Combining Industry 4.0 and 5G Connectivity with Robots in Digital Production Factories

Denne masteroppgaven undersøker om 5G kan komplementere og brukes som en del av eller i forbindelse med de andre store industrielle drivkreftene i dag, hovedsakelig Industri 4.0-initiativer som Asset Administration Shells. Dette gjøres i lys av to «use case»-er som er foreslått av 5G-SOLUTIONS-prosjektet, som begge tar sikte på å videreutvikle digitale fabrikker med både avanserte kommunikasjonsløsninger og sanntidsfjernstyring. En arkitektur er designet og foreslått som en måte å takle «use case»-ene på. Implementasjonen av denne arkitekturen er et system med et tilhørende AAS, som bruker 5G-kommunikasjon, OPC UA og ROS 2. Funksjonaliteten til systemet dreier seg om auto-/re-konfigurasjon, rask utrulling og distribusjon, og fjernstyring av en AGV. Oppgaven presenterer arbeidet som er utført for å sette opp et testmiljø ved NTNU Gløshaugen’s Industri 4.0 laboratorium, samt den faktiske tilnærmingen til implementering av systemet basert på den foreslåtte arkitekturen. Hver komponent i systemet blir grundig diskutert i lys av Industri 4.0-standarder, og gjennomførbarheten av dem blir vurdert med hensyn til «use case»-ene. Resultatene av dette blir brukt i et forsøk på å bestemme systemets og 5Gs verdi i et industrielt miljø basert på Industri 4.0-initiativer. Det endelige målet med å utvikle et system som oppfyller standardene for brukstilfellene og Industri 4.0 er delvis oppnådd. Et betydelig forskningsunderlag og en komponentbasert arkitektur er etablert og testet på mange nivåer. Systemet med AAS-en brukes til å kontrollere en AGV eksternt, over internett og med bruk av 5G. Rask utrulling og auto-/re-konfigurasjon er testet og funnet sannsynlig. Systemet støtter til en viss grad ideen om å få en ny robot introdusert til en fabrikk eller laboratorium og testet innen kort tid. Den aksepterte maksimum forsinkelsen som kreves av et Industri 4.0-kompatibelt sanntidsrobotsystem oppnås ikke, noe som delvis skyldes eksterne forsinkelser knyttet til installasjonen av en lokal 5G-node ved NTNU Gløshaugens Industri 4.0-laboratorium