Come dare un senso ai dati delle macchine nelle fabbriche intelligenti

Sebbene la maggior parte delle aziende conosca l'IoT, non molte comprendono il valore che possono estrarre dai dati delle macchine in questo momento; tutto sta nella capacità di comunicazione tra l'officina e l'ambiente aziendale.

“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 machine-to-machine ha suscitato un 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 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, famoso inventore e capo della ricerca di GM, disse: “Un problema ben esposto è risolto a metà”. La strada tortuosa verso la fabbrica intelligente pone diverse sfide emergenti ed esistenti per le aziende, che devono capire come gestire 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 non sia “un'isola di cose”, ma lavori in linea con il concetto di Internet delle cose, le macchine di produzione devono parlare tra loro ed eventualmente con i dispositivi periferici. Dati i numerosi sistemi coinvolti, la domanda è: come si imposta questa comunicazione?

Una delle sfide di una fabbrica moderna è che le macchine comunicano spesso all'interno di singoli silos verticali, trasferendo i dati da un dispositivo a HMI/SCADA, ecc. 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.

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.

L'inserimento di dati dal mondo fisico a quello cibernetico richiede la pianificazione di analisi. È necessario capire se sarà un operatore a utilizzare i dati per ottenere un migliore controllo locale o se il server invia automaticamente le informazioni aggregate al sistema ERP o MES. In definitiva, quali numeri della valanga di dati devono essere inviati per una migliore analisi e pianificazione a livello di fabbrica, e quali dati rimangono in locale per un controllo e un processo decisionale rapidi.

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'ultimo problema 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 endpoint IoT aumenterà fino a $631M nel 2021. L'apertura degli impianti di produzione al mondo richiede misure di protezione adeguate.

Da OPC a OPC Unified Architecture

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 siano dello stesso fornitore. Il protocollo OPC ha standardizzato la comunicazione e ha preconizzato una svolta nell'automazione della produzione. OPC applicava il Distributed Component Object Model (DCOM) di Microsoft, che fa parte del sistema operativo Windows. All'inizio degli anni 2000, il protocollo ha lanciato l'automazione industriale e ha permesso alle fabbriche di passare a una produzione più sicura, accurata ed economica. In effetti, molti impianti di produzione in tutto il mondo si affidano ancora a questa tecnologia.

Tuttavia, poco dopo l'ingresso del software sul mercato, gli svantaggi del protocollo OPC sono diventati evidenti. In primo luogo, DCOM rende OPC limitato al solo sistema operativo Windows. Inoltre, gli esperti lamentano la difficoltà di individuare e risolvere 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. Per questo motivo, in risposta alle numerose richieste dell'industria, la OPC Foundation ha creato un nuovo standard: OPC UA. Si basa sulle versioni precedenti, ma senza inconvenienti, e propone un approccio totalmente nuovo alla comunicazione macchina-macchina 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. È possibile 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 sono necessari molti PC che si trovano nell'impianto 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 aiutano a gestire un'azienda. Poiché molte aziende, indipendentemente dalle dimensioni, utilizzano queste applicazioni in varie combinazioni, è lecito generalizzare che la vita di una fabbrica viene 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 l'analisi, gli avvisi in tempo utile, le notifiche di manutenzione e così via, a seconda delle 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.

A nostro avviso, il secondo scenario è migliore della programmazione personalizzata. In primo luogo, non si spreca tempo e denaro per il costoso lavoro di un programmatore. In secondo luogo, non è necessario occuparsi 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. Sono necessarie due o tre ore per comprendere i principi di integrazione e costruire la logica per collegare i dati macchina dell'azienda ai sistemi aziendali.

Dal dispositivo all'impresa

Perché è necessario collegare i dati delle macchine a ERP, CRM e MES? Uno slogan di OPC-UA è “dal dispositivo all'azienda”, e in questo caso per “azienda” si intende 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.

Poiché le applicazioni ERP svolgono un gran numero di compiti - gestione ed elaborazione degli ordini, raccolta dei dati, pianificazione a livello di produzione aziendale, gestione dei processi aziendali in generale e collegamento con altri sistemi - le prestazioni tempestive degli ERP intelligenti offrono numerosi 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 favorisce il cambiamento culturale di cui abbiamo parlato sopra, in quanto i dipendenti adottano più volentieri la nuova tecnologia se viene 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 utilizzano (ERP, CRM, MES, ecc.) accelera la transizione verso l'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 è già diventato un'esigenza per le fabbriche moderne. Per stare al passo con la concorrenza, collegare i dati delle macchine ai sistemi aziendali di gestione 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 ora di raccogliere i benefici di una fabbrica intelligente connessa.