravidlá obhajovali, ale aj preto, že priemyselná sieť 5G nám prvýkrát umožní úplne prepojiť priemyselné podniky a prevádzky.

Ľudia o sieti 5G už nejaký čas hovoria, ale štandardy pre priemyselné 5G nebudú zverejnené skôr ako v polovici roku 2020. Nie je to trochu škoda?

Čísla – milión pripojených jednotiek na kilometer štvorcový, prenosová rýchlosť až 20 GB za sekundu a reakčný čas iba niekoľko milisekúnd. Tieto čísla hovoria samy za seba. Čo ma však najviac zaujalo, sú veci, ktoré umožní priemyselná sieť 5G, a to napríklad vývoj úplne nových a flexibilných výrobných konceptov. Spoločnosti budú môcť kedykoľvek dynamicky prispôsobiť svoje výrobné oblasti aktuálnym okolnostiam bez toho, aby museli vo svojej infraštruktúre urobiť zásadné zmeny. Keď začneme využívať tieto možnosti, nebudeme mať ďaleko od dosiahnutia vízie samoorganizujúceho sa výrobného podniku.

Aké sú obmedzenia 5G?

V kontexte ďalšieho rozvoja musíme mať, samozrejme, reálne očakávania. Ak si predstavíte tri výhody 5G – šírku pásma, počet pripojených zariadení a kvalitu služieb – v trojuholníku, nemôžete donekonečna rozširovať všetky tri strany. Pre priemyselné aplikácie to znamená, že ak potrebujete vysokú kvalitu služieb pre deterministické automatizačné systémy, nebudete mať už k dispozícii celú šírku pásma alebo maximálny možný počet pripojiteľných zariadení 5G. Preto je pre priemyselné spoločnosti také dôležité miestne frekvenčné pásmo. Je to jediný spôsob, ako môže každý používateľ optimalizovať bezdrôtovú sieť pre svoje aplikácie spôsobom, ktorý je podobný prístupu k systému káblových, časovo citlivých sietí (TSN).

Zdroj: Breuer, H.: Industrial 5G – The Wireless Network of the Future. Siemens AG. [online]. Publikované 29. 3. 2019. Citované 20. 7. 2019. Dostupné na: https://new.siemens.com/global/en/company/stories/industry/industrial-5g-the-wireless-network-of-the-future.html.