Fabbrica 5G per Industrie 4.0: peculiarità e vantaggi

di Mark Olding

La popolarità della digitalizzazione negli impianti industriali può essere fatta risalire all’introduzione di Industrie 4.0 nel 2011 da parte dei ricercatori tedeschi. Sebbene concetti come lean manufacturing, kanbans e Six Sigma avessero portato all’ottimizzazione dei processi industriali, esistevano delle scappatoie con l’automazione delle operazioni e l’acquisizione accurata dei dati della linea di produzione. La nascita di Industrie 4.0, lo stabilimento digitalizzato e il 5G dovrebbero coprire queste scappatoie.

Le reti 5G e lo stabilimento digitalizzato

La fabbrica è digitalizzata quando viene utilizzata la tecnologia digitale per far funzionare l’impianto. La tecnologia digitale si riferisce a strumenti di digitalizzazione che includono l’hardware di acquisizione dei dati, il software analitico, le piattaforme di archiviazione dei dati e l’infrastruttura di trasferimento dei dati. Gli strumenti digitali sono applicati nell’automazione dei processi industriali e nell’ottimizzazione dei processi manuali, ma nel contesto di Industrie 4.0.

Interoperabilità

C’è un importante concetto di Industrie 4.0 che viene applicato all’interno di uno stabilimento digitalizzato. Questo concetto è l’interoperabilità. L’interoperabilità migliora quando le comunicazioni macchina-macchina sono possibili e il trasferimento dei dati avviene senza soluzione di continuità. Per ottenere l’interoperabilità e la comunicazione quasi in tempo reale è necessaria una rete stabile che sia in gran parte immune da forze di disturbo esterne, garantendo al contempo una bassa latenza.

Connessioni cablate

Nello stabilimento digitale di oggi, le reti stabili necessarie per garantire l’interoperabilità sono generalmente fornite da connessioni cablate a causa delle limitazioni delle reti 4G per applicazioni industriali. D’altra parte, le connessioni cablate presentano molteplici limitazioni dovute alla natura del modo in cui offrono i loro servizi. Per linee di produzione digitali su larga scala, il cablaggio dell’intera struttura è generalmente un’iniziativa costosa e lascia poco spazio per futuri aggiornamenti e attività di ristrutturazione. Il cablaggio o l’installazione di cavi aggiuntivi ogni volta che nuove apparecchiature o sistemi vengono integrati in una struttura esistente è un compito costoso e macchinoso che la tecnologia wireless cerca di eliminare. Per garantire che gli impianti industriali possano sfruttare i vantaggi di una rete wireless stabile senza spendere grandi somme per l’interconnettività, è stata sviluppata una rete 5G.

Progettazione e infrastruttura

A differenza dei suoi predecessori, progettati per applicazioni mobili, la rete 5G è stata progettata per l’ambiente e le applicazioni industriali. L’infrastruttura di rete 5G si basa su scatole che la rendono facilmente estensibile in aree remote. Le reti 4G che si affidano invece a piloni centralizzati per la connettività. Le sue reti forniscono anche il trasferimento dati affidabile, a bassa latenza e ad alta larghezza di banda, su cui ci si aspetta che gli stabilimenti industriali si affidino. Questo per ottenere l’automazione in tempo reale e per applicare altre strategie Industrie 4.0.

Cos’è lo stabilimento 5G?

Lo stabilimento 5G si riferisce ad un impianto industriale fortemente supportato dalle reti 5G. Con la connettività 5G, lo stabilimento ottiene un mezzo stabile per il trasferimento dei dati e per garantire le comunicazioni macchina-macchina, macchina-dispositivo e equipaggiamento-cloud. Ci si aspetta che le reti siano molto più veloci sia delle reti 4G che di quelle cablate, pur garantendo un ritardo zero durante il trasferimento dei dati. Lo stabilimento 5G dovrebbe essere un aspetto fondamentale di Industrie 4.0 e dello stabilimento digitalizzato. Fornisce anche le basi per lo sviluppo di progetti di IoT su larga scala, l’integrazione dell’intelligenza artificiale all’interno della linea di produzione e l’uso di sistemi robotizzati e altri processi automatizzati negli impianti industriali. Si prevede inoltre che la connettività 5G sia più conveniente rispetto al costo di funzionamento con reti 4G e cablate.

Cosa significa lo stabilimento 5G per Industrie 4.0

Lo stabilimento 5G o lo stabilimento digitalizzato è una struttura dotata degli strumenti necessari per l’acquisizione dei dati sulla linea di produzione e l’implementazione dei modelli di business di Industrie 4.0. Fornisce un potenziale diversificato per migliorare la produttività e aumentare la sicurezza nella linea di produzione. Alcune delle sue potenzialità più importanti correlate ai concetti di Industrie 4.0 includono:

  1. Controllo remoto delle macchine– Tradizionalmente, i sistemi automatizzati all’interno dello stabilimento si affidano ai controllori logici programmabili (PLC) per ricevere le informazioni necessarie al controllo delle apparecchiature di stabilimento. I PLC utilizzati da queste apparecchiature sono sempre stati fisicamente installati e poi collegati alle connessioni di rete mediante cavi cablati. Il processo era costoso e macchinoso per la maggior parte degli impianti industriali. Le reti 5G forniscono un percorso per il controllo digitale dei sistemi automatizzati da una piattaforma cloud industriale centralizzata che elimina i costi associati alle connessioni cablate. Il controllo cloud delle macchine significa che le apparecchiature della linea di produzione possono essere controllate a distanza o automatizzate da qualsiasi postazione, il che è un importante principio di Industrie 4.0.
  2. Implementazione su larga scala dell’edge computing – Il calcolo decentralizzato e a bassa latenza che i dispositivi edge portano in tavola dovrebbe ridurre le difficoltà nell’implementazione dei modelli di business di Industrie 4.0. In uno stabilimento smart ci si aspetta che i dispositivi edge comunichino anche con più asset nella linea di produzione e nel cloud. Per raggiungere questo obiettivo, è necessaria una rete wireless stabile per collegare le centinaia di dispositivi edge, dispositivi IoT e dispositivi intelligenti distribuiti all’interno di uno stabilimento digitalizzato. La connettività 5G supporta l’implementazione di dispositivi IoT e edge su larga scala, così come il processo di comunicazione che assicura che queste implementazioni funzionino come previsto. La connettività wireless 5G migliora la connettività e la velocità di trasferimento dati delle applicazioni edge. Al contempo, riduce i costi associati alla connessione di centinaia di risorse distribuite all’interno della linea di produzione.
  3. Supporto per l’implementazione della tecnologia digitale negli stabilimenti – Le tecnologie di acquisizione dei dati non sono gli unici strumenti su cui si basano le iniziative di Industrie 4.0 per ottenere una struttura completamente automatizzata. Concetti come l’intelligenza artificiale (AI) e l’applicazione della realtà aumentata – per migliorare la sicurezza e il processo decisionale di robot o sistemi automatizzati all’interno della linea di produzione – sono aspetti importanti di Industrie 4.0. La capacità dei sistemi di intelligenza artificiale di analizzare i dati e di comunicare istruzioni ad altre risorse si basa su una connettività stabile e in tempo reale. Le reti 5G forniscono quella stabilità e velocità che i sistemi AI e le soluzioni di realtà aumentata richiedono per funzionare con precisione. L’applicazione della tecnologia digital twin e la modellazione di simulazione che richiede flussi di dati in tempo reale da dispositivi edge o dispositivi IoT sfrutterà anche la velocità che il 5G offre per garantire l’accuratezza delle informazioni che i digital twin e i modelli di simulazione forniscono.

Conclusione

Lo stabilimento 5G fornisce un ambiente industriale digitale che supporta anche le più complesse iniziative Industrie 4.0 grazie alla velocità e all’affidabilità della connettività tra reti interconnesse e impianti di produzione.

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