L’Internet delle Cose industriale

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aperturaPer soddisfare requisiti in continuo divenire, ai dispositivi che supportano l’IIoT serve una piattaforma integrata hardware e software e una rete realtime che possa adattarsi all’evoluzione delle nuove tecnologie.

L’idea di un mondo più intelligente, in cui sistemi con sensori e capacità di elaborazione locale saranno connessi per condividere le informazioni, si sta sviluppando in molteplici settori. Questi sistemi saranno connessi su scala globale tra loro e con gli utenti, dandom la possibilità di prendere decisioni più consapevoli. Quest’idea omnicomprensiva è stata etichettata in modi diversi, ma l’espressione più diffusa è Internet of Things (IoT). L’IoT include tutto: dalle case intelligenti, ai più svariati dispositivi mobili, a oggetti di uso comune, fino all’Industrial Internet of Things (IIoT), con l’agricoltura intelligente, le città e le fabbriche intelligenti e le Smart Grid. Questo articolo è dedicato alll’opinione di National Instruments su questo tema di grande attualità, ed è tratto dal report “I trend tecnologici del 2015” in cui l’azienda delinea i trend sui quali punterà quest’anno presentati in occasione dell’NI Days.

L’IIoT, una sfida che nessuna azienda può affrontare da sola

L’IIoT può essere pensato come una vasta molteplicità di sistemi industriali interconnessi, che comunicano e coordinano analisi dei dati e azioni per migliorare il rendimento dei processi, apportando benefici e vantaggi alla società nel suo insieme. I sistemi industriali che connettono il mondo digitale al mondo fisico tramite sensori e attuatori (risolvendo problemi di controllo complessi, sono comunemente definiti come sistemi cyber-fisici; integrando tali sistemi con Big Analog Data solutions dedicate all’analisi dei dati si possono ottenere informazioni più ricche e intuizioni più profonde. Si immaginino per esempio sistemi industriali in grado di adeguare i propri ambienti o persino il proprio stato di corretta funzionalità: piuttosto che adottare la strategia “run to failure”, le macchine programmano la manutenzione o, meglio ancora, adattano dinamicamente gli algoritmi di controllo, così da compensare un elemento usurato e comunicare i dati ad altre macchine e agli stessi operatori. Rendendo le macchine più intelligenti, con elaborazione locale e connettività, tramite l’IIoT si potrebbero risolvere problemi con soluzioni prima inconcepibili. Ma, come afferma il detto “se fosse così semplice, tutti lo farebbero”, con l’evoluzione tecnologica aumenta anche la complessità, rendendo l’IIoT una sfida molto impegnativa, che nessuna azienda può affrontare da sola. E questa sfida diventa ancora più ardua se si confrontano le esigenze dell’internet industriale con quelle dell’internet del mondo consumer: se in entrambi i casi si ha a che fare con la connessione di dispositivi e sistemi localizzati ovunque nel mondo, l’IIoT aggiunge, per le reti locali, requisiti di latenza, determinismo e larghezza di banda ben più rigidi. Quando si lavora con macchine le cui parti devono avere un preciso coordinamento, che possono manifestare malfunzionamenti se la sincronizzazione viene meno anche solo per un millisecondo, aderire a requisiti severi diventa fondamentale non solo per avere una corretta funzionalità ma anche per garantire la salute e la sicurezza degli operatori.

Adattabilità e scalabilità

Con l’avvento dell’IIoT un grande cambiamento investirà i sistemi industriali così come li conosciamo. Tradizionalmente, la progettazione e il potenziamento delle prestazioni dei sistemi industriali prevedono una soluzione end-to-end, cioè un insieme di componenti hardware e/o software di risorse necessarie per soddisfare i requisiti, sia essa proprietaria o personalizzata, o aggregando black box definite da un vendor di tecnologie. La soluzione può anche essere rapidamente implementabile, ma a che costi? Uno dei principali vantaggi dell’IIoT è che i dati sono condivisi e analizzabili con facilità, consentendo decisioni e scelte migliori, mentre in una soluzione, per esempio per Condition Monitoring, definita da un fornitore, i dati non sono facilmente disponibili e utilizzabili. Il sistema si limita a inviare semplici allarmi per prevenire guasti catastrofici e l’accesso ai dati, per analisi e individuazione di un malfunzionamento, può avvenire solo dopo il verificarsi di un evento, quando con ogni probabilità si è già perso tempo produttivo e risorse economiche. Se i dati del Condition Monitoring non sono analizzati e resi costantemente disponibili tramite un’interfaccia aperta e standardizzata, non è possibile adeguare gli algoritmi di controllo in base ai dati raccolti o correlare i dati acquisiti con gli eventi verificatisi per migliorare efficienza o evitare tempi di inattività. Per quanto riguarda le soluzioni end-to-end, tutti i componenti possono funzionare in modo armonico, ma il problema di fondo resta. Infatti, per quanto i protocolli di comunicazione siano uniformi e i dati possano essere facilmente condivisi, la soluzione diventa sostanzialmente essa stessa una black box, e quando si manifesta la necessità di un aggiornamento, iol tecnico si trova di fronte a un dilemma: progettare una soluzione che potrebbe non comunicare bene con l’intero sistema o ripartire dall’inizio e crearne una nuova. I sistemi dell’IIoT devono essere adattabili e scalabili, con parti software e funzionalità aggiuntive da integrare facilmente all’intera soluzione, ma quando tutto il sistema è una black box, questo non è possibile. Deve quindi esservi un modo migliore per integrare sistemi diversi e ridurre la complessità senza sacrificare l’innovazione.

Sicurezza, manutenzione e aggiornamenti

Adattabilità e scalabilità sono solo le sole sfide proposte dall’IIoT: anche gestione e sicurezza dei sistemi sono di primaria importanza. Quando si implementano grandi reti di sistemi, occorre garantire che questi comunichino tra loro e con l’azienda, anche spesso a grandi distanze, in completa sicurezza per non mettere a rischio attività di grande valore economico. Uno degli esempi più emblematici sull’importanza della sicurezza è la Smart Grid, che si pone ai livelli più alti dell’IIoT. Quando dati e informazioni diventano facilmente accessibili per mancanza di adeguata protezione, inevitabilmente si eleva il livello di rischio di malfunzionamento a seguito di indesiderate violazioni alla sicurezza. Oltre a essere sicuri, i sistemi devono poter essere continuamente aggiornati e mantenuti in efficienza, per soddisfare i requisiti di funzionalità e manutenzione in continua evoluzione. Aggiungendo funzionalità occorre aggiornare il software o aumentare il numero dei sistemi, e si creano così le condizioni per il determinarsi di interconnessioni disordinate, o quantomeno non attentamente strutturate, tra componenti. Il nuovo sistema deve integrarsi non solo con quello originale, ma anche con gli altri sistemi: la problematica si fa ben chiara se si immagina di dover aggiornare migliaia o milioni di sistemi dislocati a livello globale.

L’investimento dell’IIoT

Lo sviluppo e la distribuzione dei sistemi che andranno a comporre l’IIoT rappresentano un enorme investimento per i prossimi decenni. L’unico modo per far fronte alle esigenze attuali e future non è certo quello di basarsi su opinabili previsioni basate sul presente stato dell’arte, ma sviluppare reti di sistemi sufficientemente flessibili da potersi sia evolvere che adattare, e la strada maestra è quella di un approccio basato su una piattaforma. Una singola architettura hardware flessibile, distribuita su più applicazioni, elimina gran parte della complessità trasformando ogni nuovo problema essenzialmente in una sfida software. Lo stesso principio deve essere applicato ai tool software per creare una piattaforma hardware-software potente, in grado di dar vita a una soluzione unificata. Un approccio efficace plattform-based non si focalizza sull’hardware o sul software, ma piuttosto sull’innovazione all’interno dell’applicazione stessa. Oggi sono disponibili piattaforme per sviluppare l’IIoT, e la scelta dei progettisti deve privilegiare quelle basate su un sistema operativo IT-friendly, che possano essere implementate in sicurezza e configurate in modo tale da poter autenticare gli utenti garantendo loro le necessarie autorizzazioni per mantenere l’integrità del sistema e massimizzarne la disponibilità. Questo obiettivo può essere raggiunto con un sistema operativo aperto che consente a esperti di sicurezza di tutto il mondo di collaborare e sviluppare innovazioni sulla sicurezza embedded. Queste piattaforme devono, inoltre, basarsi su tecnologie standard Ethernet e incorporare standard in evoluzione per consentire di realizzare una rete più aperta e deterministica, tale da soddisfare i requisiti di latenza, determinismo e larghezza di banda dell’IIoT, sfruttando al massimo l’interoperabilità tra sistemi industriali e IoT consumer. Non manca l’impegno di organizzazioni internazionali: l’IIC (Industrial Internet Consortium) documenta casi applicativi e garantisce l’interoperabilità, e l’IEEE ha formato il gruppo di lavoro Time Sensitive Network finalizzato a far sì che lo standard IEEE 802.1 possa soddisfare i nuovi emergenti requisiti. L’attuale impegno progettuale sull’IIoT si traduce in un’enorme opportunità tecnologica ed economica per tutti. Associazioni quali IIC, IEEE e AVnu stanno profondendo grandi energie nella definizione dell’IIoT, raccogliendo e analizzando attivamente casi di utilizzo per meglio comprendere come abilitare la maggior innovazione possibile. Ingegneri e tecnici stanno già implementando sistemi all’avanguardia per l’IIoT, ma la strada è ancora lunga e molto deve essere ancora fatto. Come conclusione: per entrare a far parte della “IIoT generation” ci si concentri su un approccio plattform-based, entrando a far parte di questi gruppi e associazione per partecipare a definire il futuro e stimolare le imprese a concentrarsi sull’innovazione, non semplicemente sull’integrazione.

 

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