OMI, Optimization of Machine Integration

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Tre grandi organizzazioni di riferimento per le applicazioni industriali dei sistemi di automazione, hanno riunito le loro forze per proporre un nuovo approccio strategico per meglio affrontare le sfide della comunicazione negli ambienti di produzione.

Sono oramai molte le organizzazioni internazionali che supportano determinate tecnologie non solo promuovendone l’utilizzo ma anche assistendo costruttori e utenti, mettendo a disposizione tool, training e servizi, tra cui, molto importanti, quelli di verifica di conformità con le specifiche degli standard gestiti dalle stesse organizzazioni. In genere queste entità di riferimento nascono dall’aggregazione iniziale di un primo gruppo limitato di aziende che vedono in quella certa tecnologia un veicolo di innovazione e sviluppo, per poi ampliarsi in modo trasversale acquisendo tra i membri aziende che per loro finalità fanno poi parte di altre organizzazioni focalizzate su specifiche soluzioni per il mondo dell’industria. Nel tempo si è così venuto a formare un panorama molto articolato di consorzi e associazioni che hanno come propria mission la partecipazione di membri che condividono risorse per il raggiungimento di un obiettivo comune. Per esempio,la ODVA, Open DeviceNet Vendors Association, gestisce lo sviluppo di tecnologie di rete basate su Common Industrial Protocol (CIP), DeviceNet, EtherNet/IP, CompoNet e ControlNet. Altro esempio,la OPC(Object Linking and Embedding for Process Control) Foundation, nata nel 1994, che si propone come consorzio per la creazione e il mantenimento di standard per una connettività aperta di dispositivi e sistemi di automazione industriale: partendo dalla tecnologia OLE, a suo tempo sviluppata da Microsoft, nel 1996 è stato rilasiato lo standard OLE for Process Control, da cui la denominazione “OPC” della fondazione. Un’ultima esemplificazione riguarda SERCOS International, organizzazione no-profit con sede in Germania, creata per promuove l’uso del SERCOS Automation Bus per comunicazioni digitali tra motion controller, drive, I/O, sensori e attuatori, con branch negli Usa, in Cina e Giappone. La citazione di queste tre entità non è semplicemente esemplificativa, avendo le stesse dato vita, alla fine dello scorso anno, a una nuova iniziativa congiunta denominata OMI, Optimization of Machine Integration, finalizzata a migliorare la comunicazione tra le macchine e tra macchine e sistemi di supervisione. In pratica, le tre organizzazioni avrebbero individuato degli elementi sinergici tali da poter strutturare un nuovo modo per affrontare le problematiche derivanti dalla diversità delle tecnologie di automazione, diversità che oggi richiede un nuovo approccio concettuale per semplificare l’integrazione delle macchine in produzione. E quale sarebbe questo approccio? Sinteticamente, favorire l’interoperabilità e la standardizzazione dell’integrazione delle informazioni in qualsiasi ambito legato ai macchinari, con conversione dei dati in informazioni come base per una maggiore dinamicità nei processi decisionali, per massimizzare la produttività e perfezionare le procedure di manutenzione preventiva. La partnership tra OPC Foundation, ODVA e SERCOS International si fonda sul riutilizzo di specifiche e di tecnologie esistenti, quelle cioè supportate dai tre consorzi, per arrivare a una rapida implementazione dell’obiettivo OMI, con i primi risultati attesi per il 2013.

Le basi dell’approccio OMI

Il concetto base è la strutturazione di un ecosistema industriale in tre domini, indicati nella denominazione originale inglese come Production, Enterprise, e Power Grid, con associazione di aspetti produttivi, business e di gestione energetica. Questa vision parte dal valore delle comunicazioni nel controllo delle macchine per i processi di produzione, evidenziando nel contempo la possibilità d’uso delle informazioni provenienti dalle macchine, per esempio metriche di consumo e fattori di sicurezza, come risorse condivisibili e spendibili nei diversi domini. Altro elemento, quello dell’integrazione: agli utenti mancano per ora tool standard e linee guida per semplificare l’integrazione delle macchine in modo olistico, guardando cioè il sistema nel suo insieme secondo il principi per cui la sommatoria funzionale delle parti è sempre maggiore e/o differente della somma delle prestazioni delle parti prese singolarmente, e con OMI si vuole cambiare modello di riferimento arrivando alla definizione di best practices. L’integrazione delle macchine all’interno del “production domain” è il focus di OMI: l’ampia comunità di aziende che partecipano a ODVA, OPC Foundation e Sercos International, è proprio quella che fornisce soluzioni di comunicazione per questo dominio e può, con uno sforzo collettivo, fornire una tecnologia che non solo possa tener conto sul lungo termine delle esigenze di integrazione anche con gli altri domini dell’ecosistema industriale, ma che sia scalabile da piccole a complesse attività manifatturiere, sicura per accessi remoti e supervisione, comprensiva di reti eterogenee e standard, e aperta in virtù della sua base multivendor.

La vision OMI parte dal valore delle comunicazioni nel controllo delle macchine per i processi di produzione.

Problematiche e proposte

Partendo da un layering della comunicazione in termini di machine-to-machine, machine-to-supervisory, connectivity, ne viene creato un aggangio con principali sfide che oggi le aziende devono affrontare. La prima è la proliferazione di reti di automazione, basate su protocolli sia standard che proprietari, che non condividono modelli di integrazione unificati e che non sono interoperabili a tutti i sette livelli del modello OSI, Open System Interconnection. Poi da considerare che la vita utile degli asset è lunga, da cui installazioni legacy, che cioè continuano a essere usate in quanto l’utente non ravvisa gli estremi economici per una sostituzione, senza dimenticare eventuali difficoltà per nuovi cablaggi, e questo, oltre a complicare una futura integrazione, porta a far perdere un’opportunità di innovazione. Altra problematica, il fatto che i costruttori di macchine sono motivati a fornire macchine di pregio che si differenziano da quelle dei competitor in prezzo e performance relativamente al cosiddetto asset turnover (rapporto tra fatturato e valore degli asset o, se si vuole, tra fatturato generato per ogni euro di valore di un asset), e non per capacità complessiva degli apparati di produrre il risultato desiderato. Perla Machine-to-Machine Communication, definita come “foundation” di OMI, lo stabilirsi di standard potrà aiutare a minimizzare tempi e costi di integrazione oltre a ridurre la necessità di software custom e di hardware speciale per integrare macchine di vendor diversi. Con la condivisione di un modello di integrazione unificato per le funzioni chiave necessarie a una macchina per interoperare con un’altra, compresi comandi, configurazione e controllo, unitamente a un modello comune per comunicare gli attributi chiave di una macchina, si permetterà ai costruttori e agli utenti delle aziende manifatturiere di individuare macchine da vendor multipli e anche di creare cicli in modo più semplice e meno costoso. La comunicazione tra macchine e sistemi di supervisione viene invece definita come “acceleratore” dell’approccio OMI. Facendo leva sui sistemi SCADA e sui Manufacturing Execution Systems (MES), le aziende possono consolidare e scambiate le informazioni macchina attraverso tutto il sistema per raccogliere dati di produzione, supportare nella gestione degli asset e gestire diagnostica e allarmi. Un attento monitoraggio delle macchine aiuta a ridurre i tempi di fermo promuovendo un uso efficiente e moltiplicando i benefici dell’integrazione tra macchine automatizzando azioni che potenziano la “effectiveness” delle attrezzature nel loro insieme. OMI permette all’automazione esistente di incorporare le funzionalità necessarie per realizzare una nuova efficienza nell’uso delle macchine, proteggendo in tal modo gli investimenti in tecnologia dell’utente. Infinela Communication Connectivity, definita come “abilitatore” per OMI. I macchinari in un ecosistema industriale sono caratterizzati da multiple reti eterogenee connesse a multipli domini fisici allocati sia all’interno che all’esterno dell’azienda. Facendo leva su standard comuni per media fisici, infrastrutture di rete e accessi remoti sicuri, si afferma che sia i costruttori che gli utenti di macchine potranno significativamente ridurre costi e complessità dell’integrazione tra macchine, migliorandone manutenzione e sicurezza. Infine, dato che l’affidabilità è essenziale, l’approccio OMI definirà anche come dovranno essere gestite le comunicazioni quando gli apparati e sistemi non sono per qualche motivo disponibili.

L’approccio tecnico

Come approccio tecnico, le tre organizzazione che sostengono OMI indicano alcuni punti fermi caratterizzanti. Il primo è il “performance-enhancing”, quindi un accrescimento delle prestazioni per salvaguardare le attività operative e manutentive garantendo nel contempo miglioramenti in efficacia per tutte le macchine e i sistemi. Il secondo è un aumento dell’attuale investimento in termini di know-how sia sulle macchine che sulle tecnologie di rete. Infine, come terzo, una precisa priorità degli impegni, abilitando per prime le comunicazioni tra macchine e la connettività, poi, fatto questo, supportare le comunicazioni tra macchine e sistemi di supervisione, e in ultimo schematizzare una piattaforma completa per l’integrazione delle macchine con il dominio industriale tramite i sistemi MES. Il nucleo centrale di questo approccio è il modello unificato di integrazione per quello che viene definito “OMI-enabled machinery asset”, da intendersi come macchina collegata in rete che è in grado di produrre o consumare dati per impiego nelle task machine-to-machine nell’ambito di un processo, oppure nello scambio esterno d’informazioni con sistemi di supervisione. Le tecnologie abilitanti per questa “foundation” sono così precisamente indicate: Common Industrial Protocol (CIP) e la famiglia di reti CIP, per esempio EtherNet/IP; il protocollo Sercos e la famiglia di reti Sercos, per esempio Sercos III;la UnifiedArchitectureOPC. Questo modello di integrazione permette l’adattamento e la trasportabilità delle informationi da macchina a macchina e da macchina verso altri sistemi critici utilizzati nel manifatturiero. La macchina può supportare i servizi necessari per commando, controllo e configurazione tra macchine, mettere a disposizione dati di produzione per SCADA e MES, e abilitare accessi remoti sicuri, che a loro volta sono di supporto a un approccio scalabile per manutenzione e servizi, permettendo a tecnici o a esperti esterni, di collegarsi e comunicare in tempo reale con gli asset. Tra l’altro, un accesso remoto sicuro agli asset è l’elemento chiave per un design fortemente orientato alla sicurezza, abilitato da trasferimenti dati, modelli di infrastruttura di rete e best practices, tutti messi a disposizione, viene sottolineato dai promotori di OMI, proprio da ODVA, OPC Foundation e Sercos International.

Macchina condivisa

L’approccio OMI permetterà agli operatori del comparto industriale di utilizzare una macchina come risorsa condivisa in ogni singolo dominio ma anche tra i diversi domini dell’ecosistema industriale. L’obiettivo primo di OMI si realizza quando una macchina viene integrata con un’altra in modo più semplice, veloce ed economico. Alla fine, OMI permetterà un approccio ottimizzato alla messa in servizio e all’integrazione che porterà a una condivisione dinamica delle informazioni lungo tutta l’azienda, migliorando l’efficacia di tutto il parco macchine. Tali informazioni potranno essere poi aggregate variamente a seconda delle specifiche esigenze, e assimilate a vari livelli di gestione. Come risultato queste informazioni macchina si prestano a essere consumate e manipolate da sistemi quali PAC (Programmable Automation Controller) e SCADA, con la possibilità di dar seguito a immediate decisioni operative sulla base delle regole di quel dato specifico processo.

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