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LE 3 FASI DELLA PROGETTAZIONE DELL'IoT PER RENDERE LE FABBRICHE INTELLIGENTI

Marco Ghisellini

L’Internet industriale descrive una progressione e unificazione della tecnologia che offre connettività business-to-business, device-to-device e people-to-device attraverso Internet.

Oggi, l’automazione e l’IT si stanno combinando i progressi degli ultimi vent’anni per affrontare alcuni dei più grandi problemi mondiali nel campo dell’energia, dei trasporti di massa, delle infrastrutture cittadine e della produzione. In effetti, la fabbrica è generalmente riconosciuta come uno dei primi luoghi per l’esplorazione industriale di Internet e la realizzazione di soluzioni.

Portare i concetti di connettività edge, conversione di protocollo ed edge computing in una posizione in cui possono essere adottati in massa in fabbrica è sicuramente più facile a dirsi che a farsi. Attualmente, ci sono tre fasi di progettazione dell’IoT che stanno aiutando i responsabili delle operazioni degli impianti ad affrontare le sfide della connessione dei dispositivi e di rendere le fabbriche più intelligenti.

1) Connettività: l’IoT industriale dipende dalla connettività pervasiva e fluida tra dispositivi, sensori e software di controllo delle operazioni. Nel caso dell’automazione di fabbrica, il software è noto come Manufacturing Execution Software o MES.

In passato, la divisione tra bus di campo, reti a livello di impianto, reti di controllo e livelli applicativi di operazioni industriali globali era chiaramente definita e sepaata. Ciò era vantaggioso per le descrizioni dei lavori chiaramente definite tra i responsabili dell’impianto e gli architetti IT, ma non era l’ideale per l’ottimizzazione e la scalabilità operativa.

La divisione del protocollo ha comportato difficoltà se una linea di macchine CNC doveva essere collegata alla rete di controllo globale delle aziende in quanto sarebbe stata complessa, costosa e con funzionalità limitate. Anche se questo sta cambiando gradualmente, è ancora molto importante comprendere i dispositivi finali, i protocolli e le interfacce fisiche per ottenere un controllo senza interruzioni dall’impianto a tutte le stazioni di lavoro virtuali. In breve, la connettività è il primo e più critico principio dell’IoT industriale.

2) Conversione da dati a informazioni: gli impianti di produzione industriale di oggi producono molti dati. Ad esempio, negli stabilimenti di produzione di automobili, è possibile collegare fino a 8.000 dispositivi a una singola rete. Nella pro- duzione di prodotti di consumo, questo numero può superare 12.000.

In entrambe le circostanze, i sensori di movimento e di posizione si collegano sempre più tra loro, attraversando la barriera del PLC. Dopo che questi nodi sono stati collegati, la sfida è far funzionare tutti quei dati. Per molti anni, le società di dati aziendali che utilizzano i cluster di dati hanno cercato di portare la potenza dei Big Data dallo spazio B2C digitale all’automazione industriale, ma finora con scarso successo. Ciò è stato in gran parte dovuto alla mancanza di connettività, alla complessità degli impianti di produzione e all’enorme quantità di dati prodotti in una tipica impresa manifatturiera. Detto questo, i recenti miglioramenti nell’aumento della larghezza di banda della rete industriale e l’utilizzo di computer periferici modulati hanno consentito alle fabbriche di scalare facilmente per soddisfare l’afflusso di dati.

Questo è il motivo per cui è necessario prestare la dovuta diligenza per stimare la domanda di larghezza di banda e selezionare un fornitore di rete in grado di soddisfare questa domanda. Inoltre, anche i requisiti relativi ai dati delle operazioni di produzione devono essere soddisfatti poiché continuano a crescere negli anni a venire. Gli operatori esistenti possono implementare rapidamente soluzioni intelligenti che consentono analisi localizzate in tempo reale che colmano il divario di comunicazione tra la LAN in fabbrica, la LAN di controllo e le reti aziendali. Gli operatori di fabbrica stanno iniziando a rendersi conto che garantire una maggiore connettività tra il livello di campo/impianto e l’impresa può avere vantaggi significativi.

Ad esempio, secondo un recente studio su Industry 4.0 di McKinsey & Company, un operatore minerario globale è stato in grado di tradurre la raccolta di dati localizzati in misure di ottimizzazione per i suoi processi chimici che hanno aumentato la resa del 3,7%, pari a circa 20 milioni di dollari all’anno.

A causa dell’enorme quantità di dati che una rete di contatori può produrre in un giorno, il trasferimento e l’archiviazione di tali dati è spesso considerato troppo difficile da facilitare in una rete industriale. Tuttavia, con il progresso e la maggiore accessibilità dei computer incorporati e delle reti wireless industriali, l’elaborazione e l’archiviazione di “dati di flusso” consente alle operazioni di produzione su piccola e grande scala di registrare facilmente anni di dati di produzione, allertando rapidamente la sala di controllo centrale in tempo reale se si verificano anomalie. I vantaggi di questa capacità Data-to-Information ai margini delle reti industriali ha consentito alle aziende di prolungare di anni la vita dei prodotti, facendo luce sui potenziali guasti del sistema prima che si verificassero. I piccoli investimenti nelle infrastrutture di connettività industriale hanno costretto il modello di ammortamento fisso dei team contabili di molte società di automazione dei processi a ripensare la loro pratica, consentendo loro di abbassare i profitti ogni anno e di conseguenza aumentare il valore per gli azionisti.

3) Minaccia Cybersecurity: il livello informatico del movimento IoT industriale è ciò che differenzia fondamentalmente l’IoT industriale dall’IoT. Nell’Internet in- dustriale, il livello cyber funge da hub di informazioni centrale in cui i dati provenienti da tutte le risorse e dai sensori sul campo è memorizzato.

È a livello cibernetico che vengono eseguite analisi personalizzate e risiedono in gran parte allo scopo di consentire alle macchine di impegnarsi in processi di autoapprendimento nel tempo. In termini semplici, i dati di rete vengono distribuiti tra i vari dispositivi all’interno di una rete locale (LAN), ponendo gran parte della larghezza di banda e del carico di calcolo e sicurezza del trasferimento dei file in modo uniforme tra i dispositivi all’interno della LAN. I colli di bottiglia della larghezza di banda sono ridotti, così come le potenziali aree di vulnerabilità della rete.

Questo perché il livello cyber dell’architettura IoT industriale, per sua stessa natura, capovolge i tradizionali modelli di cybersecurity e gestione spostando il traffico dalle grandi reti aziendali a una rete di dispositivi perimetrali e sottoreti di gruppi di lavoro.
In questo modello, ogni dispositivo ha un ruolo da svolgere nella sicurezza della rete più ampia e il gestore dell’impianto ha l’obbligo di costruire la rete tenendo conto della ridondanza, del posizionamento strategico dei firewall e dell’attuazione di piani di emergenza in caso di guasti di rete o intrusioni di rete.

I seguenti passaggi di abilitazione dell’IoT forniranno a ogni responsabile dell’impianto o delle operazioni il corretto processo di due diligence e considerazione durante la progettazione di una soluzione di fabbrica intelligente, risultando in una rete connessa e sicura.

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