Questo articolo discuterà:
- Le sfide della sincronizzazione dei sistemi legacy con le reti moderne.
- Le sfide che derivano dall'avere più sistemi con diversi protocolli di comunicazione nella linea di produzione quando si implementano i modelli Industrie 4.0.
- Come le imprese possono gestire le sfide associate ai protocolli multipli durante le implementazioni di Industrie 4.0.
La trasformazione digitale in corso nell’ambito industriale porta con se eccellenti vantaggi, che sono stati divulgati attraverso la stampa e i media digitali con grande successo. Con così tanta enfasi sui benefici che l'implementazione di Industrie 4.0 porta alla linea di produzione e alle operazioni, le sfide del mondo reale associate alle trasformazioni digitali sono comunemente trascurate.
Sistemi legacy e implementazione di Industrie 4.0
I sistemi legacy stanno ancora giocando un ruolo importante nelle operazioni di fabbrica. Oggi, circa il 90% degli stabilimenti si affida ad asset legacy per svolgere diversi compiti. Nelle situazioni in cui vengono utilizzati più asset legacy, il sistema e i protocolli di comunicazione in uso sono solitamente variegati. I diversi protocolli esistono all'interno di questi sistemi, perché iniziative di collaborazione come la OPC Foundation sono nate all'inizio degli anni '90, mentre i sistemi legacy esistono da tre o quattro decenni o anche più.
Le imprese che implementano Industrie 4.0 trovano generalmente che i diversi protocolli e la mancanza di nuove tecnologie di comunicazione sono ostacoli che devono essere superati. Fortunatamente, esistono molteplici soluzioni alla sfida dei diversi protocolli nei sistemi legacy. Queste soluzioni includono:
- OPC Foundation Unified Architecture (OPC UA) – L'unificazione della comunicazione legacy machine-to-machine richiede una struttura aperta che supporti le apparecchiature e i sistemi industriali. L’OPC UA offre il supporto multipiattaforma e i servizi necessari per sviluppare un ambiente cyber-fisico interconnesso, costituito da asset legacy con diversi sistemi proprietari. La OPC Foundation offre server e hardware personalizzati per supportare la comunicazione in tutta la linea di produzione.
- Edge computing – Oggi l'edge computing è emerso come la risposta più completa alle sfide e alle domande che più sistemi con protocolli diversi portano. La capacità di portare il calcolo a bassa latenza direttamente in linea di produzione senza doversi affidare ad una piattaforma di calcolo centralizzata crea diversi casi d'uso applicativi per le implementazioni Industrie 4.0. Nel caso di sistemi legacy multipli con protocolli diversi, l'hardware edge ha un ruolo importante da svolgere.
Per hardware edge si intende un hardware con risorse di calcolo che può essere utilizzato per acquisire dati, elaborare dati o facilitare il trasferimento di dati. Quindi l'hardware edge, come i dispositivi di interfaccia uomo-macchina (HMI) con supporto per le apparecchiature industriali con sistemi analogici, può essere collegato ad asset legacy. L'HMI serve quindi come punto finale di comunicazione per le apparecchiature legacy. L'HMI può essere configurato per trasferire dati, raccogliere dati o collegare le apparecchiature alle reti esistenti. La potenza dell’edge può anche essere trovata nella sua capacità di colmare il divario tra il cloud computing e la parte più profonda della linea di produzione. I dispositivi edge portano il calcolo a bassa latenza a livello di linea di produzione, pur avendo la capacità di inviare e ricevere dati dal cloud. La collaborazione che i dispositivi edge consentono, rende possibile che i dispositivi edge servano come canale per il trasferimento di informazioni dal cloud ai sistemi legacy.
Implementazione Industrie 4.0 in strutture brownfield con sistemi multipli
Sebbene la spinta per l'architettura unificata nell'implementazione di Industrie 4.0 sia attiva da alcuni decenni, i produttori all'interno dello spazio Industrie 4.0 sviluppano ancora apparecchiature e sistemi proprietari per gli utenti finali. Molteplici produttori con apparecchiature, sistemi e protocolli diversi, portano a sfide quando si crea una linea di produzione interconnessa.
I proprietari degli stabilimenti si stanno rivolgendo all'edge computing per gestire le difficoltà che le moderne attrezzature e i sistemi automatizzati, come un sistema di movimentazione dei materiali, comportano quando si implementa Industrie 4.0. Nelle strutture brownfield, l'edge computing permette di estendere la rete di sistemi cyber-fisici interconnessi in diversi modi. Nel caso delle strutture brownfield, le piattaforme edge industriali hanno ruoli più importanti da svolgere rispetto all'hardware edge. Le moderne opzioni di apparecchiature sono generalmente dotate di funzionalità di comunicazione come le capacità wireless, il che significa collegarle direttamente a una piattaforma edge industriale centralizzata o a una piattaforma cloud, se possibile.
Le moderne attrezzature industriali, come le macchine a controllo numerico (CNC), possono essere viste come dispositivi edge grazie alla loro capacità di catturare, elaborare e trasferire dati. Quindi le implementazioni Industrie 4.0 nelle strutture brownfield sono generalmente utilizzate per la manutenzione predittiva e le attività di ottimizzazione dei dati. Per realizzare questi processi di ottimizzazione a livello di stabilimento, è necessaria una piattaforma di calcolo più grande con la capacità di raccogliere ed elaborare infiniti dati a livello di linea di produzione da diverse apparecchiature. L’OPC UA fornisce il quadro di comunicazione unificante, mentre le piattaforme edge forniscono risorse di calcolo centralizzate per l'analisi di dati complessi.
Negli stabilimenti con risorse sia moderne che legacy, l'edge computing fornisce anche un percorso per l'unificazione di questi sistemi con diversi protocolli. All'interno di questi stabilimenti, il ricablaggio dei sistemi legacy è generalmente evitato a causa dell'elevato costo del processo e dei limiti tecnologici degli asset legacy che lavorano in tandem con le moderne attrezzature. L'hardware edge può essere implementato per espandere la rete cyber-fisica e creare un ambiente interconnesso collegando sia le apparecchiature moderne che quelle legacy alla rete dell'intera struttura. La versatilità che l'edge computing porta all'implementazione di Industrie 4.0 è il motivo per cui si prevede che le imprese industriali spenderanno circa il 30% del budget IT edge nei prossimi tre anni.
Conclusione
L'edge computing è il futuro delle implementazioni di Industrie 4.0, in quanto supporta il calcolo a bassa latenza nelle parti più profonde della linea di produzione e per le apparecchiature legacy. Il costo di sostituzione delle apparecchiature legacy e di colmare il gap di competenze dopo l'acquisto di nuove apparecchiature è un ostacolo per molte imprese. L'uso di hardware edge ridurrà questi costi, allineerà i sistemi con diversi protocolli e supporterà l'automazione industriale quasi in tempo reale - portando così i benefici di Industrie 4.0 alla linea di produzione.
