Reti come ‘commody’ – versione integrale

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Le reti industriali, con la loro capacità di veicolare una notevole mole di informazioni attuando la convergenza IT-OT, sono alla base della transizione gemella, digitale e green. Sebbene la loro presenza sia a volte ‘scontata’, la loro evoluzione non si arresta, per consentire servizi e soluzioni sempre più innovative

Nel panorama complesso delle reti di comunicazione industriali si è spesso posta l’attenzione su alcune caratteristiche fondamentali quali la velocità di trasmissione, l’apertura o la sicurezza. Lo sviluppo iniziale delle reti proprietarie è stato mano integrato o in gran parte sostituito da soluzioni basate sugli standard. Oggi qualsiasi genere di sensore, device intelligente locale o remoto, può essere interconnesso a una rete in modo piuttosto semplice, e lo si può reperire facilmente sul mercato. Spesso alcuni tipi di componenti di rete di produttori diversi sono anche intercambiabili tra loro grazie all’uso degli standard, che li rendono delle vere e proprie commodity. Contemporaneamente l’innovazione digitale ha favorito la crescita delle performance di comunicazione: maggiore stabilità e affidabilità, più sicurezza contro gli attacchi informatici, fino alla predeterminazione degli stati della rete in base ad algoritmi sempre più spesso regolati da intelligenza artificiale. Queste evoluzioni rispondono a precise esigenze dei clienti, sempre più attenti all’aumento dell’efficienza e della flessibilità. Come poter affrontare la gestione e la progettazione delle reti tenendo conto di ogni aspetto, da un lato la standardizzazione e dell’altro l’innovazione, considerandone criticità e priorità? Lo abbiamo chiesto ad alcune importanti aziende del settore.

Oscar Milanese – Comitato tecnico Automazione Oggi, Fieldbus&Networks e Soluzioni Software per l’Industria

Il ruolo delle reti di comunicazione nella trasformazione digitale e green è considerato da molti quello di una vera ‘commodity’, con tecnologia standardizzata di semplice realizzazione e grande reperibilità, altri invece le attribuiscono una crescente importanza strategica e una connotazione più ‘attiva’, specie in determinati contesti applicativi. Qual è il suo punto di vista?

Alberto Griffini, business developer di Clpa (CC-Link Partner Association – www.cc-link.org/en): “Come scrisse George Orwell in ‘La fattoria degli animali’, tutte le Ethernet industriali sono uguali, ma alcune sono ‘più uguali delle altre’. Con questo si intende che, sebbene esista una tecnologia di base condivisa da tutti, in aggiunta a questa vi è ancora spazio per l’innovazione e il vantaggio competitivo. A questo proposito possiamo fare due esempi. Il primo è la larghezza di banda Gigabit. Nonostante la crescita esponenziale dei dati causata dalla digitalizzazione, molte tecnologie Ethernet industriali sono ancora bloccate a 100 Mbit. Ciò non fornisce una buona base per la crescita futura. Il secondo il TSN-Time-Sensitive Networking: è una tecnologia che ha già dimostrato di offrire vantaggi significativi, come reti convergenti e determinismo; tuttavia, ancora oggi molti produttori si stanno adeguando a questo lentamente”.

Cristian Sartori, presidente di Consorzio PI Italia (https://it.profibus.com): “La trasformazione digitale green ha un punto focale, che è la rete di comunicazione. Le reti di comunicazione non creano un valore fine a se stesso, ma costituiscono il pilastro per creare il contesto più adatto ad apportare ai sistemi superiori una base di conoscenza, di semantica, trasformabile in valore in funzione delle esigenze del costruttore di macchine e dell’utilizzatore finale. Un esempio pratico: la trasformazione green ha un’importanza strategica poiché raccoglie i dati dei consumi delle macchine, li trasporta all’interno di un’analisi dei dati a livello più elevato, coinvolgendo l’intero stabilimento produttivo. Applicando un’analisi organizzata dell’intero sistema si riesce a fare saving energetico con un senso. Il concetto di ‘reti’ non rimanda solo al trasporto (commodity vera e propria), ma a un’operazione successiva, ovvero alla comprensione del dato stesso. Il ruolo del Consorzio PI International, inizialmente, è certamente stato quello di creare reti di trasporto, ma poi ha contribuito a creare, supportare e gestire standard e tecnologie volte alla comprensione del dato stesso”.

Luca Cavagnari, country manager Iabg Italy di Delta Electronics (www. delta-emea.com): “La digitalizzazione è un mezzo come tanti altri per raggiugere una maggiore capacità di efficienza energetica e di sostenibilità. Oggi sono numerose le iniziative che le grandi corporate private, e non solo, adottano in termini di ESG. Il mezzo fisico è solo uno strumento che, oggi, grazie alla larga diffusione, ha raggiuto costi che possono essere molto più accessibili rispetto al passato. Inoltre, possono aiutare le aziende nell’implementazione, senza un aggravio eccessivo di spesa nel breve periodo, fornendo poi nel medio e lungo un vantaggio competitivo. La digitalizzazione usa da una parte mezzi fisici che ormai sono una commodity, mentre la parte di protocollo e software, oggi fondamentale, lascia largo spazio allo sviluppo, con progressi esponenziali. A mio avviso potranno diventare una commodity, ovvero alla portata di tutti, solo se si lavora in sinergia, focalizzati su obiettivi comuni”.

Chiara Rovetta, communication manager di Omron Italia (https://omron. it/it/home): “Dal nostro punto di vista la rete è diventata uno degli asset fondamentali a supporto delle nostre soluzioni, soprattutto alla luce dei più recenti standard tecnologici. La tecnologia dei robot mobili di Omron, per esempio, è sempre stata gestita su una rete locale in una struttura dove tutto deve essere in wi-fi e tutte le assegnazioni di lavoro devono essere effettuate tramite una rete wi-fi. Tuttavia, lo spazio su cui è possibile distribuire gli AMR sarà ancora più ampio con una rete 5G. I vantaggi a beneficio degli AMR dettati dal 5G sono infatti molteplici: il primo è senza dubbio il miglior posizionamento dei robot, che possono essere distribuiti in uno spazio più ampio senza dover prestare estrema attenzione a dove si trova il punto di interruzione. La rimappatura, inoltre, può avvenire in tempo reale, utilizzando le reti private 5G per localizzare ogni singolo robot nella struttura e gestire in modo sicuro tutti i lavori senza dover creare un layout predefinito. Infine, la sicurezza viene ottimizzata: è possibile utilizzare la funzione di autenticazione sulla rete 5G per assicurarsi che l’assegnazione del lavoro venga presentata dalla fonte giusta e che si stia raggiungendo il robot giusto. In definitiva, il 5G conduce a una maggiore affidabilità della rete al netto di una minore latenza”.

Le sfide del futuro

L’offerta di reti e di servizi è sempre più articolata e richiede nuove competenze: 5G, servizi as-a-Service, Application Programming Interface, cloud, Intent-Based Networking basato su AI… Contemporaneamente i flussi dei dati da gestire crescono esponenzialmente e occorre difendersi dai sempre più frequenti attacchi informatici. Come affrontare queste sfide nel futuro?

Cavagnari: “La digitalizzazione porta vantaggi innegabili e di cui oggi ognuno di noi, indipendentemente dal livello di istruzione e sociale, gode spesso senza esserne veramente consapevole. Questa situazione ovviamente porta con sé un lato vulnerabile, che richiede protezione non solo dei dati, ma anche del loro utilizzo. Queste criticità possono andare dalle frodi ai singoli cittadini, fino ad arrivare al blocco di interi data center di società la cui esistenza dipende proprio dalla loro disponibilità. Questa sarà una parte della sfida: spesso la tecnologia avanza più velocemente di quanto il tessuto sociale e lo sviluppo culturale possa accettare e assorbire, senza preventivamente implementare le contromisure di un eventuale abuso delle stesse. E questo ci deve far riflettere tutti quanti su cosa siamo chiamati ad affrontare non negli anni a venire, ma nel presente”.

Griffini: “Come detto in precedenza, la larghezza di banda Gigabit è uno strumento chiave per gestire questa crescita esponenziale dei dati. È vero che la sicurezza informatica diventa ogni giorno più importante; tuttavia, ora esiste un’ampia varietà di fornitori affidabili, che offrono una quantità di soluzioni per proteggere le reti e i loro dati. Oltre a ciò, il Cyber Resilience Act/standard IEC62443 richiederà presto al settore di proteggere i dispositivi da malintenzionati, quindi vi è una consapevolezza generale che questo tema debba essere affrontato. La questione delle competenze deve essere gestita dalle singole aziende, assicurandosi che il loro personale abbia le corrette capacità per mantenerle un passo avanti rispetto alla concorrenza. Questo è sempre stato un requisito aziendale chiave, anche prima della situazione attuale”.

Sartori: “Più digitalizzo e più sono esposto ad attacchi informatici: è un rischio che, però, si è portati ad accogliere, perché è talmente alto il valore di queste informazioni che non si può prescindere dal maneggiarle. La cybersecurity è forte in ambito IT: ora però possiamo affermare che anche in ambito OT abbiamo prodotti e processi di altissimo livello, più ‘maturi’ sotto un certo punto di vista, per alzare le barriere anche in ambito di automazione. Questo è un punto di forza del nostro protocollo Profinet, dove con la Security Class 1, 2, 3 garantiamo, in funzione delle necessità, i più alti standard di sicurezza tramite autenticazione, crittografia e protezione della cella di automazione. Come Consorzio crediamo nell’educazione alle minacce e nella possibilità di affrontarle; ‘educazione’ nel senso che è bene rendere consapevoli delle minacce esistenti, perché solo conoscendole possiamo creare sempre più consapevolezza sul rischio e, di conseguenza, creare soluzioni e strumenti moderni sempre più capaci di affrontarlo”.

La scelta dello standard

In questo quadro paradossale, dove da un lato la standardizzazione tende a rendere le reti delle commodity, mentre dall’altro l’evoluzione necessita di forte specializzazione: quali sono a suo avviso le maggiori criticità da affrontare e gli aspetti imprescindibili da considerare nella scelta dello standard da adottare?

Rovetta: “Innanzitutto, dovremo accettare che non sarà mai possibile digitalizzare ogni metro quadrato della propria fabbrica: sarebbe troppo costoso e complesso. La maggior parte delle fabbriche costruite negli ultimi 5 anni può ragionevolmente prevedere di riuscire a digitalizzare almeno l’80% del proprio flusso di lavoro, e la chiave è, appunto, nella standardizzazione. Ciò significa standardizzare il tipo di dati generati e raccolti, i metadati utilizzati per la documentazione e le modalità di scambio e comunicazione dati. Ciò dovrà avvenire attraverso standard aperti, per esempio tramite un linguaggio di modellazione comune come PackML, per non limitare la capacità di sfruttare appieno le opportunità di ottimizzazione delle prestazioni offerte dalla digitalizzazione. Inoltre, una digitalizzazione di successo richiederà anche un protocollo di comunicazione standardizzato, che consenta alle macchine di comunicare tra loro e con altri componenti dell’Industria 4.0, come OPC UA. Gli standard aperti supportano l’interoperabilità completa all’interno di una fabbrica, che non solo consente alle macchine di comunicare tra loro in termini di dati, ma anche con i sistemi IT, come ERP e MES, nonché con i sistemi di analisi dei dati in esecuzione su un cloud locale o virtuale. Ma il vero potenziale risiede nella capacità di supportare la condivisione delle informazioni e la comunicazione tra più siti e nella rete di fornitura. Con la digitalizzazione basata su standard aperti, i produttori possono confrontare più stabilimenti per ottenere ulteriori miglioramenti e duplicare i metodi di lavoro tra i siti di produzione. Possono anche utilizzare i dati dei processi dei fornitori per informare i loro programmi di produzione, indicando, per esempio, il periodo di tempo in cui verrà consegnato un particolare pezzo. Infine, la digitalizzazione con standard aperti è fondamentale anche per ricavare valore dai DPP (Digital Product Passport, i Passaporti Digitali di Prodotto)”.

Cavagnari: “Lo standard non si crea mai, ma si genera autonomamente dalla sua diffusione, la quale può essere fortemente incoraggiata, fino ad arrivare alla forzatura. Questo, indipendentemente dai reali vantaggi che lo ‘standard’ può realmente portare. È chiaro che dovrà essere poi un punto di partenza sul quale andare a costruire le varie personalizzazioni, che saranno sempre necessarie per soddisfare le singole esigenze. Tutto ciò fino a quando queste non diventeranno comuni, facendo riprendere il ciclo”.

Griffini: “I criteri chiave sono: in che modo questo standard migliorerà la mia attività e quanto è ampiamente supportato? Cercando tecnologie che supportino prestazioni all’avanguardia, come la larghezza di banda Gigabit e TSN, le aziende possono costruire macchine più capaci e affidabili con funzionalità più elevate, più velocemente e a costi inferiori. Inoltre, quando queste tecnologie hanno il supporto di centinaia di fornitori, la scelta diventa chiara”.

Sartori: “Nel mondo dell’automazione vi è una forte necessità di specializzazione. Se io standardizzo e creo un’infrastruttura salda alla base, posso risparmiare energie per concentrarmi sulla specializzazione applicata alle tecnologie: è un percorso integrato dunque. In più, non è importante tanto scegliere lo standard, quanto comprendere il valore complessivo di dotarsi dei vantaggi che la standardizzazione comporta. Il punto, quindi, è dotarsi il più possibile di standard; ciò sta alla base della filosofia con cui il Consorzio è nato. Da Profinet a IO-Link, fino alle recenti MTP e NOA, tutte queste tecnologie vanno nella stessa direzione, con un unico obiettivo: quello di creare standard che permettano di abbracciare tutti i vantaggi della standardizzazione stessa, così da poter dedicare gli sforzi migliorativi nella direzione più avanzata della specializzazione”.

Le opportunità da cogliere

Per promuovere e accelerare la trasformazione digitale e green, lo stato italiano ha predisposto nel contesto del Pnrr alcuni piani, quali Italia Digitale 2026, Piano Italia 5G e la banda larga a 1G su tutto il territorio. Quale pensa potrà essere l’impatto nel settore dove opera la sua azienda? Quali opportunità e benefici potranno manifestarsi?

Griffini: “Il Governo italiano intende favorire la transizione digitale e la connettività del Paese attraverso piani strategici per la realizzazione di infrastrutture di rete a banda larga e incentivi alle imprese, compresa la pubblica amministrazione, per sviluppare servizi e processi basati sulla digitalizzazione. Anche in ambito industriale sta avvenendo la medesima trasformazione, partita con i benefici della rete industriale ultraveloce di campo richiedono soluzioni altrettanto moderne per accedere ai sistemi esterni, come data server su cloud, o per interagire con fornitori e clienti”. Quali sono le principali soluzioni e servizi che proponete ai clienti per aiutarli ad affrontare gli investimenti, con particolare attenzione alle reti di comunicazione, e quali innovazioni state apportando?

Cavagnari: “Le nostre proposte vanno dalla BU Industrial Automation con soluzione energy saving e ad alta efficenza, fino ai sistemi 5G telecom, UPS e Power Energy Management. Da segnalare poi i nuovi sistemi per automotive con power train e sistemi EV charger, per i quali siamo già pronti alle soluzioni di nuova generazione per l’alimentazione dei truck, che rappresentano le prossime sfide da vincere”.

Rovetta: “Abbiamo unito le forze con diversi partner per promuovere il progresso delle soluzioni IoT in ambito industriale, partendo dalla nostra esperienza nell’ambito dell’automazione industriale, per poi allacciarci a nuove expertise nell’ottica di un approccio sinergico all’automazione intelligente. I nostri clienti, per esempio, sono sottoposti a pressioni per portare i prodotti sul mercato in tempi molto brevi, il che spinge la domanda di soluzioni software di gemelli virtuali, che consentano di testare e modificare i progetti delle linee di produzione in un ambiente virtuale. In quest’ottica, insieme a Dassault Systèmes, abbiamo sviluppato il gemello digitale di una soluzione di produzione autonoma e flessibile di Omron, con l’obiettivo di illustrare i vantaggi della simulazione virtuale in termini di pianificazione, ottimizzazione ed efficienza. Tornando invece alle reti, il wireless privato 4.9G e 5G con edge computing integrato on-premise apre un nuovo mondo di opportunità per l’efficienza della produzione. Grazie a prestazioni più prevedibili è possibile trasferire volumi di dati più elevati all’interno della rete e integrare un maggior numero di dispositivi, dai sensori ai controller, fino agli azionamenti. Per questo abbiamo lavorato affinché, in un’applicazione di trasporto intelligente e autonomo, il robot mobile Omron LD beneficiasse della connessione continua fornita dalla tecnologia di rete wireless 5G private di Nokia. Progettata per rispondere a un’altra sfida che i nostri clienti sono chiamati ad affrontare, ovvero la disponibilità di manodopera, questa applicazione dimostra quanto sia facile insegnare ai robot collaborativi e mobile a eseguire compiti ripetitivi senza bisogno di programmazione. In fabbrica, i robot possono essere collegati a un sistema di controllo che opera all’interno di una rete wireless privata e sicura, consentendo comunicazioni ad alta velocità e gestione di dati complessi, per l’ottimizzazione in tempo reale. In questo modo si ottengono capacità IoT in grado di soddisfare le esigenze delle attuali e future implementazioni AMR nell’automazione di fabbrica”.

Sartori: “In ambito di digitalizzazione, la scommessa di Profinet di basarsi su un’infrastruttura di trasporto fondata su Ethernet è stata vincente, come confermano le recenti novità in tema di funzionalità estese in ambito cybersecurity. Anche IO-Link è una tecnologia che sta esplodendo, e lo dimostrano i numeri: nel 2023 il numero di nodi ha raggiunto la cifra di 51,6 milioni, mentre nel 2021 erano poco più della metà, ovvero 27,3 milioni. IO-Link, infatti, si arricchisce di funzionalità quali safety, wireless e smart profile, che permettono ai costruttori OEM di rendere le macchine più connesse e intelligenti, oltre che di sviluppare maggiori servizi, che soddisfano sempre meglio le esigenze delle aziende”.

Griffini: “Il Consorzio Clpa promuove la diffusione della rete CC-Link IE TSN come soluzione abilitante per la transizione digitale e green. Grazie all’innovativa tecnologia TSN e alla larghezza di banda a 1 Gbps, offre prestazioni al top per il controllo realtime e la compatibilità con altri tipi di traffico dati grazie al time-sharing. Un ampio ecosistema di soluzioni di sviluppo di tipo hardware e software è disponibile per implementare il protocollo nei vari dispositivi d’automazione, compresa la gestione della sicurezza”.

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