Come dare un senso ai dati delle macchine nelle fabbriche intelligenti

IoT per tutti

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Anche se la maggior parte delle aziende conosce l'IoT, non molte capiscono il valore che possono estrarre dai dati delle macchine in questo momento; è tutta una questione di capacità di comunicazione tra lo shop floor e l'ambiente aziendale.

"Trasformazione digitale" e "fabbrica intelligente" sono termini che esistono da un po', ma solo i produttori avanzati li applicano nella pratica. L'idea della comunicazione da macchina a macchina ha suscitato entusiasmo iniziale e grandi speranze, ma ora i proprietari di fabbriche medie e piccole si chiedono: "E poi? Come posso iniziare ad adottare queste tecnologie nella mia fabbrica?".

Mentre oltre il 98% dei leader aziendali comprende il concetto di Internet of Things (IoT), molti non sono sicuri di cosa significhi IoT per il loro business, secondo una ricerca di Aruba Networks. Questo fa sì che l'IoT non venga implementato correttamente o che venga utilizzato solo a livello base invece che come un processo di trasformazione completa.

Tuttavia, quando guardiamo agli impianti di produzione che hanno colto l'essenza dell'Industrial Internet of Things (IIoT), si riduce davvero alla capacità di comunicazione tra l'officina e l'ambiente aziendale. In pratica, riguarda il modo in cui i dati delle macchine vengono trasferiti dalle attrezzature alle applicazioni aziendali standard nel back office: Sistemi ERP, MES e CRM, e quali conclusioni vengono tratte da questi dati e come vengono applicate di nuovo 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.

Sfide emergenti per il business

Charles Kettering, il famoso inventore e capo della ricerca di GM, disse: "Un problema ben esposto è risolto a metà". La strada tortuosa verso una fabbrica intelligente pone diverse sfide emergenti ed esistenti per le aziende, e i produttori devono capire come eseguire un modello di business digitale nei loro impianti di produzione.

Perché avete bisogno di una fabbrica intelligente?

Prima di tutto, le macchine possono generare un sacco di dati, ma gettare numeri nel cloud non significa automaticamente ottenere informazioni utili da essi. È necessario avere un contesto.

Le attrezzature di fabbrica possono fornire le più accurate informazioni in tempo reale sui processi di produzione, ma come possono le persone iniziare a trarne vantaggio e applicare la conoscenza al loro lavoro quotidiano?

Si tratterà di manutenzione e di assicurarsi che ogni parte sia funzionante? Oppure si tratta della cosiddetta manutenzione predittiva: risolvere il guasto prima che si verifichi sulla base dei dati aggregati di molti dispositivi simili e dei primi segni del problema?

Può anche riguardare il lato commerciale della produzione: operatori umani che prendono decisioni basate sui rapporti delle macchine nei sistemi MES ed ERP. Abbracciare l'Industria 4.0 impone non solo un aggiornamento delle attrezzature, ma un cambio di paradigma di pensiero generale.

Connettersi attraverso i silos verticali

Affinché una fabbrica eviti di essere "isole di cose" ma lavori insieme al concetto di Internet of Things, le macchine di produzione devono parlare tra loro ed eventualmente con i dispositivi di bordo. Dati i molti sistemi coinvolti, la domanda è: come si imposta questa comunicazione?

Una delle sfide in una fabbrica moderna è che le macchine spesso comunicano all'interno di singoli silos verticali, trasferendo i dati da un dispositivo all'HMI/SCADA, ecc, dove un operatore tiene d'occhio questa particolare parte della produzione. I manager sanno da tempo che informazioni preziose risiedono nei sistemi che gestiscono i loro impianti di produzione, ma non vi hanno accesso diretto. Il problema è stato spesso che entrambi i mondi operano in modo isolato, con poca o nessuna connessione tra loro. Tuttavia, se stiamo parlando di mescolare i dati e trasportarli attraverso vari reparti, l'infrastruttura di scambio dati della fabbrica dovrebbe essere costruita in modo diverso.

Viaggio dei dati verso l'ERP

La prossima preoccupazione è la connettività dei dati. Quanto in basso avete bisogno di vedere nel vostro processo di produzione? Sono solo i controllori, o avete effettivamente bisogno dei dati di ogni sensore, ecc. Questo influenzerà in gran parte la quantità di informazioni che gestite e il quadro della vostra struttura, compreso l'intero impianto in generale, le singole linee di produzione e i particolari dispositivi utilizzati.

Mettere i dati del mondo fisico nel mondo cibernetico richiede la pianificazione dell'analitica. Bisogna capire se è un operatore che userà i dati per ottenere un migliore controllo locale, o se il server invia automaticamente le informazioni aggregate al sistema ERP o MES. Tutto sommato, quali numeri dalla valanga di dati devono essere inviati in avanti per una migliore analisi e pianificazione a livello di fabbrica, e quali dati rimangono locali per un controllo rapido e per prendere decisioni.

La condivisione dei dati tra divisioni e terze parti è un'altra questione importante. Nelle fabbriche avanzate, un sistema ERP può ordinare automaticamente le materie prime o informare il servizio di manutenzione sulla necessità di un controllo, in base alle notifiche provenienti dagli impianti di produzione. Questo scambio di informazioni può funzionare anche a vantaggio dei costruttori di macchine: basandosi sui rapporti automatici che arrivano dalle varie fabbriche, essi pianificano la manutenzione, sostituiscono i dettagli in anticipo e forniscono un miglior servizio al cliente, risparmiando ai clienti fastidiosi e costosi tempi morti.

Sicurezza dei dati della macchina

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

Da OPC a OPC Unified Architecture

Dalla fine degli anni '90, l'automazione della produzione è stata costruita intorno al server OPC, permettendo il viaggio dei dati da un dispositivo al computer di un operatore nella sala di controllo, sia che l'hardware e il software fossero dello stesso fornitore o meno. Il protocollo OPC ha standardizzato la comunicazione e ha preconizzato una svolta nell'automazione della produzione. OPC ha applicato il Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), che fa parte del sistema operativo Windows. Nei primi anni 2000, il protocollo ha lanciato l'automazione industriale e ha permesso alle fabbriche di passare a una produzione più sicura, accurata e conveniente. Infatti, molti impianti di produzione in tutto il mondo si affidano ancora a questa tecnologia.

Tuttavia, subito dopo che il software è entrato sul mercato, gli svantaggi del protocollo OPC sono diventati chiari. In primo luogo, DCOM rende OPC limitato solo al sistema operativo Windows. Poi, gli esperti si lamentano della difficoltà di trovare e riparare i guasti del software, e l'impossibilità di scambiare dati sul web. Infine, la tecnologia OPC non è affidabile in termini di sicurezza delle informazioni. Ecco perché, in risposta alle molteplici richieste dell'industria, la OPC Foundation ha creato un nuovo standard: OPC UA. Si basa sulle versioni precedenti ma senza inconvenienti, e suggerisce un approccio totalmente nuovo alla comunicazione machine-to-machine e alla trasformazione digitale industriale.

Le sue nuove caratteristiche includono quanto segue:

  • Indipendenza dalla piattaforma. OPC UA non si basa più sulla tecnologia OLE o DCOM di Microsoft. Potete lanciarlo su qualsiasi piattaforma: Apple, Linux (JAVA) o Windows.
  • Configurazione più facile dello scambio di dati tra più computer. Invece di DCOM, usa gli standard comuni per lo scambio di dati: TCP/IP, HTTP(S) e SOAP.
  • Governance e manutenzione dei dati più facile. È possibile utilizzare strutture o modelli, e raggruppare e dare un contesto ai tag o ai punti dei dati. Tutto questo fornisce molta più flessibilità e rende possibile collegare la vostra fabbrica attraverso i dipartimenti e non lavorare solo in silos di dati verticali.
  • Facile integrazione allo SCADA. Un server OPC UA può essere una parte diretta di un PLC, che è integrato in un dispositivo. Non c'è bisogno di comprare e configurare un server OPC UA.
  • Risparmio di risorse. Con OPC UA, non c'è bisogno di molti PC che stanno nella struttura e traducono tra i sistemi.
  • Crittografia dei dati. La sicurezza di OPC UA si basa su un concetto multistrato che copre i livelli di applicazione e di trasporto. Contiene autenticazione e autorizzazione così come crittografia e integrità dei dati tramite firma.
  • Flessibilità di integrazione. Le API di UA sono disponibili in diversi linguaggi di programmazione. Gli 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.
  • Efficienza in termini di costi e di tempo. La disponibilità di connettori OPC UA integra i dati della vostra macchina in tempo reale a CRM, ERP, BI, Exchange e sistemi di gestione dei documenti come SharePoint per una migliore pianificazione, manutenzione e una maggiore 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 rimuove i confini tra l'impresa e la fabbrica. Ma come si fa a collegare effettivamente la produzione ai sistemi che aiutano a gestire l'azienda?

La gestione delle relazioni con i clienti (CRM), la pianificazione delle risorse aziendali (ERP), un sistema di esecuzione della produzione (MES), un sistema di gestione dei documenti (DMS), un sistema di business intelligence (BI) e un sistema di gestione del magazzino sono i software più comuni che assistono nella gestione di un business. Poiché molte aziende, indipendentemente dalle dimensioni, usano queste applicazioni in varie combinazioni, è sicuro generalizzare che la vita di una fabbrica è pianificata, analizzata, prevista e riportata in questi sistemi. Essere una fabbrica intelligente completamente automatizzata significa avere informazioni accurate e aggiornate sul processo di produzione disponibili in qualsiasi momento in questi sistemi per analisi, avvisi in tempo, notifiche di manutenzione, ecc, a seconda delle vostre priorità.

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

Secondo noi, il secondo scenario è migliore della programmazione personalizzata. In primo luogo, non si perde tempo e denaro per il lavoro di un programmatore costoso. In secondo luogo, non è necessario occuparsi di ulteriore manutenzione. Un connettore OPC UA pre-costruito è tipicamente privo di bug e pronto all'uso dal primo giorno. Richiede competenze di programmazione, ma molto basilari. Sono necessarie due o tre ore per capire i principi di integrazione e costruire la logica per collegare i dati delle macchine della vostra azienda ai sistemi aziendali.

Dal dispositivo all'impresa

Perché avete bisogno di collegare i dati delle vostre 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 dati e analisi IIoT in tempo reale. Essi differenziano un'azienda dalla concorrenza e costituiscono ciò che si chiama una fabbrica intelligente.

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

Quando è necessario accelerare i processi, ridurre il lavoro manuale e gli errori, e muoversi più velocemente tra le fasi, afferrando i dati in tempo reale il più vicino possibile alla fonte, che può essere da una particolare linea di produzione o anche un dispositivo, un'integrazione dei dati della macchina tramite OPC UA al sistema ERP è rivoluzionaria.

Inoltre, tale integrazione aiuta il cambiamento culturale di cui abbiamo parlato sopra, poiché i dipendenti adottano la nuova tecnologia più volentieri se è presentata attraverso un'interfaccia familiare (e anche se è mobile-friendly!). Garantire l'adozione da parte degli utenti rimane una grande sfida nell'IIoT, e presentare i dati attraverso i sistemi che tutti conoscono e usano - ERP, CRM, MES, ecc - accelera la transizione all'Industria 4.0.

Altri componenti di una fabbrica intelligente IIoT sono l'analitica predittiva, l'apprendimento automatico, la tenuta di rapporti blockchain, e decisioni e azioni semi-autonome e autonome. Tutti questi possono essere una parte del vostro sistema ERP, che ordina materiali o prende decisioni di spedizione basate su più fonti ed enormi quantità di dati veloci contestuali, analizzati e sfruttati in tempo reale.

Conclusione

L'IIoT si è già trasformato in una richiesta per le fabbriche moderne. Per tenere il passo con la concorrenza, collegare i dati delle macchine ai sistemi di gestione aziendale non è più un optional. OPC UA ha fatto un buon lavoro in questo settore, fornendo molte più opportunità e misure di sicurezza per aprire la comunicazione in un impianto di produzione, quindi è il momento di raccogliere i benefici di una fabbrica intelligente collegata.