Perché la Digital Factory è ora alla portata di tutti

Per passare all'Industria 4.0 e a una Fabbrica Digitale, è necessario collegare gli asset industriali, le persone e i processi lavorativi. E per fare ponte su tutto questo, avete bisogno di una forte raccolta di dati, integrazione e networking. Tutto deve essere interconnesso e interoperabile.

Il mondo dello shopfloor e il mondo del software aziendale dovrebbero essere strettamente collegati, ma lo sviluppo di una soluzione di integrazione tra di loro è stato tradizionalmente associato a costi elevati.

CB Digital Factory può rendere la costruzione di una soluzione di integrazione personalizzata una possibilità per i piccoli e medi produttori che richiedono una soluzione flessibile e affidabile, con prezzi interessanti e imbattibili.

Quando è stata l'ultima volta che ha comprato qualcosa da un artigiano?

Mentre questi artigiani specializzati si rivolgono solo alla fascia di mercato a basso volume e ad alto costo di questi tempi, questo era l'unico tipo di produzione esistente per la maggior parte della storia dell'umanità.

Sviluppi tecnologici alla fine del 18^il secolo ha permesso all'umanità di imbrigliare vapore il potere. Ciò ha portato ad un enorme aumento della produttività dei lavoratori, mentre la produzione manifatturiera si è allontanata dai metodi di produzione manuale per passare alla produzione meccanica.

Verso la fine del 19^il secolo, è entrata in gioco un'altra forza di trasformazione. L'uso diffuso di elettricità nelle fabbriche ha permesso che la vera produzione di massa emergesse come una valida opzione. Le macchine potevano lavorare 24 ore su 24, senza pause.

La seconda metà del 20^il Il secolo ha visto l'inizio del informatica e l'ascesa della robotica industriale. Questo ha permesso di automatizzare i processi di produzione ripetitivi e di monitorarli a distanza, aumentando la produzione e, soprattutto, la qualità della produzione - le macchine potevano eseguire lo stesso compito più e più volte con incredibile precisione. Dopo queste tre precedenti trasformazioni tecnologiche, siamo ora sull'orlo di un'altra rivoluzione industriale, comunemente nota come Industria 4.0, la nuova parola d'ordine nel mondo della produzione.

Chiedete a chiunque conosciate dell'Industria 4.0, e vi verranno lanciati molti termini: Smart Factories, Big Data, Cloud, AI, IIoT, Cyber-Physical Systems, Smart Sensors, Blockchain, ecc. Ma queste tecnologie (e sto solo toccando la punta dell'iceberg) non costituiscono l'Industria 4.0 e dovrebbero essere considerate solo degli abilitatori - un mezzo per raggiungere un fine.

In un senso molto ampio, l'Industria 4.0 è la trasformazione ad alta intensità di informazioni della produzione (e delle industrie correlate) in un ambiente connesso di beni, processi, sistemi e persone industriali, che fa leva sulla generazione e sull'utilizzo di grandi quantità di dati in intuizioni utilizzabili. Industry 4.0 promette alle fabbriche digitali una maggiore produttività, efficienza, flessibilità e un approccio più dinamico alla produzione. Tutti questi vantaggi delle Digital Factory (e molti altri che non menziono) portano ad un elevato ROI e ad una maggiore redditività futura.

Tuttavia, non è ‘qualcosa’ che si ottiene dall'oggi al domani e le aziende non dovrebbero cercare di implementare tutte le tecnologie contemporaneamente. Per passare alla produzione intelligente, alle fabbriche intelligenti o alle industrie connesse, è necessario innanzitutto collegare elementi quali le risorse industriali, le persone e i processi di lavoro. E per collegare tutto ciò, sono necessarie solide capacità di raccolta, integrazione e collegamento in rete dei dati. Tutto deve essere interconnesso e interoperabile. Le informazioni provenienti da ogni singola fonte devono essere unificate e olistiche.

Per ora, allontaniamoci brevemente dall'Industria 4.0 per offrire una panoramica sull'automazione in una fabbrica. Nell'area di produzione, la maggior parte delle macchine presenti sarà controllata da un PLC, ovvero un controllore logico programmabile. Si tratta di computer industriali rinforzati per resistere alle condizioni difficili che spesso si riscontrano nell'area di produzione e utilizzati per controllare i processi di produzione, come le linee di assemblaggio, il funzionamento delle macchine o i dispositivi robotici. I PLC sono generalmente costituiti da un alimentatore, una CPU, un modulo di ingresso/uscita e un modulo di comunicazione. I PLC acquisiscono i dati dall'impianto monitorando gli input provenienti dai sensori e dagli altri dispositivi di campo a cui sono collegati. La CPU esegue quindi la logica del programma creato dall'utente e invia dati o comandi alle macchine e agli attuatori a cui è collegata.

Fieldbus è una rete industriale progettata specificamente per la comunicazione tra i PLC o i controllori industriali e i sensori e gli attuatori montati sul campo. Il bus di campo è progettato per sostituire il cablaggio punto-punto che collega ciascun sensore e attuatore all'I/O del controllore.

Possiamo dividere le reti di controllo industriali in tre generazioni distinte con diversi livelli di compatibilità:

• La prima generazione è costituita dai tradizionali protocolli Fieldbus seriali. Alcuni esempi di noti Fieldbus basati su seriale sono Modbus RTU, PROFIBUS e CAN.
• La seconda generazione è costituita dai protocolli basati su Ethernet. Esempi di protocolli basati su Ethernet sono MODBUS TCP, ETHERNET/IP e PROFINET.
• L'ultima generazione ha iniziato a incorporare le tecnologie di comunicazione senza fili.

Avendo a disposizione una selezione diversificata di protocolli, è possibile scegliere quello che meglio si adatta alle proprie esigenze. Potreste scegliere un Fieldbus per un compito specifico a causa del suo prezzo più basso e della sua minore complessità. Tuttavia, i diversi tipi di i protocolli di comunicazione industriale non sono generalmente compatibili tra loro. Ciò significa che i dispositivi su una rete devono utilizzare tutti lo stesso tipo di protocollo di comunicazione.

Nel 1995, un gruppo industriale indipendente dal fornitore, il Fondazione OPC ha presentato lo standard OPC per contribuire ad affrontare questa sfida. Lo standard OPC è stato progettato per fornire un metodo comune per la comunicazione tra i dispositivi di campo e le applicazioni software.

Il software OPC Server parla al PLC o al dispositivo di campo attraverso il suo protocollo di comunicazione nativo e converte il messaggio in formati standardizzati definiti dalle specifiche OPC indipendenti dal fornitore, che possono poi essere letti da qualsiasi client OPC. Un OPC Server può essere visto come un'applicazione software che converte i diversi protocolli dei dispositivi in un linguaggio comune che qualsiasi applicazione client che necessita di dati può comprendere.

Molte fabbriche avranno diverse attrezzature di produzione, utilizzando protocolli diversi. Questo è il punto di forza dell'OPC: In un settore pieno di sistemi e protocolli proprietari, l'OPC è il modo standard concordato per la comunicazione tra sistemi diversi. Esso trasforma tutti questi diversi protocolli in un'unica linea di comunicazione, la rende sicura e accessibile a distanza.

Ad esempio, supponiamo che un'applicazione client OPC desideri ottenere informazioni da un determinato PLC. Il server OPC comunica con un PLC utilizzando il protocollo Modbus. In questo caso, il server OPC richiederà al PLC indirizzi di memoria specifici che contengono i dati richiesti dal server OPC. Ciò avviene utilizzando il protocollo Modbus. Anche il PLC fornisce tutte le risposte al server OPC utilizzando Modbus. In questo modo, il server OPC può leggere e scrivere dati dal PLC utilizzando Modbus. Il server OPC converte quindi i dati recuperati dal PLC (utilizzando Modbus) nel “formato” OPC e invia i dati a un'applicazione client OPC. Qualsiasi applicazione client OPC può recuperare dati dal server OPC senza dover conoscere nulla del PLC o del suo protocollo di automazione.

Attualmente, quando si parla di OPC, ci riferiamo a OPC UA o Open Platform Communications United Architecture. Questo framework è stato rilasciato nel 2008 e si basa sul successo di OPC Classic essendo funzionalmente equivalente a OPC Classic, ma capace di molto di più. OPC UA ha un'architettura orientata ai servizi, in cui i server, noti come data provider, espongono il loro modello informativo, e i client, noti come data consumer, consumano le informazioni esposte dal server e possono essere utilizzati su diverse piattaforme (Linux, Windows, Android, ecc.).

Durante lo sviluppo dello standard OPC UA, fin dall'inizio è stato preso in considerazione il massimo livello di sicurezza. A differenza di OPC Classic, OPC UA è stato sviluppato in modo da essere “compatibile con i firewall”, ovvero può essere controllato e gestito tramite tecniche di rete standard.

OPC UA non offre solo i comuni meccanismi IT per l'autenticazione, la firma e l'accesso crittografato. Protocolli aggiuntivi possono estendere il livello di trasporto effettivo in qualsiasi momento. Quando viene ricevuta una richiesta di connessione a un server, il server convalida la richiesta, la decrittografa e convalida il suo certificato. Una volta ricevuta e decodificata una richiesta valida di autenticazione o autorizzazione, il passo successivo è determinare se il server deve accettare la connessione di quel dispositivo o consentire l'accesso a quell'utente.

Questo non significa che OPC UA sia “migliore” di EtherNet/IP, ProfiNet o Modbus TCP. Per trasferire dati IO all'interno di una macchina, questi protocolli offrono la giusta combinazione di trasporti, funzionalità e semplicità che consentono il controllo della macchina con un I/O in rete. Si tratta di tecnologie eccellenti per il livello di controllo delle macchine nella gerarchia dell'automazione. Tuttavia, per trasferire le informazioni dal campo al software aziendale, OPC UA è la scelta migliore. Aumenta la produttività, migliora la qualità e riduce i costi fornendo non solo più dati, ma anche informazioni - e il giusto tipo di informazioni - ai sistemi di produzione, manutenzione e IT.

Un'altra grande sfida che l'implementazione su scala reale dell'Industria 4.0 deve affrontare è la barriera del passato. Ciò è dovuto al fatto che i dispositivi di automazione, principalmente i PLC, dovrebbero avere una durata di vita di decenni, per cui l'avvento di tecnologie innovative come quelle portate da Industry 4.0, colpisce l'eredità di strutture già esistenti. Come è evidente, gli investimenti associati alla modernizzazione delle entità software e hardware rappresentano un serio ostacolo.

La maggior parte delle imprese rifiuta una modernizzazione radicale dell'intero sistema di automazione o semplicemente non può correre il rischio di abbandonare un sistema in funzione. Invece di cambiare l'intero sistema, è necessario estendere le capacità dell'infrastruttura hardware in uso per implementare modalità moderne di gestione delle informazioni. A causa del funzionamento in rete, nell'Industria 4.0, i macchinari e le apparecchiature devono essere dotati di meccanismi di condivisione dei dati. In altre parole, la connettività è una caratteristica chiave per l'eredità di infrastrutture già esistenti; pertanto, una prima fase per essere Industry 4.0-ready consiste nell'aggiungere la connettività di rete ai dispositivi attuali.

Con l'utilizzo di OPC UA Server, sia incorporati in un dispositivo che come software autonomo, il numero di marchi e dispositivi che possono essere interconnessi comprende la maggior parte dell'hardware del settore, per quasi tutti i settori industriali. Anche i PLC che comunicano su bus di campo seriali possono essere collegati ad un server OPC UA tramite software gateway server o dispositivi gateway. Ciò significa che le aziende, possono muovere i primi passi nell'Industria 4.0 con investimenti minimi in molti casi.

Come ho detto prima, i produttori devono accedere facilmente ai dati dei loro processi di produzione per sfruttare appieno i vantaggi dell'Industria 4.0. Spinti dalla necessità di identificare, analizzare e ottimizzare i dati industriali, molti produttori stanno considerando (o hanno già adottato) una piattaforma IIoT per sfruttare la potenza delle scoperte di Machine Learning, AI e Big Data.

Una piattaforma IIoT aggrega dati in tempo reale provenienti da hardware, sistemi software, sensori e altri punti di dati in un ambiente centralizzato, che di solito è accessibile a un ampio gruppo di utenti. Essa colma il divario tra i sistemi, le persone e le macchine tirando quei dati in un sistema centralizzato, sia on-premise, che sul bordo o nella nuvola.

Naturalmente, ciò richiede comunque un'attenta pianificazione e non tutte le piattaforme IIoT sono uguali. Non è sufficiente collegare tutti i PLC a un server OPC UA. Se non si sa quali dati si desidera ottenere, come si desidera collegare e utilizzare questi dati e come gestire la messa in servizio e la dismissione di dispositivi esistenti o nuovi, il progetto Industry 4.0 finirà come tutti gli altri.

Le aziende vengono convinte da venditori abili a investire migliaia e migliaia di dollari in software che leggono i dati delle macchine e poi presentano le informazioni su dashboard che possono essere controllate da tutta l'azienda. Per alcuni mesi, anche un anno o due, questo funziona bene. Ma poi si acquista una nuova macchina e nessuno sa come collegarla a questo nuovo sistema. Oppure un componente non viene più prodotto e la linea di produzione viene leggermente modificata per soddisfare un'esigenza diversa. Oppure si acquista un nuovo software di produzione che non comunica con il sistema. La manutenzione potrebbe probabilmente aiutare, ma è sommersa da altre cose da fare e non ha il tempo di riconfigurare tutto correttamente. Lo stesso vale per il reparto IT. A poco a poco, questo software smette di essere utilizzato e probabilmente rimarrà tale fino a quando qualcuno non si ricorderà della sua esistenza e incaricherà uno stagista di farlo utilizzare nuovamente in tutta la fabbrica. E proprio così, l'Industria 4.0 è stata dimenticata.

Testare le prime potenziali applicazioni delle piattaforme IIoT nella vostra azienda non dovrebbe richiedere una lunga preparazione o un ingente investimento iniziale. Diversi anni fa, alcuni dei principali fornitori industriali hanno tentato di creare piattaforme per uso generico. Dopo aver investito centinaia di milioni di dollari, hanno dovuto ridimensionare drasticamente i propri progetti, limitandoli a scenari “speciali” o chiudendoli del tutto. Non hanno mai avuto alcuna possibilità. Dopotutto, anche i concorrenti dello stesso settore possono avere requisiti, vincoli e obiettivi completamente diversi. Immaginate di dover fornire tutto questo anche a settori diversi.

Non dimenticate che ogni facility manager, produttore di attrezzature e operatore di servizi mira specificamente a fornire prodotti e servizi unici, ottimizzare i propri processi interni e promuovere nuovi modelli di business che siano sia difendibili che differenziati dai concorrenti più vicini. Come potete vincere se siete bloccati con le stesse capacità e limitazioni di tutti gli altri? Decidete di cercare un cavallo più veloce. Io dico che dovete smettere di cercare un cavallo più veloce. È ora di costruire la vostra auto volante.

Questi sono i problemi che cerchiamo di risolvere a Connecting Software. Il nostro mondo è un luogo dove i sistemi e le applicazioni possono comunicare in un unico linguaggio universale. Un mondo in cui i dati sono sempre disponibili, indipendentemente dalla loro origine o destinazione, dalla forma o dallo scopo. In questo mondo, l'interoperabilità non è solo una parola d'ordine, ma una realtà quotidiana unificata. Ci sforziamo di costruire un universo che consenta agli sviluppatori di integrare senza soluzione di continuità i dati provenienti da qualsiasi fonte per fornire una visione definitiva agli utenti finali.

Ed è proprio questo che abbiamo ottenuto con Connect Bridge, la nostra potente piattaforma di integrazione software. Utilizzando Connect Bridge e le nostre oltre 400 connettività alle applicazioni industriali e aziendali più diffuse e popolari, gli sviluppatori possono connettersi in modo sicuro a un'ampia gamma di software aziendali tramite le loro API, senza la necessità di apprendere la loro documentazione. Questa architettura consente la comunicazione tramite la sintassi Structured Query Language (SQL), il linguaggio di programmazione conosciuto da tutti gli sviluppatori. Connect Bridge traduce la sintassi SQL nelle chiamate API appropriate, mantenendo l'integrità del sistema di destinazione e offrendo al contempo la facilità di comunicazione tra l'applicazione e i sistemi di destinazione con i nostri connettori.

Per estendere questo concetto al mondo industriale, abbiamo deciso di sviluppare un connettore che ci consentisse di parlare il ‘linguaggio delle macchine’. Abbiamo studiato l'architettura OPC UA e poi l'abbiamo mappata in SQL.

Attualmente, il connettore OPC UA funziona come un client OPC UA. Ciò significa che, se si dispone dell'indirizzo di un server OPC UA e delle autorizzazioni corrette, l'utente può accedere ai dati da un server OPC UA. Una volta stabilita la connessione, è possibile interagire con i dati esposti dal server utilizzando SQL. Gli sviluppatori che lavorano per un'azienda possono integrare facilmente i dati di produzione dell'azienda nel software aziendale che utilizzano, creando una soluzione personalizzata che soddisfa le loro esigenze specifiche.

La nostra visione per CB Digital Factory è di trasformarla in una piattaforma IIoT completa e altamente personalizzabile, pronta a fornire una perfetta integrazione tra shop floor, MES ed ERP e qualsiasi altro software aziendale utilizzato dalla vostra azienda.

CB Digital Factory permette alle aziende di muovere i primi passi nella digitalizzazione dei loro negozi in modo molto conveniente. L'industria 4.0 non è più alla portata delle grandi aziende, con reparti IT dedicati, ma è ora aperta anche alle piccole e medie imprese con reparti IT a volte monomarca.

Per vedere come funziona, pensate a quale software e a quali macchine vorreste integrare e chiedete il vostro software personalizzato. demo gratuita.

Pedro Noronha
IIoT Product Manager di Connecting Software

Autore:

Mi sono laureato con un master in ingegneria meccanica e ho lavorato nell'industria automobilistica come consulente e project manager, prima di concentrarmi su IT e Industria 4.0.

Avete domande o commenti su questo post o su CB Digital Factory? Mi piacerebbe avere il vostro feedback!