Come dare un senso ai dati della macchina in Smart Factory 101

"Trasformazione digitale” e “fabbrica intelligente” sono termini che circolano da tempo, ma solo i produttori più avanzati li applicano nella pratica. L'idea della comunicazione da macchina a macchina ha suscitato l'entusiasmo iniziale e grandi speranze, ma ora i proprietari di fabbriche di medie e piccole dimensioni si chiedono: “Qual è il prossimo passo? Come posso iniziare ad adottare queste tecnologie nella mia fabbrica?”.”

Mentre oltre 98% di leader aziendali comprendono il concetto di Internet delle Cose, molti non sono sicuri di cosa significhi IoT per il loro business, secondo una ricerca di Aruba Networks. Questo fa sì che l'internet degli oggetti non venga implementato correttamente o venga utilizzato solo a livello di base, invece di trasformare completamente i processi.

Tuttavia, quando guardiamo agli impianti di produzione che hanno colto l'essenza di l'Internet industriale delle cose, si riduce davvero alla capacità di comunicazione tra l'officina e l'ambiente aziendale. In pratica, copre il modo in cui i dati delle macchine vengono trasferiti dalle apparecchiature alle applicazioni aziendali standard nel back office; quali conclusioni si traggono da questi dati e come vengono applicati al processo di produzione. Nel complesso, il successo della trasformazione digitale dipende dalla capacità di un'organizzazione di dare un senso ai numeri delle macchine e di trasformarli in un vantaggio competitivo.

Charles Kettering, inventore e responsabile della ricerca di GM, ha detto che “un problema ben esposto è mezzo risolto”. La strada tortuosa verso la Smart Factory pone diverse sfide emergenti ed esistenti per le aziende, che devono rispondere alle seguenti domande per capire come gestire un modello di business digitale nei loro impianti di produzione.

Innanzitutto, le macchine possono generare molti dati, ma gettare numeri nel cloud non significa ottenere automaticamente informazioni utili da esso. È necessario avere un contesto.

Le attrezzature di fabbrica possono fornire informazioni più accurate in tempo reale sui processi di produzione, ma come si può iniziare a sfruttarle e applicare le conoscenze nel lavoro quotidiano?

Si tratterà di manutenzione, per assicurarsi che ogni parte sia funzionante?

O la cosiddetta manutenzione predittiva, che risolve il guasto prima che si verifichi sulla base dei dati aggregati di molti dispositivi simili e dei primi segnali del problema?

Può anche riguardare il lato commerciale della produzione: gli operatori umani che prendono decisioni sulla base dei rapporti delle macchine nei sistemi MES ed ERP. Embracing Industry 4.0 impone non solo l'aggiornamento delle apparecchiature, ma anche un cambiamento di paradigma generale del pensiero.

Affinché una fabbrica non sia “un'isola di cose”, ma funzioni effettivamente secondo il concetto di Internet delle cose, le macchine di produzione devono parlare tra loro ed eventualmente con i dispositivi periferici. Data la molteplicità dei sistemi coinvolti, la questione è come impostare tale comunicazione.

Una delle sfide di una fabbrica moderna è che le macchine spesso comunicano all'interno di singoli silos verticali che trasferiscono i dati da un dispositivo a HMI/SCADA ecc. dove un operatore tiene d'occhio questa particolare parte della produzione. I manager sanno da tempo che nei sistemi che gestiscono gli impianti di produzione risiedono informazioni preziose, ma non hanno accesso diretto ad esse. Il problema è stato spesso che i due mondi operano in modo isolato, con pochi o nessun collegamento tra loro. Tuttavia, se si tratta di miscelare i dati e di trasportarli tra i vari reparti, l'infrastruttura di scambio dei dati di fabbrica deve essere costruita in modo diverso.

La prossima preoccupazione è la connettività dei dati. Quanto in basso bisogna vedere nel processo di produzione? Si tratta solo di controllori, o avete effettivamente bisogno dei dati di ogni sensore ecc. Questo influenzerà in gran parte la quantità di informazioni che operate e l'immagine del vostro impianto:

• l'intero impianto in generale,
• una linea di produzione individuale, oppure
• anche un particolare dispositivo, come funziona ogni sua giunzione e dove, ad esempio, un guasto sta ostacolando il processo produttivo.

Inoltre, mettere i dati del mondo fisico nel mondo cibernetico richiede una pianificazione dell'analisi. È necessario capire se è un operatore che utilizzerà i dati per ottenere un migliore controllo locale, oppure se il server invia automaticamente le informazioni aggregate al sistema ERP o MES. Tutto sommato, quali numeri della valanga di dati devono essere inviati per una migliore analisi e pianificazione a livello di fabbrica, e quali dati rimangono a livello locale per un controllo e un processo decisionale rapido.

La condivisione dei dati tra le divisioni e i terzi è un'altra questione importante. Negli stabilimenti avanzati, un sistema ERP può ordinare automaticamente le materie prime o informare il servizio di manutenzione sulla necessità di un check-up, sulla base delle notifiche provenienti dagli impianti di produzione. Questo scambio di informazioni può funzionare anche a vantaggio dei costruttori di macchine: sulla base dei rapporti automatici che arrivano da varie fabbriche, essi pianificano la manutenzione, sostituiscono i dettagli in anticipo e quindi forniscono un migliore servizio al cliente risparmiando ai clienti i fastidiosi e costosi tempi di fermo macchina.

Infine, l'ultima questione per la “fabbrica intelligente” è garantire la sicurezza della comunicazione aperta. Secondo il rapporto 2019 della Eclipse Foundation, la sicurezza occupa il primo posto tra le preoccupazioni degli sviluppatori IoT (31%), mentre la connettività (21%) e la raccolta e l'analisi dei dati (19%) occupano solo i due posti successivi. Gartner riporta che la spesa per le soluzioni di sicurezza degli endpoint IoT aumenterà fino a $631M nel 2021. L'apertura degli impianti di produzione al mondo richiede misure di protezione adeguate.

Dalla fine degli anni '90, l'automazione della produzione è stata costruita attorno al server OPC, che consente il trasferimento dei dati da un dispositivo al computer dell'operatore nella sala di controllo, indipendentemente dal fatto che l'hardware e il software provengano dallo stesso fornitore: il protocollo OPC ha standardizzato la comunicazione e ha preconizzato una svolta nell'automazione della produzione. OPC applicato il Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), che fa parte del sistema operativo Windows. Nei primi anni 2000-s, il protocollo ha lanciato l'automazione industriale e ha permesso alle fabbriche di passare a una produzione più sicura, più accurata ed economica. Infatti, molti stabilimenti di produzione in tutto il mondo si affidano ancora oggi a questa tecnologia. 

Tuttavia, subito dopo l'ingresso sul mercato del software, gli svantaggi del protocollo OPC sono diventati evidenti. In primo luogo, DCOM rende l'OPC limitato solo al sistema operativo Windows. In seguito, gli esperti si lamentano delle difficoltà nel trovare e correggere i guasti del software e dell'impossibilità di scambiare dati via web. Infine, la tecnologia OPC non è affidabile in termini di sicurezza delle informazioni.   

Ecco perchéin risposta alle molteplici richieste del settore, Fondazione OPC ha creato un nuovo standard: OPC UA. Esso si basa sul versioni precedenti ma senza inconvenienti e suggerisce un approccio totalmente nuovo alla comunicazione macchina a macchina e alla trasformazione digitale industriale.  

Il suo nuovo feature sono: 

• Indipendenza della piattaforma. OPC UA non si basa sulla tecnologia OLE o DCOM di Microsoft. non più. Si può lanciare su qualsiasi piattaforma: Apple, Linux (JAVA) o Windows; 
• Configurazione più semplice di data scambio tra più computer. Al posto del DCOM, utilizzare standard comuni per lo scambio di dati: TCP/IP, HTTP(S) e SOAP; 
• Gestione e manutenzione dei dati più semplice. È possibile utilizzare strutture o modelli e raggruppare e contestualizzare i tag o i punti dei dati. Tutto questo offre molta più flessibilità e rende possibile collegare la vostra fabbrica attraverso i reparti e non lavorare solo in silos di dati verticali; 
• Facile integrazione con lo SCADA. Un server OPC UA può essere una parte diretta di un PLC, che viene costruito in un dispositivo. Ciò significa che non è necessario acquistare e configurare un server OPC UA; 
• Risparmio di risorse. Con OPC UA, non sono necessari molti PC che si trovano nell'impianto e traducono tra i sistemi;  
• Crittografia dei dati. OPC La sicurezza UA è basato su un concetto multistrato copertura degli strati di applicazione e di trasporto. Contiene l'autenticazione e l'autorizzazione, nonché la crittografia e l'integrità dei dati mediante firma.  
• Flessibilità di integrazione. Le API UA sono disponibili in diversi linguaggi di programmazione. SDK commerciali sono disponibili per C, C+++, Java e .NET. Gli stack open-source sono disponibili almeno per C, C+++, Java, Javascript(nodo) e Python. 
• Efficacia in termini di costi e di tempo. Disponibilità di Connettori OPC UA che integrano i dati della vostra macchina in tempo reale con i sistemi di gestione dei documenti CRM, ERP, BI, Exchange, come SharePoint, per migliorare la pianificazione, la manutenzione e aumentare l'efficacia della vostra produzione; 
• Connessione all'infrastruttura legacy. Disponibilità di meccanismi per la migrazione da OPC a OPC UA; involucri OPC UA. 

I produttori chiamano OPC Unified Architecture il primo protocollo di comunicazione che elimina i confini tra l'impresa e la fabbrica. Ma come collegare effettivamente la vostra produzione ai sistemi che aiutano a gestire la vostra azienda? 

Customer Relationship Management (CRM), Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing Execution System (MES), Document Management System (DMS), Business Intelligence (BI), sistema di gestione del magazzinos sono il software più comune che aiuta nella gestione del business. Poiché molte aziende, indipendentemente dalle dimensioni, utilizzano queste applicazioni in varie combinazioni, è sicuro generalizzare che la vita di una fabbrica è pianificata, analizzata, prevista e riportata in questi sistemi. Ed essendo una fabbrica intelligente completamente automatizzata significa avere a disposizione in qualsiasi momento informazioni accurate e aggiornate sulla produzione in questi sistemi, per analisi, avvisi in tempo reale, notifiche di manutenzione ecc. a seconda delle priorità.  

L'integrazione dei dati delle macchine nei sistemi aziendali può avvenire in due modi: 1) attraverso lo sviluppo personalizzato tramite OPC API UA, e 2) tramite un connettore OPC UA pronto all'uso che collega i dati della macchina a sistemi ERP, CRM, ecc. 

A nostro avviso, il secondo scenario è migliore della programmazione personalizzata. In primo luogo, non si spreca tempo e denaro per la costosa manodopera di un programmatore e, in secondo luogo, non ci si deve occupare di ulteriore manutenzione. Un connettore OPC UA precostruito è in genere privo di bug e pronto all'uso fin dal primo giorno. Richiede competenze di programmazione, ma molto semplici. Ad esempio, tali Connettore OPC UA di Connecting Software costruito sul Piattaforma Connect Bridge, Il programma è un'applicazione che utilizza la sintassi SQL, nota alla maggior parte dei programmatori di livello base. Sono necessarie due o tre ore per comprendere i principi dell'integrazione, dopodiché è sufficiente costruire la logica per collegare i dati macchina dell'azienda ai sistemi aziendali.  

Perché è necessario collegare i dati delle macchine a ERP, CRM e MES? Uno slogan di OPC-UA è 'dal dispositivo all'impresa', e in questo caso “impresa” significa un sistema intelligente di pianificazione delle risorse aziendali. 

Per prendere decisioni intelligenti, un ERP intelligente richiede in tempo reale IIoT dati e analisi. Essi differenziare un'azienda dalla concorrenza e costituire quella che viene definita una Smart Factory. 

Poiché le applicazioni ERP svolgono così tanti compiti: gestione ed elaborazione degli ordini, raccolta dati, pianificazione a livello di produzione aziendale, gestione dei processi aziendali in generale e in collegamento con altri sistemi, le prestazioni tempestive degli ERP intelligenti offrono molti vantaggi.

When voi need per accelerare i processi, ridurre il lavoro manuale e gli errori e muoversi più velocemente tra un passo e l'altro, afferrando i dati in tempo reale il più vicino possibile alla fonte: da una particolare linea di produzione o addirittura da un dispositivo, l'integrazione dei dati della macchina tramite OPC UA al sistema ERP è rivoluzionaria. 

Il processo si velocizza soprattutto se si impegna una piattaforma di integrazione con pre-costruito connettori - come un connettore OPC UA e vari connettori ERP.

Oltre a, Tale integrazione favorisce il cambiamento culturale di cui abbiamo parlato sopra, in quanto i dipendenti adottano più volentieri la nuova tecnologia se questa viene presentata attraverso un'interfaccia familiare (e persino mobile friendly!). Assicurare L'adozione da parte degli utenti rimane una grande sfida nell'IIoT, e la presentazione dei dati attraverso i sistemi che tutti conoscono e utilizzano (ERP, CRM, MES ecc.) accelera la transizione verso l'Industria 4.0.  

Altri componenti di un IIoT Smart Factory sono l'analisi predittiva, l'apprendimento automatico, sigillatura del rapporto a catena di blocco, e decisioni semi-autonome e autonome and azioni. Tutte queste possono essere parte del vostro sistema ERP che ordina materiali o prende decisioni sulle spedizioni sulla base di molteplici fonti e di enormi quantità di dati contestuali veloci, analizzati e sfruttati in in tempo reale. 

Speriamo che questa analisi dell'integrazione dei dati delle macchine nei vostri sistemi di gestione aziendale sia stata utile. Fateci sapere cosa ne pensate di questo e di quali altri argomenti dobbiamo discutere nell'Industria 4.0, nei connettori OPC UA e nella Smart Factory.

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