L'IIot e la Fabbrica Connessa

<<Engineering>> Internet è diventata una parte essenziale della nostra vita e sta rapidamente diventando parte integrante di una produzione competitiva.

L'Internet of Things (IoT) è nato da un desiderio dei consumatori di collegare tutti i nostri dispositivi intelligenti - nella produzione, questo significa collegare le macchine e l'automazione attraverso una struttura a un'unica piattaforma o infrastruttura digitale. Noi lo chiamiamo Industrial Internet of Things (IIoT).

L'approccio storico alla produzione è un modello "run-to-fail", in quanto i guasti meccanici sono stati impossibili da prevedere con precisione fino a quando qualcosa sta già cominciando a rompersi. L'hardware e il software informatico dei sensori moderni possono consentire ai produttori di analizzare i dati acquisiti dalle macchine per rilevare i guasti meccanici in prossimità. Questi dati possono essere memorizzati online in banche dati digitali, come il Cloud.

Macchine, automazione e altre risorse in tutta la fabbrica possono essere collegate a una piattaforma IIoT per massimizzare la scala e l'intelligenza digitale.

Per la gestibilità, gli operatori degli impianti, gli ingegneri e i manager di processo e di strumentazione possono monitorare i dati in ingresso attraverso HMI (interfacce uomo-macchina) a livello di fabbrica, computer in loco e persino dispositivi mobili come smartphone e tablet. Conosciuti come dispositivi di bordo, questi possono aiutare i tecnici sul campo e il personale addetto alla manutenzione eliminando la necessità di ispezioni diagnostiche di routine, riducendo così i costi, la manodopera e i tempi di intervento.

La manutenzione predittiva è solo una possibilità con le fabbriche collegate IIoT. Le intuizioni trovate attraverso l'analisi possono anche portare alla scoperta di problemi che in precedenza sono scivolati sotto il radar.

"Ora possiamo monitorare più cose di quante non potessimo fare in passato in funzione dell'infrastruttura che proviene da Internet e dal Wi-Fi, ma il cambiamento più grande è stato il costo", ha dichiarato Wade Wessels, leader del settore del rilevamento e dell'internet degli oggetti, dei sistemi e delle applicazioni di Honeywell.

Wessels sottolinea che il calo dei costi della tecnologia dei sensori e l'aumento della potenza di calcolo ha ampliato quanto e quali tipi di informazioni i produttori possono raccogliere dalle macchine.

"Con le cose che si connettono al cloud e i dati sempre più economici, possiamo scalare in un modo che non abbiamo mai visto prima", ha aggiunto Wessels. "Non solo posso avere un sistema collegato attraverso una fabbrica, ma anche tra le fabbriche".

L'INDUSTRIAL INTERNET OF THINGS E LA FABBRICA CONNESSA
L'ARC Advisory Group definisce l'IIoT nel loro white paper, "Process Automation and the IoT: Yokogawa's VigilantPlant Approach to the Connected Industrial Enterprise", come composto da quattro parti chiave:

1. Asset intelligenti
2. Un'infrastruttura di comunicazione dati
3. Analisi e applicazioni per generare informazioni da dati grezzi
4. Persone

Per "asset intelligenti" si intendono sensori, controllori, software applicativi e componenti di sicurezza in grado di incorporare intelligenza, capacità di autodiagnosi, connettività e supporto per l'analisi.

Le risorse intelligenti e i dispositivi periferici inviano le informazioni direttamente alle infrastrutture di comunicazione dati come il cloud, dove vengono trasformate in informazioni attuabili sull'efficacia complessiva delle apparecchiature (OEE), ad esempio.

Queste informazioni applicabili possono essere utilizzate per la manutenzione predittiva, l'analisi comparativa e l'ottimizzazione dei processi.

I dati raccolti nel tempo possono essere combinati per trovare modelli che indicano maggiori errori o limitazioni di processo. Questi modelli possono anche essere utilizzati per analizzare come un operatore umano o robot esegue un compito.

"Puoi riportare le informazioni nei robot per cambiare ciò che sta facendo, o cambiare il modo in cui qualcuno gestisce una determinata macchina - forse stai sovraccaricando una macchina e non te ne stai rendendo conto, ma puoi ottenere le informazioni in feedback", ha dichiarato Wessels.

Inoltre, i dipendenti possono padroneggiare le interfacce della piattaforma IIoT senza una maggiore conoscenza tecnica o una formazione approfondita. Questo è un vantaggio significativo per gli attuali lavoratori qualificati ad oggi in fase di contrazione, dato che molti degli esperti della generazione precedente stanno andando in pensione.

Le piattaforme ideali di IIoT comprendono strumenti che consentono agli ingegneri di esplorare visivamente i dati e ridurre la necessità di comprendere algoritmi o programmi complessi quando si cerca di risolvere problemi. Ciò riduce il ricorso alle competenze informatiche.

Le informazioni possono quindi essere istituzionalizzate, mantenendo la conoscenza critica all'interno della forza lavoro nonostante il cambiamento di volti, competenze e livelli di esperienza. Questo potrebbe anche includere utili suggerimenti e trucchi di esperti esterni.

Con l'IIoT, i dati possono essere inviati agli esperti, indipendentemente dalla loro posizione - se una macchina si rompe in "Factory A", un tecnico esperto in "Factory B" può aiutare coloro che in "Factory A" risolveranno il problema. Le informazioni possono essere inviate anche a fornitori o aziende partner responsabili della manutenzione delle macchine.

Tuttavia, ogni stabilimento e impianto è unico nel suo genere per quanto riguarda i requisiti applicativi. Ciò significa che le architetture di piattaforma IIoT possono variare in modo significativo tra strutture con processi diversi.

"È a proposito di ciò che si vuole misurare e ciò che si vuole vedere", ha spiegato Wessels. "Con intelligenza, scala e costi, è possibile riunire più informazioni per prendere decisioni. Ad esempio, quanto sia pulita l'aria in una fabbrica che produce silicio è direttamente correlata alla temperatura e all'umidità, che è direttamente correlata alla loro resa. Oggi non è ridicolo installare sensori in fabbrica che controllano il contenuto di particolato, l'umidità, la temperatura, la pressione barometrica, ecc. e si possono alimentare queste informazioni direttamente in un sistema di controllo dell'ambiente. Questo sistema farà in modo che l'aria di fabbrica sia sempre pulita, alla giusta umidità, temperatura e pressione in modo da ottenere il massimo rendimento dalla vostra linea di produzione".

LAVORARE CON L'IIOT
Sappiamo che l'IIoT è progettato per raccogliere informazioni ed essere facile da interagire, ma come cambia l'esperienza dell'ingegnere o del tecnico in officina?

I sensori diventeranno comuni, ma la chiave per padroneggiare la tecnologia non sta nella raccolta di dati propriamente detta, ma piuttosto nel modo in cui un produttore trae intuizioni da tali dati.

Jeff Rizzie, senior manager dello sviluppo aziendale di Sandvik Coromant, sottolinea questo punto di vista quando si avvicina all'IIoT dal punto di vista delle applicazioni di lavorazione.
"Oggi si potrebbe voler prendere i dati da qualcosa di semplice come se la porta della macchina è aperta o chiusa, se il mandrino è acceso o spento, quale RPM è in esecuzione, i cavalli di potenza del mandrino o la temperatura dei cuscinetti", ha spiegato Rizzie. "Stiamo anche iniziando ad aggiungere sensori negli strumenti. Vi offre la possibilità di prendere decisioni su questioni che gli operatori non avrebbero individuato abbastanza rapidamente o non avrebbero saputo cosa fare".

La raccolta dei dati di base di diverse marche di macchine CNC è stata standardizzata universalmente attraverso piattaforme come MT Connect, spiega Rizzie. Per informazioni più dettagliate, Rizzie ha sottolineato il collegamento al PLC della macchina:

"Se si vuole veramente fare un controllo adattativo, è necessario collegare il PLC della macchina per accedere ai dati di livello superiore, molto più velocemente. Pensate ai dati provenienti dalla macchina utensile in tre diversi livelli. È possibile disporre di un flusso di dati a caldo per agire immediatamente. Un flusso di dati ‘tiepido' non è così critico in tempo reale e viene invece utilizzato per l'analisi storica. Un flusso freddo di dati può essere prelevato da più macchine o dispositivi e spostato nel Cloud e non è critico in tempo reale, quindi può essere salvato per l'analisi a livello aziendale".

Tuttavia, non tutti i membri dello stabilimento avranno bisogno delle stesse informazioni. Ad esempio, ciò che l'operatore della macchina dovrà sapere rispetto a ciò che il responsabile delle operazioni dovrà sapere non sarà sempre lo stesso.

Gli operatori delle macchine più spesso vorranno sapere perché una macchina si comporta male o smette di funzionare, ad esempio se una macchina sovrascrive un comando a causa di un sovraccarico o di un'altra anomalia o se necessita di riparazioni. Se una macchina è soggetta a tempi di inattività significativi a causa di riparazioni, un operatore può determinare le tendenze attraverso un portale operatore nell'HMI o un dispositivo mobile collegato, ad esempio.

"Con un portale per l'operatore, è possibile categorizzare i tempi di inattività per determinare quando un problema non è un problema dell'operatore ", ha dichiarato Rizzie. "Questo può aiutarvi a segnalare maggiori problemi quando parlate con un responsabile dell'impianto".

SICUREZZA PER FABBRICHE COLLEGATE IIOT
Nonostante le storie orrifiche e i possibili peggiori scenari, l'IIoT, le vulnerabilità che crea e la sicurezza necessaria per proteggersi adeguatamente devono essere mantenute in prospettiva.

Rizzie avverte i produttori di non essere spaventati dalle storie degli hacker e di non lasciare che le preoccupazioni legittime si trasformino in paranoia.

"Penso che quello che succede è che ci si sta legando alla cibersicurezza", ha spiegato Rizzie.

"È possibile che qualcuno possa influenzare il funzionamento delle vostre macchine o rubare i dati dalla vostra macchina e apprendere come state facendo un pezzo? Sì, ma chiedetevi quanto è un problema realistico per voi? La sicurezza informatica è estremamente importante, ma non dobbiamo permettere che questo ci impedisca di fare i primi passi per fare un'analisi basata sulle OEE, in cui non si deve uscire dalla propria rete e andare avanti".

Sia che la rete sia isolata in una singola fabbrica o distribuita su più strutture, ci sono alcune precauzioni di sicurezza di base che un produttore di qualsiasi dimensione può adottare per garantire che il sistema non venga infiltrato o infettato.

I produttori devono essere cauti sul luogo da cui scaricano software e su come vengono trasmesse le informazioni. Queste precauzioni dovrebbero estendersi anche ai fornitori e ad altri partner per garantire che non diventino accidentalmente un "cavallo di Troia" attraverso una chiavetta USB infetta, per esempio.

Si consiglia di lavorare a stretto contatto con i vostri partner per garantire che le precauzioni di sicurezza di tutti siano in forma perfetta e che tutti i dispositivi che si muovono tra le strutture siano puliti da file o software sospetti.

Prendete alcuni processi di base e scrivete alcune regole da mettere in atto per fornitori e dipendenti, come un elenco di dispositivi consentiti nella struttura o il software di sicurezza richiesto installato su tutti i dispositivi, mantenendo le chiavette USB pulite e persino mettendo livelli aggiuntivi di monitoraggio nel loro impianto. In questo modo, se qualcosa va storto, si viene immediatamente avvisati.

Articolo tradotto da:
Engineering

Topic:
Internet of ThingsManufacturingIndustry 4.0

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