Questo articolo discuterà:
- Perché il wireless industriale sostituirà le connessioni cablate nella fabbrica del futuro
- L'importanza del 5G e i benefici che apporta alle operazioni industriali
- Come le reti wireless cambieranno le operazioni all'interno della fabbrica del futuro
Si prevede che gli stabilimenti del futuro saranno strutture abilitate per Industrie 4.0, e molti di essi hanno iniziato il processo di adozione dei modelli di business definiti dalla 4^ rivoluzione industriale. Gli stabilimenti conformi a Industrie 4.0 si affideranno all'acquisizione dati, all'analisi e all'interconnettività per ottenere un'automazione in tempo reale. Così, lo stabilimento del futuro è quello in cui grandi set di dati saranno continuamente trasferiti da una macchina all'altra e da una macchina al cloud o apiattaforme di calcolo esterne. Per raggiungere questo obiettivo, è necessaria una rete di comunicazione affidabile che garantisca una bassa latenza e che fornisca allo stesso tempo un'elevata larghezza di banda. La rete wireless 5G insieme ad altre reti mesh è stata pubblicizzata come la soluzione di connettività del futuro.
Le connessioni cablate e le sfide a cui si deve far fronte nel passaggio a Industrie 4.0
Oggi, le reti cablate rimangono il mezzo di comunicazione e di trasferimento dati più utilizzato negli impianti industriali. La diffusione delle connessioni cablate si basa su due importanti fattori. Questi fattori sono la tecnologia di connettività integrata nelle apparecchiature in fabbrica e la sua capacità di fornire un trasferimento dati affidabile e a bassa latenza senza ridondanza.
Con le reti cablate, un percorso di connettività è generalmente disponibile indipendentemente dalla posizione geografica di uno stabilimento, ed è per questo motivo che viene utilizzato per i trasferimenti di dati per importanti sistemi di stabilimenti. Inoltre, le strutture che fanno uso di grandi apparecchiature che rimangono in un unico luogo per tutto il loro ciclo di vita si affidano a reti cablate o collegamenti via cavo a causa della permanenza che la loro natura statica fornisce.
Sebbene le connessioni cablate offrano diversi vantaggi, l'adozione di Industrie 4.0 nelle fabbriche del futurosolleva alcune problematiche riguardanti queste connessioni. La diffusione su larga scala dei dispositivi IoT Industriale (IIoT) e l'interconnettività di cui hanno bisogno per funzionare è una delle sfide che le reti cablate stanno affrontando per fornire una soluzione adeguata.
Oggi, molti dispositivi IIoT distribuiti all'interno degli stabilimenti non sono dotati di connettori cablati. Questi dispositivi IIoT sono costruiti per connettersi a Internet utilizzando connessioni wireless. Si prevede che la lenta ma certa eliminazione graduale dei connettori cablati continuerà, dato che il tasso di adozione dell'IoT continua a salire. Anche la diffusione su larga scala dei dispositivi edge e delle apparecchiature di produzione smart rende difficile l’uso delle connessioni cablate. Il costo del cablaggio di un impianto su larga scala e della manutenzione dei cavi fisici, dei connettori e degli strumenti utilizzati è un costo ricorrente che deve essere pagato per rimanere connessi. La manodopera necessaria per posare i cavi e collegarli alle apparecchiature dello stabilimento sono costi che devono essere considerati quando si analizza quanto incida l'uso di reti cablate in strutture su larga scala.
Le reti wireless, 5G, e la fabbrica del futuro
Lo stabilimento del futuro si affiderà a modelli di business basati sui dati per aumentare le entrate e fornire prodotti o servizi all'utente finale. Le stime mostrano che entro il 2025 l'industria manifatturiera realizzerà più profitti dai servizi che fornirà rispetto ai prodotti che venderà, e si prevede che questa tendenza si diffonderà in tutti i modelli di business legati allo stabilimento.
Per fornire servizi ottimizzati adottando al contempo modelli di business basati sui dati, è necessaria una rete affidabile e conveniente. Si prevede che le reti wireless 5G e industriali siano i driver dello stabilimento del futuro basato sui dati, in quanto forniscono le risposte alle importanti problematiche di rete che l'Industria 4.0 si trova ad affrontare. Queste sfide e il modo in cui il 5G fornisce una soluzione includono:
- Ottimizzazione dei processi sensibili al tempo - Gli stabilimenti abbondano di sistemi e operazioni sensibili al tempo che possono essere fatti saltare se non viene fornita l'elaborazione dei dati in tempo reale. Questi sistemi includono l'uso di veicoli guidati automatizzati (AGV) che si muovono nelle officine, dispositivi edge, robot collaboranti e attrezzature.
Utilizzando gli AGV come esempio, ci si aspetta che questi veicoli trasportino merci in tutta la lunghezza e la larghezza di un impianto. Gli AGV sono programmati per ricevere istruzioni su reti wireless perché il trascinamento di un cavo cablato attraverso l'officina può causare incidenti. Le reti wireless 5G capaci di comunicazioni a bassissima latenza forniscono il Wi-Fi deterministico che gli AGV richiedono per i loro processi di navigazione sensibile al tempo. Anche gli AGV che vanno fuori strada devono essere immediatamente controllati per evitare incidenti. In questo caso, i dispositivi indossabili possono essere utilizzati per controllare l'AGV. Affinché questo funzioni in tempo reale, è necessaria una rete wireless che colleghi entrambi gli asset a causa della possibilità di un cavo collegato rotto quando si verifica l'incidente.
- Monitoraggio e servizi a distanza delle macchine - Il monitoraggio a distanza delle macchine e la possibilità di fornire servizi di manutenzione o riparazione a distanza si basano sull'affidabilità dei sistemi interconnessi e della realtà aumentata (AR). Per il monitoraggio remoto delle macchine, le apparecchiature dello stabilimento devono essere in grado di trasferire i dati della macchina al cloud in tempo reale, indipendentemente dalla posizione. Le reti 5G forniscono un percorso di trasferimento più affidabile e diretto rispetto ai cavi collegati.
Anche i servizi di manutenzione remota seguono lo schema di trasferimento dei dati delle macchine ad una rete centrale a cui può accedere il fornitore di servizi. Il fornitore di servizi accede quindi ai dati mentre si affida all'AR per assistere i tecnici in officina. In questa situazione, una rete wireless fornisce l'interconnettività e l'interoperabilità necessarie per fornire servizi a distanza agli stabilimenti.
- Interoperabilità del sistema - Industrie 4.0 comporta l'ottimizzazione sia delle operazioni in fabbrica che di altre operazioni correlate che garantiscono che un'impresa fornisca ai propri clienti o consumatori livelli di servizio ottimizzati. Ad esempio, le interruzioni della catena di fornitura porteranno a tempi di inattività che influiscono sulla capacità di uno stabilimento di rispettare i tempi di produzione. Pertanto, un modello di business comprensivo di ottimizzazione delle prestazioni dell'impianto basato sui dati deve prendere in considerazione le sfide della catena di fornitura e della gestione dell'inventario.
In questo esempio, le catene di fornitura e l'inventario sono gestiti con dispositivi IoT e software per la catena di fornitura. I dati raccolti dal software e dai dispositivi distribuiti devono essere integrati ed elaborati all'interno di una piattaforma cloud industriale per sviluppare accurati piani di produzione e piani operativi. Le reti 5G forniscono la connettività necessaria per trasferire i dati dai dispositivi IoT sul campo a una postazione centralizzata per l'elaborazione.
Conclusione
Lo stabilimento del futuro si baserà sull'interconnettività e sull'interoperabilità tra gli asset della linea di produzione e gli asset dislocati in altre sedi. La rete wireless, e il 5G in particolare, fornirà la bassa latenza e l'elevata larghezza di banda necessarie per automatizzare e ottimizzare le diverse operazioni e i casi d'uso di Industrie 4.0 che si verificheranno nelle fabbriche del futuro.
