Unterstützung von Aufbau und Betrieb funkbasierter Industrie 4.0 Systeme durch 3D-Simulation und GPU-beschleunigte Berechnungen

Ein Schwerpunkt im Kontext Industrie 4.0 ist die Vernetzung von Produktions- und Prozessketten, aber auch die mobile Mitarbeitereinbindung in der Fertigung. Hierfür sind drahtlose Netzwerke eine bedeutende Technologie. Eingesetzt werden Funksysteme immer dann, wenn die Verkabelung nicht möglich oder zu aufwendig ist. Eine störungsfreie Kommunikation ist meist nur schwer absehbar, sodass es lohnenswert ist, die Funksysteme im Vorfeld zu simulieren. In diesem Beitrag wird ein selbst entwickelter Simulator vorgestellt, der ein Einrichten realistischer 3D-Szenarien, die Erstellung beliebiger Netzwerktopologien, umfangreiche Geräteeigenschaften und eine Ablaufsteuerung bietet. Die entwickelten Kanal- und Antennenmodelle wurden massiv parallel auf dem Grafikprozessor (GPU) implementiert. Die Ergebnisse werden dreidimensional visualisiert. Im Forschungsvorhaben SmARPro – Smart Assistance for Humans in Production Systems wurde ein Funknetz zur Indoor-Lokalisierung in der E³-Forschungsfabrik des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik aufgebaut. Die Halle wurde mit sämtlichen Maschinen, Anlagen und dem Funknetzwerk virtuell konstruiert. Die Simulationsergebnisse geben detaillierten Aufschluss über die Fähigkeiten und Grenzen des Funksystems und können für Anwendungen zur ortsabhängigen Mitarbeitereinbindung weitergenutzt werden