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Industria 4.0: tecnologie abilitanti e scenari di sviluppo

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Industria 4.0: tecnologie abilitanti e scenari di sviluppo

Il mondo industriale è alle soglie di una vera e propria trasformazione: da qualche anno a questa parte si sente parlare sempre più spesso di Industry 4.0, ovvero della quarta rivoluzione industriale, e delle tecnologie abilitanti di questo cambiamento.

A cavallo degli anni 2000, le reti informatiche sono state un vero e proprio catalizzatore che ha contribuito alla spinta dell’innovazione tecnologica all’interno dei processi industriali, dall’organizzazione aziendale ai modi di comunicare intra e inter-aziendale, fino ai processi di produzione. Basti pensare alle potenzialità date dalle (oggi comunissime) email, alla possibilità di condivisione di informazioni digitalizzate sia all’interno dell’azienda che con i clienti e i fornitori, o ai sistemi elettronici distribuiti che permettono la realizzazione di robot, catene di montaggio e isole di produzione interconnesse.

Oggi, invece, quali sono i fattori tecnologici che possono certificare l’appartenenza di un’azienda o di un processo produttivo all’Industria 4.0?

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Industria 4.0, una definizione

Partiamo dalla definizione: il termine Industria 4.0 indica una tendenza dell’automazione industriale che integra alcune nuove tecnologie produttive per migliorare le condizioni di lavoro, creare nuovi modelli di business e aumentare la produttività e la qualità produttiva degli impianti.

Convertire un’azienda tradizionale in una di tipo Industry 4.0 non è un processo facile e veloce. Non ci sono delle linee guida atte a certificare il grado di innovazione di una struttura aziendale, sia a livello di gestione che di produzione. Questo genera ovviamente grande confusione quando si tenta di intraprendere la strada dell’innovazione, tecnologica o organizzativa che sia, con il risultato che spesso gli sforzi messi in campo dall’azienda non raggiungono gli obiettivi sperati.

Le tecnologie abilitanti dell’Industry 4.0

Cloud computing, Industrial Internet of Things, intelligenza artificiale, data analytics e Big Data sono alcune dei termini che abbiamo sentito ripetere più spesso in relazione alla digital transformation dell’industria e rappresentano i pilastri delle tecnologie abilitanti dell’Industria 4.0.

Ma proviamo a dare una panoramica di quelli che sono i must-have tecnologici per essere considerati Industry 4.0 compliant e vediamo alcuni prodotti che possono essere di aiuto in questa transizione.

Dispositivi “always online”

Tra le tecnologie abilitanti dell’Industria 4.0 ci sono i sistemi per la connettività e dispositivi che devono essere sempre connessi (always online).

Oggi, ad esempio, le reti di tipo WAN ad alta velocità sono una realtà quotidiana. Grazie alle nuovissime tecnologie di comunicazione su ampia scala, wireless o wired che siano, poter richiedere e inviare dati in tutto il mondo non è più un problema. Inoltre, negli ultimi anni, l’integrazione dei dispositivi di comunicazione ha raggiunto livelli notevoli, con costi e package sempre più ridotti. Queste evoluzioni hanno portato a una naturale evoluzione di quella che era la telegestione degli apparati, permettendo ai dispositivi di essere sempre connessi, quindi sempre pronti a essere configurati, a eseguire comandi da remoto e a inviare misure e dati provenienti dal sistema.

Un dispositivo sempre connesso deve essere equipaggiato con moduli in grado di comunicare in maniera continuativa con un server centrale o con il cloud. Soluzioni innovative sono date sicuramente da apparati di telecomunicazione LTE o che fanno uso della nascente tecnologia 5G, in grado di connettere e remotizzare qualsiasi device di tipo IoT. Non sono da escludere anche le tecnologie superveloci cablate in fibra ottica, che possono supportare una cospicua mole di dati.

Per garantire la continuità di servizio, un device deve necessariamente prevedere un backup del sistema di alimentazione, per effettuare uno switch su accumulatori di energia in caso di distacco dalla rete elettrica.

Industry 4.0: il fattore Sicurezza

Come qualsiasi dispositivo connesso in rete, quelli della Industry 4.0 non sono esenti da attacchi di utenti malintenzionati. I dati inviati in rete possono essere di interesse strategico per le imprese, per cui rendere sicura la loro trasmissione è di prioritaria importanza in un mondo così interconnesso. Inoltre, un attacco di tipo DDoS sferrato contro una rete di dispositivi non protetti, nella migliore delle ipotesi può risultare in una perdita di informazioni, mentre nella peggiore delle ipotesi potrebbe significare un blocco delle attività produttive, con conseguenti anche pesanti sul fatturato. Vien da sé che, un’azienda che voglia entrare a pieno titolo nella Industry 4.0, deve prevedere una voce di spesa per la messa in sicurezza dei dispositivi e del parco macchine IIoT.

A supporto della sicurezza dei dispositivi possono essere presi in considerazione software di protezione, certificati con chiave asimmetrica (RSA) e protocolli sicuri (TLS), ma anche soluzioni hardware (firewall e router VPN), o l’adozione di una consulenza di un team di sistemisti di rete, esperti di sicurezza informatica.

Tecnologie IIoT per l’Industria 4.0

I dispositivi utilizzati nella Industry 4.0 sono degli smart device, e non dei semplici sensori o attuatori, ma veri e propri componenti in grado di decidere le azioni da compiere in base alle informazioni derivanti dagli altri dispositivi interconnessi.

La novità in questo senso è data dal cambio di paradigma architetturale: da semplici dispositivi raggiungibili in rete, gli oggetti della IIoT (Industrial Internet of Things) diventano dispositivi intelligenti in grado di comunicare tra di loro e prendere decisioni, anche senza l’intervento umano.

I dispositivi di tipo IIoT si differenziano da quelli della più nota IoT per vari parametri, tra cui la robustezza fisica e la precisione di elaborazione, l’utilizzo di periferiche e bus di comunicazione verticali per il tipo di applicazione (come CANBUS, MODBUS o ProfiBUS) e l’adozione di componentistica a standard industriale (come connettori e componenti a range industriale).

Come per i dispositivi IoT, la connettività è il punto chiave: oltre al più blasonato Bluetooth (nelle ultime versioni BLE), i dispositivi IIoT hanno spesso in dotazione interfacce e protocolli radio come ZigBee, LoRa, 6LowPan e DUST per estendere l’interconnessione locale di oggetti differenti.

Big Data nelle tecnologie per l’Industria 4.0

Un’altra caratteristica di un sistema Industry 4.0 è senz’altro l’invio di una quantità di dati elevata: tutti i dispositivi IIoT connessi inviano misure provenienti dai sensori, in modo da poter ricostruire in maniera dettagliata tutto ciò che accade nel processo reale. Tutti questi dati sono disponibili per essere elaborati in un secondo momento da algoritmi complessi, per i quali c’è bisogno di unità di memorizzazione e di una potenza di calcolo non indifferenti, quindi di server e sistemi di alimentazione adeguati, e all’occorrenza scalabili.

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Altre tecnologie abilitanti: Intelligenza Artificiale, Machine Learning e Edge Computing

Strettamente correlata ai Big Data c’è un altro punto cruciale, e forse il più innovativo della lista: l’Intelligenza Artificiale (AI). La terza rivoluzione industriale ha permesso alle aziende di mettere in campo, soprattutto nell’ultimo decennio, la cosiddetta manutenzione predittiva (predictive maintenance): grazie ad alcune informazioni provenienti dai sistemi di produzione, si era in grado di dare una stima di quando un componente fosse a fine vita utile, in modo da poter agire in tempo per la sua pronta sostituzione, garantendo così la continuità del servizio, con interventi programmati e senza troppi imprevisti.

Con l’introduzione degli algoritmi adattativi di Machine Learning (ML), l’Industry 4.0 è un passo avanti: il sistema diventa totalmente dinamico, in grado di imparare dalle precedenti condizioni, per meglio adattarsi alle situazioni future.

Inoltre, spostare gran parte della elaborazione sui dispositivi periferici (edge computing) permette di sfruttare al meglio le risorse hardware dei sistemi embedded, che hanno ormai prestazioni paragonabili ai PC dei primi 2000.

Integrazione dei processi aziendali

Quando si parla di tecnologie per l’Industry 4.0 spesso si pensa solo agli aspetti più pratici della produzione: dispositivi di comunicazione o robot intelligenti. Questo bias cognitivo può ulteriormente allargare il gap che c’è tra i reparti di produzione, sviluppo e management all’interno di un’azienda, il che porterebbe inevitabilmente al fallimento del processo di innovazione.

Un aspetto da non sottovalutare, infatti, è quello della rivoluzione necessaria a livello organizzativo fuori dall’ambito di produzione: è tutta l’azienda che deve adattarsi ad un nuovo modo di concepire il luogo e le modalità di lavoro (adottando ad esempio lo smart working e le tecniche di lavoro agile), e valorizzando tutte le informazioni elaborate provenienti dal processo produttivo, migliorando così la gestione del prodotto e, in ultima battuta, le aspettative del cliente finale.

Industry 4.0: tecnologie e standard

Da queste brevi considerazioni è chiaro che adeguarsi agli standard della Industry 4.0 sarà un processo complicato per le piccole e medie aziende, almeno finché gli strumenti e le infrastrutture necessarie non saranno accessibili a tutti. Alcuni big, soprattutto in USA, Cina e Germania, hanno già cominciato a tracciare una strada e a giovare dei miglioramenti in ambito produttivo di questa nuova rivoluzione.

Di sicuro l’adeguamento alla Industry 4.0 può e deve essere un incentivo alla crescita della cultura tecnologica all’interno delle aziende, e una spinta all’economia di tutto il mondo.

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