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

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L'idea della comunicazione da macchina a macchina ha suscitato l'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?".

"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 l'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 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 dell'Industrial Internet of Things, si riduce davvero alla capacità di comunicazione tra l'officina e l'ambiente aziendale. In pratica, si tratta di come i dati delle macchine vengono trasferiti dalle attrezzature alle applicazioni aziendali standard nel back office - ERP, MES, sistemi CRM; quali conclusioni vengono tratte da questi dati e come vengono applicati 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 trasformarli in un vantaggio competitivo.

Sfide emergenti per il business

Charles Kettering, il famoso inventore e capo della ricerca di GM, disse che "un problema ben esposto è risolto a metà". La strada tortuosa verso la Smart Factory pone diverse sfide emergenti ed esistenti per le aziende, e i produttori devono rispondere alle seguenti domande per capire come eseguire un modello di business digitale nei loro impianti di produzione.

Perché avete bisogno di una Smart Factory?

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 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 - assicurarsi che ogni parte sia funzionante?

O la 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 l'aggiornamento delle attrezzature, ma un cambiamento generale del paradigma di pensiero.

Collegamento attraverso silos verticali

Affinché una fabbrica non sia "un'isola di cose" ma funzioni effettivamente con il 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 questione è come impostare tale comunicazione.

Una delle sfide in una fabbrica moderna è che le macchine comunicano spesso all'interno di singoli silos verticali che trasferiscono i dati da un dispositivo ad HMI/SCADA ecc. dove un operatore tiene d'occhio questa particolare parte della produzione. I manager sanno da tempo che le 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 di loro. Tuttavia, se si tratta di fondere i dati e di trasportarli tra i vari reparti, l'infrastruttura di scambio dati della fabbrica dovrebbe essere costruita in modo diverso.

Viaggio dati verso ERP

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,
  • o anche un particolare dispositivo, come funziona ogni sua giunzione - e dove, per esempio, un guasto sta ostacolando il processo di produzione.

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 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 check-up, in base alle notifiche provenienti dagli impianti di produzione. Questo scambio di informazioni può funzionare anche a beneficio dei costruttori di macchine: sulla base dei rapporti automatici che arrivano dalle varie fabbriche, essi pianificano la manutenzione, sostituiscono i dettagli in anticipo e forniscono così un miglior servizio al cliente salvandolo dai 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 che permette il viaggio dei dati da un dispositivo al computer di un operatore nella sala di controllo, sia che l'hardware e il software siano 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 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. 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.

Per questo motivo, in risposta alle molteplici richieste dell'industria, 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 macchina-macchina e alla trasformazione digitale industriale.

Le sue nuove caratteristiche sono:

  • 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;
  • 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 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. SDK commerciali sono disponibili per C, C++, Java e .NET. Gli stack open-source sono disponibili almeno per C, C++, Java, Javascript(node) e Python.
  • Efficienza in termini di costi e tempi. Disponibilità di connettori OPC UA che integrano i dati della vostra macchina in tempo reale a CRM, ERP, BI, Exchange, 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.

Come iniziare a utilizzare i dati della macchina per la trasformazione digitale

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

Customer Relationship Management (CRM), Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing Execution System (MES), Document Management System (DMS), Business Intelligence (BI) system, sistemi 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. Ed 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 spreca tempo e denaro per il costoso lavoro di un programmatore, e in secondo luogo, non c'è bisogno di 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 dopo di che basta costruire la logica per collegare i dati della macchina della vostra azienda ai sistemi aziendali.

Dal dispositivo all'impresa

Perché avete bisogno di collegare i dati della vostra macchina a ERP, CRM, 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 quella che viene chiamata una Smart Factory.

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 nel collegamento con altri sistemi, le prestazioni puntuali degli ERP intelligenti forniscono un sacco di 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 - da una particolare linea di produzione o anche da 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 discusso sopra, poiché i dipendenti adottano la nuova tecnologia più volentieri se viene presentata attraverso un'interfaccia familiare (ed è anche 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 sigillatura 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 sulle spedizioni basate su fonti multiple ed enormi quantità di dati veloci contestuali, analizzati e sfruttati in tempo reale.

Conclusione

Da essere la Next Big Thing, IIoT si è già trasformata in una richiesta per le fabbriche moderne. Per stare al 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.

Informazioni su Thomas Berndorfer

Un imprenditore seriale con oltre 20 anni nel settore IT, Thomas Berndorfer ha una vasta esperienza nell'alleviare le organizzazioni dal dolore dell'integrazione, sincronizzazione e automazione IT. È il CEO di Connecting Software.