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

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?".

"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: "E adesso? 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, se guardiamo agli impianti di produzione che hanno colto l'essenza dell'Industrial Internet of Things, si riduce alla capacità di comunicazione tra l'officina e l'ambiente aziendale. In pratica, si tratta del modo in cui i dati delle macchine vengono trasferiti dalle apparecchiature alle applicazioni aziendali standard nel back office (sistemi ERP, MES, CRM); quali conclusioni vengono tratte da questi dati e come vengono applicati nuovamente al processo di produzione. In generale, il successo della trasformazione digitale dipende dalla capacità di un'organizzazione di dare un senso ai numeri provenienti dalle macchine e di trasformarli in un vantaggio competitivo.

Sfide emergenti per il business

Charles Kettering, famoso inventore e capo della ricerca di GM, diceva 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, che devono rispondere alle seguenti domande per capire come gestire 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, 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: 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 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.

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, 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 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. 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.

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 provengano dallo 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 dato il via all'automazione industriale e ha permesso alle fabbriche di passare a una produzione più sicura, accurata ed economica. Di fatto, 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, 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 sono:

• 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;
• 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. 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 elimina le frontiere tra l'azienda 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), sistemi 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 disporre di informazioni accurate e aggiornate sul processo di produzione, disponibili in qualsiasi momento in questi sistemi, per analisi, avvisi in tempo reale, notifiche di manutenzione, ecc.

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 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. Sono necessarie due o tre ore per comprendere i principi di integrazione, dopodiché è sufficiente costruire la logica per collegare i dati delle macchine 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'impresa", e in questo caso per "impresa" 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 quella che viene chiamata una Smart Factory.

Poiché le applicazioni ERP svolgono numerosi 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 molti vantaggi.

Quando è necessario accelerare i processi, ridurre il lavoro manuale e gli errori e spostarsi più rapidamente tra le fasi, l'acquisizione di dati in tempo reale il più vicino possibile all'origine, da una particolare linea di produzione o persino da un dispositivo, l'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 questa viene presentata attraverso un'interfaccia familiare (e persino mobile-friendly!). Garantire 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 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

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