Le industrie si spostano verso l’edge computing

Le industrie manifattuere si spostano verso l’edge computing. La recente comparsa di Industry 4.0 e i progressi nei componenti elettronici hanno aiutato gli strumenti tradizionali a diventare molto più intelligenti, aggiungendo fra l’altro connettività cloud, cybersicurezza e potenza di elaborazione distribuita.

di Daniel Coetzee, direttore commerciale EMEA per le Soluzioni di Automazione e Controllo Industriale, Emerson.

Le imprese industriali sono di fronte a un contesto di sfide operative in continuo cambiamento. Un impianto di processo o uno stabilimento di produzione devono affrontare un insieme complesso di variabli che possono influire sulle prestazioni dei macchinari o di produzione. Appena si risolve un problema o un collo di bottiglia, sembra apparirne subito un altro. Da molti anni, i team che gestiscono le operazioni degli impianti utilizzano le tecnologie DCS, PLC, SCADA e MES come strumenti per migliorare automazione, allarmi, analisi e reportistica. Tuttavia, mentre l’automazione avanza al livello delle macchine, restano ancora dei gap che lasciano isole di informazione, rendendo inaccessibile la presa di decisioni che potrebbero supportare un miglioramento del business. La recente comparsa di Industry 4.0 e i progressi nei componenti elettronici hanno aiutato gli strumenti tradizionali a diventare molto più intelligenti, aggiungendo fra l’altro connettività cloud, cybersicurezza e potenza di elaborazione distribuita. Questa nuova convergenza tecnologica ha creato un’opportunità in termini di funzionalità di risoluzione dei problemi, introspezione operativa e implementazione di nuove tecniche, in uno spazio emergente di automazione industriale chiamato ´the edge´ (‘il margine’).

Edge computing: elaborazione al margine

Potenti computer si sono ora fusi con la CPU di un tradizionale sistema di controllo di automazione industriale per ottenere dispositivi 2-in-1 che hanno le dimensioni fisiche di un libro. Ciò significa che lo stesso dispositivo che controlla una macchina o un processo ha a bordo un computer con capacità cloud che offre nuove funzionalità sulla macchina. Benché storicamente i sistemi di controllo fossero già collegati ai computer, si trattava generalmente di workstation o server separati che erano quasi sempre situati in un ufficio lontano dalle macchine. Ciò ha perpetuato il concetto di una rete IT d’ufficio separata dalla rete OT (operations technology) negli impianti. Al contrario, un dispositivo combinato di calcolo e controllo offre alle aziende nuove opportunità di memorizzazione, analisi, potenza elaborativa e connettività cloud sulla macchina, o al margine.

Un controllo più intelligente

Le imprese che dispongono di un computer funzionante al margine possono trarre vantaggio dal controllo delle loro macchine o processi in modo più intelligente. I PLC/DCS tradizionali hanno alcuni limiti nei linguaggi di programmazione, mentre un computer garantisce maggiori funzionalità in termini di calcolo ed elaborazione. Algoritmi avanzati possono essere elaborati sul lato computer del controllore edge e restituiti al sistema di controllo real-time per ottenere un loop di controllo extra intelligente. Ciò rende possibile una nuova forma di potenza elaborativa avanzata in un piccolo formato.

Memorizzazione semplificata dei dati locali

Il lato computer del controllore edge permette di eseguire un data historian locale per memorizzare i dati real-time generati sul lato PLC. Ciò offre la flessibilità dei dati locali della macchina, che possono essere analizzati direttamente alla sorgente o collegati a un server historian a livello d’impianto per la memorizzazione centralizzata se lo si preferisce. Naturalmente, la memorizzazione locale favorirà la migliore esecuzione degli algoritmi di machine learning e ottimizzazione.

Complessità ridotta

Con un computer nell’edge controller, le aziende non hanno la necessità di acquistare un computer esterno per vedere che cosa succede in una macchina. E’ sufficiente collegare delle periferiche alle porte disponibili sul controllore. Collegare un display locale è facile come inserire un cavo. Ciò semplifica le necessità di computer nell’intero impianto e offre agli utenti dei robusti dispositivi industriali che assicurano la massima affidabilità. Un singolo edge controller può controllare una macchina, collegarsi a un servizio di memorizzazione su cloud, memorizzare dati, eseguire algoritmi complessi, ottenere visibilità real-time e fornire una piattaforma per la presa di decisioni in real-time.

Connettività al cloud

Implementare una strategia cloud non è più così complesso. Usando un sistema di controllo con capacità edge, il sistema di automazione sulla macchina può essere facilmente connesso a un servizio di memorizzazione su cloud in pochi minuti. Questa nuova generazione di prodotti di controllo ha eliminato tutto il mistero che esisteva nella sua realizzazione; quindi, invece di pensare a come connettersi, si può considerare che cosa connettere. La capacità di connettere uno stato della macchina al mondo esterno rende possibili nuovi modelli di business attraverso la connettività ai dati di flotte remote, aziendali, di esperti o di mercato. Connettere macchine e processi al cloud offre alle aziende una serie di potenziali opportunità e benefici. Per esempio, uno dei modi più semplici per identificare un’opportunità di miglioramento è quello di confrontare risorse simili in luoghi differenti e pesarne le prestazioni. Una risorsa sottoperformante può essere facilmente identificata tramite dei KPI di base e aumentarne il livello di prestazioni può portare a rapidi miglioramenti. La raccolta dei dati dai sensori su una macchina offre un’immagine a lungo termine delle sue prestazioni rispetto alla progettazione teorica originale. La determinazione dei modi di guasto e delle soglie reali può aiutare a migliorare i progetti futuri e portare vantaggi competitivi all’OEM. I dati dei sensori possono essere usati anche per costruire una storia digitale delle prestazioni e della salute della macchina. Possono quindi essere sviluppati algoritmi che utilizzano i dati dei sensori in real-time per creare allerte a esperti di dominio localizzati in qualsiasi parte del mondo, qualora le prestazioni dovessero deviare dai livelli ottimali o la salute delle apparecchiature dovesse degradarsi. Avendo la salute o lo stato della macchina autodiagnosticati, gli edge controller possono connettersi a una soluzione cloud che utilizza il GPS e il geofencing per allertare un tecnico opportunamente addestrato vicino al sito, che può risolvere il problema il più rapidamente possibile. Gli edge controller possono contribuire a potenziare la collaborazione fra più organizzazioni, come produttori e fornitori di materie prime. La possibilità di connessione ai sistemi di terze parti come i sistemi supply chain all’esterno dei sito, nonché ai sistemi MES o ERP nel sito, offre un semplice modo di collaborazione digitale fra organizzazioni differenti, assicurando trasparenza e una maggiore efficienza. I dati possono essere inviati sul cloud, ma anche ricevuti. Un algoritmo basato sul cloud può raccogliere i dati da più siti e usare una potente elaborazione centralizzata per eseguire l’algoritmo master dell’azienda. Il risultato può inviare dati a un controllore che può migliorare la produzione o ridurre i costi. Un esempio potrebbe essere un algoritmo sul cloud che controlla le tariffe energetiche reali e invia un messaggio al controllore per azionare pompe o motori quando il prezzo dell’energia è più basso. Combinando alcune di queste funzionalità, emergono nuovi modelli di business. Gli OEM possono creare nuovo valore per i loro clienti offrendo nuovi tipi di accordi di servizio. I fornitori di materie prime possono differenziarsi accettando termini contrattuali più stretti con i loro clienti grazie a efficaci informazioni critiche per il business in real-time. Gli integratori di sistemi di automazione possono espandere i loro business offrendo servizi basati sul cloud nuovi e differenziati. I centri di monitoraggio degli impianti industriali potrebbero diventare un nuovo campo di attività mano a mano che il numero di macchine connesse aumenta.