Questo articolo discuterà:
- Le sfide con le opzioni di networking disponibili
- Perché la rete wireless è il futuro degli stabilimenti industriali
- Il ruolo di una rete 5G all'interno dello stabilimento del futuro
Il futuro dei processi o delle operazioni industriali dovrebbe essere definito dall'interconnettività e dall'interoperabilità che Industrie 4.0 offre all'interno della linea di produzione dello stabilimento. Per realizzare il futuro interconnesso, le risorse dello stabilimento, comprese le apparecchiature legacy, i dispositivi edge e l'hardware IoT, devono essere in grado di connettersi alle reti cyber-fisiche. La necessità di interconnettività significa anche ampi aggiornamenti della tecnologia di rete cablata e wireless utilizzata sia nelle strutture brownfield che greenfield.
Comprendere le sfide della connettività di rete nelle strutture industriali
Le statistiche mostrano che, per una combinazione di motivi, lo stabilimento medio utilizza ancora le attrezzature ed i processi legacy all’interno della linea di produzione dello stabilimento. Tali ragioni includono il costo dell'aggiornamento delle attrezzature disponibili e la fiducia nel mantra "se non è rotto non aggiustarlo." Il fatto che le apparecchiature legacy funzionino ancora alla grande non elimina il fatto che non sono sulla stessa lunghezza d'onda con la moderna tecnologia di comunicazione e di rete. Nella maggior parte dei casi, le connessioni cablate sono utilizzate per ottenere qualcosa da questi asset o per collegarli alle reti esistenti.
I beni ereditati dal passato non sono le uniche attrezzature nei piani dello stabilimento che presentano problemi di connettività. Una serie di macchine realizzate una decina di anni fa, che non rientrano nella categoria legacy, sono dotate di connettori bus cablati e non hanno capacità di connessione wireless. La popolarità delle funzionalità di connettività cablata sulle apparecchiature esistenti può essere fatta risalire alla necessità di una connettività di rete affidabile quando si trasferiscono i dati attraverso il piano della linea di produzione dello stabilimento; c’è anche il fatto che le interferenze non possono essere tollerate quando si tratta di comunicare con piattaforme di memorizzazione o elaborazione dati centralizzate.
Anche la necessità di garantire l'affidabilità della rete è un punto fermo dell'automazione industriale. Le reti wireless disponibili, come le reti 3G e 4G, sono state progettate principalmente per le comunicazioni mobili e informatiche. L'attenzione alla mobilità ha fatto sì che le reti wireless non potessero fornire i trasferimenti di dati affidabili a bassa latenza e ad alta larghezza di banda necessari per l'automazione e l'interoperabilità all'interno degli stabilimenti Industrie 4.0. Le limitazioni delle reti wireless disponibili portano al fatto che le connessioni cablate sono state utilizzate nuovamente per fornire i vantaggi di Industrie 4.0 ...fino all'arrivo del 5G.
Il wireless networking e il futuro di Industrie 4.0
L'introduzione del 5G dovrebbe risolvere molte delle sfide che si incontrano quando ci si affida alle reti wireless per eseguire processi o operazioni industriali. Innanzitutto, è importante notare che, a differenza di altre iterazioni wireless prima del 5G, il framework di rete wireless 5G è progettato per le strutture industriali. Questo significa che la rete wireless fornirà la bassa latenza, l'elevata larghezza di banda e l'affidabilità ottimale di cui i modelli di business e le applicazioni Industrie 4.0 hanno bisogno per avere successo.
L'affidabilità avanzata del 5G significa che la rete wireless può finalmente sostituire le reti cablate in ambienti industriali e guidare il futuro di Industrie 4.0. Per capire perché questo è possibile, di seguito vengono discussi alcuni importanti confronti tra le reti 5G, le reti 4G e le opzioni di rete cablata.
Le reti 5G sono più intelligenti, molto più veloci e più efficienti o affidabili delle reti 4G. Il 5G dovrebbe fornire trasferimenti di circa 10 gigabit al secondo rispetto ai 1,45 gigabit al secondo che il 4G offre attualmente. (Tuttavia, esiste un divario tra le prestazioni attualmente raggiunte e i vantaggi teorici del 5G di cui gli utenti godranno nel prossimo futuro.) In termini di latenza, il 4G fornisce effettivamente una bassa latenza tra i 40 e i 50 millisecondi di ritardo per i trasferimenti di dati, mentre le misurazioni della latenza del 5G sono praticamente nulle.
Il supporto che le reti wireless forniscono per l'interconnettività dei dispositivi è anche un fattore importante da considerare quando si confrontano le applicazioni di rete wireless 5G a 4G. Mentre le reti 4G possono supportare circa 100.000 dispositivi nel raggio di un miglio quadrato, il 5G supporta oltre un milione di dispositivi. Per capire l'impatto del supporto dei dispositivi che una rete fornisce, ripensate a qualsiasi momento in cui vi siete trovati in un luogo affollato, solo per scoprire che la vostra capacità di utilizzare internet sul vostro dispositivo mobile è tutt’altro che ottimale. Con il 5G, l'autostrada della connettività è ampliata e fornisce il supporto per i miliardi di reti IoT che si prevede verranno implementate in futuro in tutti i settori industriali.
L'infrastruttura che alimenta le reti 4G e 5G gioca un ruolo importante anche nel determinare la portata della connettività fornito da entrambe le opzioni di rete wireless. Le reti 4G si basano su torri portanti che supportano le comunicazioni di rete. Più un dispositivo è lontano da una torre, più diventa difficile accedere alle reti 4G. D'altra parte, le reti 5G si affidano a reti di celle per espandere la loro portata. Queste celle sono piccole scatole che si installano facilmente su muri alti, pali della luce e torri. Pertanto, con l'aumento dell'installazione di celle a 5G si ottiene un maggiore accesso ai dispositivi e una maggiore capacità di rete. Le reti 5G saranno in grado di funzionare nelle aree più remote grazie alla semplicità dell'infrastruttura e all'accessibilità economica rispetto al costo di installazione di una torre 4G in un luogo remoto.
Le reti cablate, come le moderne reti ethernet, offrono una bassa latenza (circa 10ms) che le rende le preferite nelle strutture industriali. Anche se questa latenza è inferiore a quella che offre il 4G, impallidisce se comparata alle reti wireless 5G. Altre sfide riguardano anche l'implementazione di reti cablate, come le limitazioni con la distanza di implementazione, la portata e il costo del cablaggio di uno stabilimento con un'ampia capacità della linea di produzione. Gli stabilimenti che si affidano alle reti cablate sono generalmente progettati per avere una disposizione permanente, poiché la logistica della riprogettazione della linea di produzione dello stabilimento o l'aggiunta di nuove apparecchiature alle reti cablate esistenti comporta costi aggiuntivi.
A differenza delle opzioni di rete cablata, le reti wireless non sono limitate dalla portata o dalle dimensioni di una struttura industriale. Collegarsi a una rete wireless è facile come collegare il proprio smartphone a Internet, a patto che l'apparecchiatura sia dotata di capacità di connessione wireless. Per le apparecchiature legacy, l'integrazione di dispositivi edge come l'hardware IoT e le interfacce uomo-macchina (HMI) nella linea di produzione ne permette la connettività. Questi dispositivi edge sono in grado di catturare i dati dalle apparecchiature legacy mentre li connettono a reti centralizzate. In questo modo, le reti wireless 5G possono coprire ogni risorsa sulla linea di produzione, supportando qualsiasi disposizione o piano di layout che le parti interessate intendono implementare.
Conclusione
La bassa latenza, l'elevata larghezza di banda, la versatilità e l'accessibilità economica che le reti wireless offrono faranno sì che le reti cablate verranno dismesse e sostituite nelle strutture industriali. Con l'introduzione in massa delle reti 5G, le sfide tradizionali che le precedenti iterazioni wireless hanno dovuto affrontare, come l'affidabilità, non saranno più un problema all'interno della linea di produzione dello stabilimento. La maturità delle reti wireless permetterà ai proprietari degli stabilimenti di sperimentare i modelli di business di Industrie 4.0 per poi implementarli all'interno delle strutture.
