Technologien und Anwendungen
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Sachsen erprobt neue Technologien in der Car-to-X-Kommunikation
5G wird von dem globalen Industriekonsortium 5GAA, dem namhafte Automobilhersteller und ihre Zulieferer angehören, als Plattform für die Car-to-X-Kommunikation genutzt. Der neue Mobilfunkstandard soll die Grundlage bieten für vernetzte Mobilität und autonomes Fahren. Auch hier übernimmt Sachsen eine Vorreiterrolle bei der praktischen Anwendung von 5G vor der eigenen Haustür.
Dresden wird zum Testfeld für automatisiertes und vernetztes Fahren
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Dresden gehört zu den Städten in Deutschland, die vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) als innerstädtisches digitales Testfeld ausgewählt worden sind, um Lösungen für das automatisierte und vernetzte Fahren zu erproben.
Das Digitale Testfeld Dresden erhielt dafür in den zurückliegenden Jahren, beispielsweise in dem Vorhaben »Harmonize DD«, eine umfangreiche Infrastrukturausstattung. So wurden mehr als 70 Lichtsignalanlagen mit Kommunikationsmodulen ausgerüstet, die per Mobilfunk Informationen mit Fahrzeugen austauschen. Road Side Units – am Straßenrand installierte Kommunikationseinheiten –, spezielle Markierungen, Videotechnik oder Scanner sollen ebenfalls einbezogen werden. Zusätzliche Informationen liefert die Verkehrsleitzentrale VAMOS der Landeshauptstadt.
Das Digitale Testfeld Dresden umfasst mittlerweile sechs Testkorridore mit einer Gesamtlänge von 20 Kilometern. Mitten in der Stadt wird so erprobt, wie sich neue Technologien in komplexen Verkehrssituationen, beispielsweise im Zusammenwirken mit nichtmotorisierten Verkehrsteilnehmern sowie im Mischverkehr, bewähren. Hochschulen, Institute und Unternehmen erhalten damit ein ideales Testareal für Forschungs- und Entwicklungsprojekte, unter anderem im Rahmen der sächsischen Landesinitiative »Synchrone Mobilität 2023«.
Mit dem Aufbau einer Smart Intersection wurde das Digitale Testfeld Dresden nun auf ein neues Niveau gehoben. Erstmalig unterstützt die Infrastruktur in der Landeshauptstadt hochautomatisiertes Fahren in komplexen Situationen des öffentlichen Verkehrs. Intelligente Sensorik am Straßenrand erfasst Bewegungen, erstellt damit eine digitale dynamische Objektkarte und übermittelt diese Informationen über Car2X-Kommunikation an alle Verkehrsteilnehmer. Schlüsseltechnologien für die Smart Intersection werden im Forschungscluster Cognitive Internet Technologies (CCIT) der Fraunhofer-Gesellschaft erarbeitet, und durch das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI im Testfeld eingesetzt.
Energieeffizienz im Mobilfunk – sächsische Wissenschaftler setzen europaweit Maßstäbe
Je größer die Datenmengen, desto höher der Energiebedarf. Diesen Zusammenhang haben sächsische Wissenschaftler schon frühzeitig erkannt und Lösungen dafür gesucht: So entwickeln seit 2009 im Spitzencluster Cool Silicon Partner aus Forschung und Industrie energieeffiziente Technologien für die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT).
Damit hat Sachsen schon früh eine europaweite Vorreiterrolle eingenommen, um umfassende Expertise zum Thema Energieeffizienz auch im Mobilfunk aufzubauen. Daran können die sächsischen Akteure heute erfolgreich anknüpfen, gilt doch das Thema Energieeffizienz als Schlüsselkompetenz für Europa im Bereich Internet der Dinge.
Sächsische Akteure entwickeln Echtzeitsysteme für den globalen Markt
Geht es um die Anwendungsmöglichkeiten von 5G, darf ein wichtiger Bereich nicht vergessen werden: die Industrieautomation. Denn Systeme für Industrie 4.0 müssen autark agieren und drahtlos mit der Umwelt kommunizieren. Voraussetzung dafür ist, dass sie sehr schnell, sicher und zuverlässig funktionieren und dabei mit sehr wenig Energie auskommen.
Solche innovativen Echtzeitsysteme entwickeln Wissenschaftler gemeinsam mit Industriepartnern an der TU Dresden. Das Projekt »Fast actuators, sensors and transceivers (fast)« wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Zwanzig20-Programmes gefördert.
Das Konsortium, dem mehr als 80 nationale und internationale Unternehmen und Forschungseinrichtungen angehören, will die Technologie- und Marktführerschaft im Bereich der echtzeitfähigen, vernetzten Sensor- und Aktorsysteme erreichen und damit die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands auf attraktiven Märkten erhöhen.
Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine auf eine neue Stufe zu heben, ist das Ziel des Exzellenzclusters »Zentrum für taktiles Internet mit Mensch-Maschine-Interaktion« (Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop – CeTI) an der TU Dresden.
Die Vision der Wissenschaftler: Menschen sollen künftig in der Lage sein, in Echtzeit mit vernetzten automatisierten Systemen in der realen oder virtuellen Welt zu interagieren. In einem ebenso internationalen wie interdisziplinären Team schaffen sie in Sachsen die Voraussetzungen dafür. Am CeTI beteiligen sich mehr als 30 Professoren der TU Dresden und anderer renommierter Forschungseinrichtungen. Forschungsschwerpunkte sind eine zuverlässige Echtzeit-Kommunikation, intelligente Netze und adaptive Systeme, die unabhängig vom benutzten Gerät funktionieren und an sich verändernde Umgebungen anpassen können.
Echtzeitkommunikation und Industrie 4.0 für den Mittelstand
Sachsens Wirtschaft profitiert auf vielfältige Weise von der Kompetenz vor Ort rund um 5G. So ist Konnektivität ein wichtiges Thema im »Smart Systems Hub – Enabling IoT«. Zahlreiche sächsische Unternehmen sind als Praxispartner in 5G-Forschungsprojekte mit eingebunden.
Die Wissenschaftler um Professor. Dr. Matthias Putz, Leiter des Fraunhofer-Institutes für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, sehen in der Digitalisierung eine große Chance für den sächsischen Mittelstand. Die Projektpartner des »Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Chemnitz« unterstützen deshalb Betriebe dabei, Industrie-4.0-Technologien erfolgreich einzusetzen.
Das Konsortium, zu dem auch die Technische Universität Chemnitz, das ICM – Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e. V., das TUCed – Institut für Weiterbildung GmbH sowie die Industrie- und Handelskammer Chemnitz gehören, erarbeitet Lösungen speziell für kleine und mittelständische sächsische Unternehmen.
Dabei geht es nicht nur um technische Aspekte wie Maschinen, Steuerungen, Datenübertragung und IT-Systeme. Auch Workshops und Seminare sollen den sächsischen Mittelstand bei der Digitalisierung begleiten und den Unternehmen helfen, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.
Wir sehen großes Innovationspotenzial in der 5G-Technologie – vom Einsatz intelligenter Roboter und Fahrerloser Transportsysteme, über die vernetzte Steuerung von Anlagen und Maschinen in Echtzeit hin zur kabellosen Software-Bespielung produzierter Fahrzeuge.
(Christian Vollmer, Vorstand für Produktion und Logistik der Marke Volkswagen Pkw)
Volkswagen geht einen weiteren Schritt in Richtung einer vollvernetzen Fabrik. Im Stammwerk Wolfsburg hat der Automobilhersteller ein 5G-Campusnetz in Betrieb genommen. Ziel des Pilotprojektes ist es, 5G-Mobilfunk unter den hohen Anforderungen der Autoproduktion zu testen und für den zukünftigen industriellen Serieneinsatz weiterzuentwickeln.
VW nutzt zur sicheren und verzögerungsfreien Übertragung von Daten eine exklusive 5G-Funkfrequenz. Das Unternehmen setzt Aufbau und Betrieb der 5G-Infrastruktur in Eigenregie um und will so wettbewerbsrelevantes Spezialwissen für die Nutzung der wichtigen Zukunftstechnologie sammeln sowie die Datensicherheit gewährleisten.
Auch in der »Gläsernen Manufaktur« in Dresden erprobt Volkswagen den Einsatz von 5G. Der Standort, der als Pilotwerk für den Volkswagen Konzern im Regelbetrieb der ID.3-Kleinserien-Produktion innovative Technologien testet, betreibt dafür eine sogenannte »5G-Insel«.
In dem Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, arbeiten Volkswagen, Porsche, Audi und die Exzellenzuniversität TU Dresden zusammen. Ziel ist es, die vernetzte Anlagensteuerung an einem Fahrerlosen Transportsystem (FTS) weiterzuentwickeln: Sensoren des FTS übergeben Umfeld-Daten per 5G an den Cloud-Computer. Dieser berechnet den Fahrtkurs zu einer ID.3 Karosserie und sendet die Informationen in Echtzeit zurück.
© Porsche AG
Porsche hat im Werk Leipzig gemeinsam mit dem schwedischen Mobilfunknetzausrüster Ericsson ein 5G-Forschungsnetz in Betrieb genommen und geht damit einen weiteren Schritt in Richtung Smart Factory.
Mit diesem Projekt setzt der Automobilhersteller erstmals in einer Porsche-Produktionsumgebung auf ein 5G-Campusnetz, das eine sichere Übertragung von Daten zwischen Mensch, Maschine und Fahrzeug in Echtzeit ermöglicht.
Erprobt wird 5G zunächst in einem Pilotbereich im Karosseriebau Macan. Dort werden Signale zur Steuerung von Prozessgeräten an einem Roboter nicht mehr per Kabel, sondern über Mobilfunk übertragen. Der 5G-Testbetrieb ist ein wichtiger Schritt des Unternehmens in Richtung Produktion der Zukunft.
Potentiale von 5G-Mobilfunklösungen für Wirtschaft und Gesellschaft sichtbar zu machen, ist das Ziel im »5G Lab Germany Forschungsfeld Lausitz«. In der Region sollen an mehreren Standorten ferngesteuerte, automatisierte und kooperative Anwendungen in den Bereichen 5G-Fliegen, 5G-Fahren und 5G-Bauen erforscht und erprobt werden. Dazu wird ein 5G-Testnetz aufgebaut.
Erkundet werden soll auch, wie Wertschöpfungsketten zukünftig an die neuen Technologien angepasst werden müssen. Lokalisiert ist das »5G Lab Germany Forschungsfeld Lausitz« in den Städten Hoyerswerda (Sachsen) und Welzow (Brandenburg) sowie in Dresden, wo das Testgelände des Fraunhofer-Institutes für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI Untersuchungen im Bereich autonomes Fahren ermöglicht.
Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) mit Fördermitteln in Höhe von 7 Millionen Euro unterstützt. Das Testfeld soll auch zur Ansiedlung innovativer Unternehmen in der Lausitz beitragen.
Sächsische Regionen setzen auf 5G
Gleich drei Projektkonsortien aus Sachsen haben sich erfolgreich am 5G-Innovationswettbewerb des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) beteiligt. Das Innovationsprogramm des BMVI unterstützt Kommunen und Unternehmen dabei, 5G-Anwendungen in der Region zu erproben und zu erforschen.
Tri5G geht mit der modernsten Funkinfrastruktur 5G einen großen Schritt in die Zukunft. Die Stadt Leipzig möchte den Standort Leipziger Nordraum weiterentwickeln und gemeinsam mit den Projektpartnern die Vorteile der neuen Technologie nutzen, um im Wettbewerb der innovativsten Regionen auch zukünftig erfolgreich zu bestehen. Die moderne digitale Infrastruktur bietet Vorteile für alle – auf der Straße, der Schiene und in der Luft.
(Uwe Albrecht, Bürgermeister der Stadt Leipzig für Wirtschaft, Arbeit und Digitales)
Im Projekt »Tri5G« soll ein Konzept entwickelt werden, um die zukunftsweisenden Möglichkeiten der 5G-Technologien hauptsächlich in der Automobilindustrie, der Expresslogistik, der Mehrwertlogistik und des öffentlichen Personennahverkehrs im Umfeld des Leipziger Flughafens konzeptuell zu erfassen. Dabei sollen 5G-Anwendungsfälle unterschiedlicher Hauptanwender in einem einheitlichen Netz vereint werden, um Insellösungen zu vermeiden. Das Kernteam des Projekts Tri5G besteht aus BMW Group Werk Leipzig, DHL Drehkreuz Leipzig, Flughafen Leipzig/Halle, Leipziger Gruppe, Leipziger Messe, DB Schenker, Stadt Leipzig, Universität Leipzig und HTWK Leipzig.
Weite Teile des Landkreises Görlitz bestehen aus Waldflächen, ein Teil davon beispielsweise auf dem Truppenübungsplatz Oberlausitz der Bundeswehr. Dieses Gelände ist einer erhöhten Waldbrandgefahr ausgesetzt. Durch den Einsatz der 5G-Technologie soll es zukünftig möglich sein, Wald- bzw. Schwelbrände über ein Echtzeit-Monitoring bereits im Ansatz zu erkennen und zu bekämpfen. Eine wichtige Rolle spielen dabei flächendeckend im Wald installierte vernetzte Sensoren, mit denen Rauchgase und Temperaturauffälligkeiten detektiert und mit einer autonomen fliegenden Drohne kontrolliert werden können.
Der Landkreis Nordsachsen arbeitet bereits seit 2017 daran, den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) kontinuierlich zu verbessern und das Angebot so zu gestalten, dass es zur Nachfrage passt. Am 5G-Innovationswettbewerb des BMVI hat sich Nordsachsen mit einem Projekt beteiligt, das den Einsatz von 5G-Technologien für den Einsatz von autonomen Shuttlebussen im ländlichen Raum ermöglichen soll.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines 5G-Kommunikationssystems zwischen automatisierten Fahrzeugen für den ÖPNV und einer Leitstelle, von der aus Fahrzeug- und Betriebszustände überwacht und bei Bedarf die Fahrzeuge auch ferngesteuert werden können. Für dieses Konzept erhielt der Landkreis nunmehr auch die Zusage einer 5G-Umsetzungsförderung durch das BMVI.
5G_eHealthSax ist ein Vorhaben der besonderen Art. Es verbindet exzellente Wissenschaft und erfolgreiche Wirtschaft auf zwei Technologiegebieten – der Gesundheitsforschung und der Elektro- und Telekommunikationstechnik. Immer häufiger sehen wir, dass Herausforderungen unserer Zeit fachübergreifende Lösungen verlangen. Das gilt auch für die Digitalisierung im Gesundheitswesen. Insoweit ist das Projekt ein Erfolg für Sachsens Technologie- und Branchenoffenheit bei der Förderung von Kooperationen, Innovationen und Investitionen.
(Martin Dulig, Staatsminister für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr im Freistaat Sachsen)
Das Helios Park-Klinikum Leipzig und die MUGLER AG erproben gemeinsam den Einsatz der 5G-Technologie bei der Digitalisierung im Krankenhaus. Der Freistaat Sachsen fördert das Forschungsprojekt 5G_eHealthSax mit mehr als 1,3 Millionen Euro.
Auf dem Gelände des Helios Park-Klinikums Leipzig wird dazu ein 5G-Campusnetz eingerichtet. Es wird durch die MUGLER AG, einen bundesweit tätigen Telekommunikationsdienstleister aus dem sächsischen Oberlungwitz, geplant und installiert. Campusnetze ermöglichen mobile Datenkommunikation in einer völlig neuen Qualität. Sie garantieren kurze Reaktionszeiten, hohe Stabilität und umfassenden Datenschutz.
Im Helios Park-Klinikum soll daher über dieses nichtöffentliche Mobilfunknetz zunächst eine Vernetzung medizinischer Anwendungen und Geräte erprobt werden. Die 5G-Technologie wird in der Zukunft eine sogenannte Virtualisierung der medizinischen Versorgung ermöglichen: Dienste und Leistungen, die derzeit ausschließlich im Krankenhaus verfügbar sind, können dann vom Patienten unkompliziert im häuslichen Umfeld in Anspruch genommen werden.
5G_eHealthSax soll dazu beitragen, die medizinische Versorgung durch Telekommunikationsnetze auszubauen, die Akzeptanz telemedizinischer Anwendungen zu erhöhen und die Gesundheitsversorgung zu verbessern.
Wir brauchen mehr denn je nachhaltige Landwirtschaft und einen entsprechenden Umbau. Das bedeutet auch, den Einsatz von Düngern und synthetischen Pflanzenschutzmitteln deutlich zu reduzieren und das Tierwohl zu stärken. Eine wichtige Grundlage hierfür ist die weitere Digitalisierung. Das LANDNETZ als Experimentierfeld zeigt hierfür Lösungsmöglichkeiten auf. Ich freue mich über das Projekt sowie darüber, dass Sachsen mit landes- und bundesfinanzierten Projekten stark in Digitalisierungsthemen der Landwirtschaft engagiert ist und in Deutschland dabei auch eine führende Rolle einnimmt.
(Wolfram Günther, sächsischer Staatsminister für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft)
Moderne Technik und innovative Verfahren sind auch in der Landwirtschaft notwendig. Digitalisierung ermöglicht es den Landwirten, durch eine präzisere Bewirtschaftung von Flächen Erträge zu steigern, Umweltbelastungen zu verringern und Ressourcen zu schonen, aber auch die Herkunft und den Wert von Lebensmitteln für Verbraucher besser sichtbar zu machen.
Aus diesem Grunde wurde auf dem Lehr- und Versuchsgut Köllitsch des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) ein 5G-Campusnetz eingerichtet. Das Projekt ist Bestandteil des Projektes LANDNETZ und somit eines von deutschlandweit 14 digitalen Experimentierfeldern, die das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen des Zukunftsprogramms Digitalpolitik in der Landwirtschaft fördert.
Zu den Projektpartnern gehören außerdem die Exzellenzuniversität TU Dresden und das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI. Ziel ist es, gemeinsam die Forschung an Zukunftstechnologien für die Landwirtschaft voranzubringen. Dabei werden unter anderem Anwendungen in den Bereichen Präzisionslandwirtschaft, Tierhaltung und betriebliches Datenmanagement getestet. Unternehmen sind willkommen, ihre Innovationen auf dem Testfeld auszuprobieren.
Die 5G-Infrastruktur besteht aus einer stationären und einer ortsunabhängigen Mobilfunkanlage. Der Betrieb des 5G-Netzes wird vom LfULG durch ein wissenschaftliches Projekt mit einem engmaschigen Messprogramm zu elektromagnetischen Feldern begleitet. Der Freistaat Sachsen fördert das 5G-Campusnetz im Lehr- und Versuchsgut Köllitsch mit 600.000 Euro.
Neue digitale Anwendungen in der Landwirtschaft und innovative Landtechnik sollen zukünftig einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Landwirtschaft leisten.
Vier sächsische Forschungseinrichtungen, darunter die Professur für Agrarsystemtechnik der Exzellenzuniversität TU Dresden, das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI Dresden und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz sowie sieben Unternehmen beteiligen sich an dem Projekt »Feldschwarm® – autonome Feldmodule für den ressourcenschonenden Landbau«, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programmes »Innovative regionale Wachstumskerne« gefördert wird.
Die Partner forschen gemeinsam an intelligenten Landmaschinen, die flexibel kombiniert und autark oder semi-autark eingesetzt werden können. Sie sind wesentlich kleiner, schmaler und leichter als die heute übliche Landtechnik, und werden jeweils einzeln elektrisch angetrieben, können aber auf dem Acker auch im Verbund eingesetzt werden.
Diese »Cobots« sollen einen weit höheren Automatisierungsgrad und wesentlich mehr Präzision bei der Feldbearbeitung ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sollen den sächsischen Mittelstand unterstützen und den Unternehmen den Weg zum Weltmarkt ebnen.
Die einzelnen Feldschwarm-Einheiten kommunizieren über GPS und 5G-Mobilfunk beständig miteinander sowie mit dem Leitsystem. Sie erkennen ihr Umfeld und reagieren in Echtzeit auf Hindernisse oder andere Maschinen. Sensoren an den intelligenten Werkzeugen analysieren die Qualität des Bodens während der Bearbeitung. Der Landwirt nutzt diese Informationen, um die nächsten Arbeitsschritte zu planen.
