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Fast Production Line Reconfiguration - Replacing Cables with Radio Communication Links

Ausgangssituation, Problematik und Motivation zur Durchführung des F&E-Projekts – Die dynamische Rekonfigurierbarkeit von derzeitigen Produktionssystemen ist durch die fixe Verkabelung von Steuerungs- und Regelsystemen stark behindert. Der Austausch von Kabelverbindungen durch hochzuverlässige drahtlose Kommunikationsverbindungen verbessert die Rekonfigurierbarkeit von Produktionsstätten drastisch und ermöglicht neuartige Produktionsprozesse. In zukünftigen hochflexiblen Produktionsystemen muss daher die Kommunikation in einem Regelzyklus zwischen Sensoren, Aktuatoren und Verarbeitungseinheiten durch drahtlose Kommunikation mit geringer Latenz ergänzt werden. Für schnelle Regelvorgänge werden Zykluszeiten von ca. 100 µs benötigt die aktuell verfügbare drahtlose Kommunikationsysteme nicht erreichen (Stand der Technik sind 16 ms). Für dynamisch rekonfigurierbare Produktionssysteme sind daher neue drahtlose Übertragungsverfahren mit geringer Latenzzeit erforderlich, die alle Diversitätsquellen in industriellen Szenarien nützen, um eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen.

Ziele und Innovationsgehalt gegenüber dem Stand der Technik – Basierend auf einer zukünftigen Produktionsszenarioanalyse zielt unsere Forschung auf eine industrielle Kommunikationsverbindung mit einer Zykluszeit von 125 µs in einem 6 Knoten-Szenario ab. Wir erforschen das Minimum der Packefehlerrate, die in industriellen Szenarien durch optimierte drahtlose Signalverarbeitungsalgorithmen (im Sender und Empfänger) und die dynamische Auswahl von Funkrelais mit Mehrfachantennen erreicht werden kann (Netzwerk-Diversität). Die zentrale Innovation von UNWIRE ist es, die dynamische Rekonfigurierbarkeit von Produktionssystemen durch den Ersatz von fixer Verkabelung durch Funkverbindungen zu ermöglichen.

Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse – Wir werden die Ausbreitungseigenschaften von Funkwellen gleichzeitig zwischen mehreren mobilen Sensor- und Aktuator-Knoten (mit zwei Antennen) in rauen Industrieumgebungen messen. Die Messdaten werden verwendet, um ein nicht-stationäres numerisches geometriebasiertes Kanalmodell für die Echtzeit-Emulation des drahtlosen Kommunikationskanals zu konzipieren, welches die konkrete Ausbreitungsumgebung berücksichtigt. Die Echtzeit-Emulation der Funkkanäle zwischen mehreren mobilen Knoten ermöglicht den wiederholbaren Leistungstest mit einer freiprogrammierbaren Funkplattform. Mit diesem Konzept können wir die effektivsten Signalverarbeitungsalgorithmen und Diversitätsmechanismen für den robusten Betrieb eines drahtlosen Kommunikationssystems in realen industriellen Szenarien untersuchen und validieren.

Facts:

  • Projektbeginn: April 2017
  • Projektdauer: 3 Jahre
  • Förderung: gefördert durch die FFG (Produktion der Zukunft 2016 national)
  • Koordination: AIT Austrian Institute of Technology
  • Partner: Siemens AG Österreich