Le discussioni odierne sull'Industrie 4.0 e sugli stabilimenti smart sono di solito incentrate sulle macchine di nuova generazione, sui modelli di business contemporanei e sull'internet industriale degli oggetti (IIoT). Queste discussioni in genere si svolgono senza riflettere sulla provenienza dell'industria e sull'integrazione brownfield. Ciò dimostra che viene data troppa enfasi alla direzione in cui ci stiamo dirigendo senza pensare di portare con sé impianti e attrezzature legacy.
Al Smart Industry Summit del 2017, il responsabile tecnico di Nestlé ha riassunto questa ossessione per il futuro e il disinteresse per il passato. Rauf Hagen ha dichiarato: "Ogni anno, con l'aggiunta di uno o due impianti greenfield.... ci sono anche 430 impianti brownfield da gestire." Ha poi dichiarato che alcune delle macchine degli stabilimenti brownfield Nestlé sono in funzione da più di 50 anni. Questo è il motivo per cui i dati vengono ancora estratti da questi impianti con il processo manuale, e il compito di aumentare la produttività negli impianti brownfield è ancora una sfida.
L'esempio di Nestlé è solo uno dei tanti esempi che illustrano in dettaglio il numero di impianti brownfield che devono superare le sfide legate all'implementazione dei concetti di Industrie 4.0. Le sfide principali includono:
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Sebbene l’esempio di Nestlé metta in evidenza alcune delle sfide, non le descrive in dettaglio. Per quanto riguarda l'integrazione di un approccio di ottimizzazione delle prestazioni degli impianti basata sui dati in impianti brownfield, la migliore metrica per il monitoraggio è l'efficacia complessiva delle apparecchiature. Sebbene questi dati siano prontamente disponibili per le apparecchiature smart, i dati raccolti dalle apparecchiature legacy si concentrano generalmente sulla capacità della macchina e sulla sua produzione finale. Questi dati vengono raccolti manualmente ed è difficile raccogliere informazioni aggiuntive – come il tempo di produzione per articolo, la velocità delle singole unità di apparecchiature o le relazioni tra la fornitura di materiale e i tempi di produzione.
La capacità di raccogliere dati in tempo reale e pianificare i tempi di fermo macchina aiuta a ridurre lo spreco di risorse e migliora la gestione del tempo. Negli impianti brownfield è difficile raccogliere dati in tempo reale dalle linee di assemblaggio e inviarli a un ecosistema di database centrale. Questo perché il processo interconnesso utilizza generalmente sistemi di controllo e processi di generazioni diverse. Si crea così un vuoto di comunicazione che i protocolli mediamente utilizzati negli stabilimenti smart non sono in grado di colmare a causa dei sistemi obsoleti – XP, NT – sulle apparecchiature legacy.
Anche la disposizione statica delle postazioni di lavoro in impianti brownfield è una sfida che deve essere presa in considerazione quando si pianifica l'implementazione dei concetti di Industrie 4.0. Ciò è dovuto al fatto che, in questi impianti, lo spostamento di apparecchiature e linee di produzione legacy finisce per fare più male che bene e costa troppo. Altre sfide includono la sicurezza dei dati raccolti da questi impianti e la gestione dell'integrazione delle apparecchiature legacy negli ecosistemi digitali a causa della mancanza di porte di rete.
La sfida della raccolta di dati da impianti brownfield e dalle apparecchiature esistenti al loro interno può essere affrontata con l'uso di dispositivi informatici edge industriali e di tecnologie Human-Machine Interface (HMI). Questi dispositivi possono essere collegati a questa apparecchiatura senza dover modificare il sistema di controllo esistente nell'apparecchiatura. Un esempio di tecnologia di calcolo edge industriale è la famiglia JSmart di dispositivi di campo HMI di EXOR.
Questi dispositivi sono dispositivi di livello industriale in grado di raccogliere i dati esterni della macchina e i dati più importanti del sistema di controllo della macchina. Altre caratteristiche che dimostrano la loro resilienza in impianti brownfield includono la protezione IP67 integrata contro l'ingresso di polvere, acqua e umidità.
Le soluzioni HMI edge all'avanguardia possono anche mitigare con successo le sfide che la natura statica degli impianti brownfield solleva quando si implementano i concetti di Industrie 4.0. Grazie a caratteristiche come i sensori di movimento e ambientali, le soluzioni edge possono essere utilizzate per tracciare il layout delle strutture e integrarle in diverse applicazioni. Un esempio è il tentativo di creare un Digital Twin di uno stabilimento brownfield. Il dispositivo edge può aiutare a fornire i dati necessari per progettare una rappresentazione digitale di tutti gli asset all'interno dello stabilimento. Una volta fatto questo, sarà possibile simulare i processi produttivi ed effettuare analisi predittive.
La trasformazione digitale o l'uso di un Digital Twin per implementare Industrie 4.0 evidenzia anche il ruolo dei dispositivi smart e delle soluzioni software per ricevere informazioni commerciali dagli stabilimenti brownfield. Se correttamente eseguito, l'ambiente digitale può essere utilizzato per testare gli effetti dell'implementazione dell'IIoT e dei dispositivi smart in questi ambienti prima di intraprendere il processo di implementazione fisica.
OPC UA Pub/Sub fornisce un quadro di riferimento per l'integrazione di Industrie 4.0 in impianti brownfield così come la connettività e la comunicazione tra più siti produttivi con diverse capacità tecnologiche. L'integrazione di OPC UA e del time-sensitive networking (TSN) consente inoltre di raccogliere e inviare i dati in modo sicuro e con latenza garantita tra gli impianti di produzione con tecnologie di livello greenfield e apparecchiature o tecnologie brownfield (obsolete o antiquate). Un esempio di ciò è l'uso di tecnologie conformi OPC per collegare, gestire e scambiare dati in modo sicuro tra impianti di GNL, raffinerie e impianti di pubblica utilità.
In questo scenario, Industrie 4.0 può essere implementata in impianti brownfield, mentre OPC UA Pub/Sub over TSN consente di comunicare e condividere i dati con altri impianti o stazioni di servizio attraverso i loro sistemi di controllo. Questo processo assicura la condivisione sicura dei dati, rispettando le politiche di sicurezza di tutti gli stakeholder e riducendo drasticamente le risorse che verrebbero spese in altro modo. Altri vantaggi dell'integrazione di OPC UA includono l'eliminazione della possibilità di perdita di dati in caso di fermo macchina e l'uso della crittografia che protegge dalle minacce alla sicurezza informatica i dati trasferiti.
Come già detto in precedenza, le sfide dell'implementazione dei concetti di Industrie 4.0 negli impianti brownfield includono la raccolta dei dati, la comunicazione e la sicurezza. Per navigare con successo attraverso queste difficoltà, studiare a fondo i benefici dell'integrazione dei modelli di business di Industrie 4.0 e delle relative tecnologie è la via da seguire per un'implementazione di successo. È qui che la tecnologia informatica edge industriale e il relativo software, insieme all'integrazione degli standard OPC UA, hanno un ruolo da svolgere. Sebbene la scelta di un percorso di implementazione da seguire ed eseguire sia responsabilità dell'integratore di sistema, i dispositivi HMI possono contribuire a semplificare il processo.