Industry 4.0 e 5G

Il termine Industry 4.0 (I4.0) indica la quarta rivoluzione industriale. È una rivoluzione in corso e sta cambiando lo scenario produttivo industriale con impatti sulle aziende, sui loro processi produttivi e sulle persone, con l’obiettivo della riduzione dei costi di produzione e del time-to-market tramite l’utilizzo di macchinari intelligenti, connessi e facilmente gestibili.
Ovviamente, per avviare questa trasformazione è necessario non solo l’impegno di aziende visionarie che investono i propri capitali, ma anche un ruolo di regia delle istituzioni.
Entriamo nel dettaglio.

 

Introduzione

A settembre 2016 il Governo ha presentato l’atteso piano per l’Industria 4.0 (noto come Piano Calenda).  Il provvedimento propone un mix di incentivi fiscali, sostegno al venture capital, diffusione della banda ultra-larga, formazione dalle scuole all’università con lo scopo di favorire e incentivare le imprese per aderire pienamente alla quarta rivoluzione industriale.
Di particolare rilevanza è la creazione di un "network nazionale Industria 4.0": una rete di punti distribuiti sul territorio per accompagnare e supportare le imprese nella trasformazione digitale 4.0. A partire dai Digital Innovation Hub , creati dalle associazioni di impresa per fornire le prime indicazioni, per arrivare ai Competence Center Industry 4.0, Open Lab dell’innovazione da realizzare attorno a pochi centri universitari con la collaborazione di grandi aziende private per poter presentare concretamente le nuove tecnologie e aiutare nel percorso di adozione.
TIM e Olivetti potranno presentare in questi contesti e nei propri laboratori il contributo essenziale che offre la rete in questo scenario: già oggi con NB-IoT, ma soprattutto da domani con il 5G.

 

Le 4 rivoluzioni industriali

Principali Use case I4.0

L’ I4.0 si può descrivere come un processo che porterà ad una produzione industriale del tutto automatizzata e interconnessa. McKinsey individua 4 principali direttrici di sviluppo. La prima riguarda i dati, la potenza di calcolo e la connettività, e si declina in Internet of Things, machine-to-machine e big data/open data, così come cloud computing per la raccolta, centralizzazione e  conservazione delle informazioni (si parte dal remote monitoring per arrivare alla connessione diretta tra i macchinari). La seconda è quella degli analytics: una volta raccolti i dati, bisogna ricavarne valore. Si potrebbero ottenere vantaggi applicando il “machine learning”, ossia macchine che perfezionano la loro resa “imparando” dalle informazioni raccolte e analizzate anche in tempo reale (esempio classico è il predictive mantenance, per capire quando è necessario un intervento di manutenzione prima della rottura del macchinario o di un degrado nella produzione). La terza direttrice di sviluppo è l’interazione tra uomo e macchina, che coinvolge le interfacce “touch”, sempre più diffuse, e la realtà aumentata: un  esempio è la possibilità di facilitare e migliorare il lavoro utilizzando strumenti come i Google Glass o i visori Virtual Reality.
Infine c’è tutto il settore che si occupa del passaggio dal mondo digitale a quello  “reale/fisico” e che comprende la manifattura additiva, la stampa 3D, la robotica, le comunicazioni, le interazioni machine-to-machine e le nuove tecnologie per immagazzinare e utilizzare l’energia in modo mirato.

 

I4.0 e 5G

Già oggi TIM e Olivetti sono impegnate nell’offrire soluzioni di connettività altamente innovative per il mondo Industry4.0. NB-IoT è la soluzione per la connettività di sensori e meter/contatori che hanno esigenza di una consistente durata delle batteria, di ottima copertura (anche nei sotterranei) e limitati requisiti di banda. La logistica sta già adottando queste soluzioni per migliorare la supply chain, e il fleet management. Le smart city si stanno muovendo verso l’utilizzo di NB-IoT per alcuni use case di interesse per i propri cittadini, come la gestione dei rifiuti, dell’illuminazione pubblica, dei parcheggi pubblici e il monitoraggio di parametri essenziali come l’inquinamento e il traffico, grazie alla distribuzione sul territorio di numerosi sensori che, misurando i parametri di interesse, li possono comunicare alle piattaforme di servizi tramite la rete TIM e, specificatamente, usando NB-IoT.
Ma come già accennato, il salto verso una nuova società “connessa” verrà assicurato dal 5G, sia estendendo le capacità del già presente NB-IoT per la gestione dei sensori sul territorio, sia aggiungendo funzionalità essenziali legate alla reliability e alla low latency della rete 5G e all’ulteriore incremento della banda sia in uplink, che in downlink.
Queste caratteristiche permetteranno di abilitare use case nel contesto I4.0 che altrimenti sarebbero difficilmente realizzabili (come ad esempio i casi di Connected Factory e Industrial Logistic) o comunque permetteranno di estendere ulteriormente il valore di use case già esistenti, come ad esempio quello della Smart Maintenance, che grazie all’incremento di banda e riduzione di latenza potrà aumentare la qualità del video in realtà aumentata per abilitare scenari di remote maintenance evoluti, oppure quelli supportati da NB-IoT (come il tema della sostenibilità ambientale per Aziende e PA), nei quali il 5G consentirà l’aumento vertiginoso del numero di sensori gestibili su singola cella.

 

Posizionamento di TIM e Olivetti su I4.0

Per le aziende che forniscono già sistemi di connettività e piattaforme per l’Internet Of Things, l’ingresso nel mercato dell’Industry 4.0 rappresenta un’evoluzione naturale dell’offerta. TIM ha individuato in  Olivetti il partner tecnologico per lanciarsi in questa nuova sfida. Olivetti, ha sviluppato un approccio strutturato e flessibile al mondo dell’internet delle cose. Dall’esperienza acquisita sul campo, è emerso che l’ostacolo principale per l’ingresso nei mercati verticali è rappresentato dai sistemi legacy e dalle competenze necessarie per padroneggiare i singoli settori industriali. Se questo è già vero per l’IoT in generale, lo è ancora di più per l’Industry 4.0 dove la specializzazione e la settorializzazione dei silos produttivi arriva a livelli molto avanzati. Sulla base di questa esperienza abbiamo definito il posizionamento del gruppo TIM per Industry 4.0.
L’ingresso dell’IoT nella fabbrica digitale può avvenire in vari modi e con livelli di complessità crescente.
Il primo passo è quello di rendere “smart” i prodotti della manifattura. Dotare, all’origine, di un sistema di sensori e di un modulo di comunicazione il prodotto della linea di produzione, apre all’impresa un nuovo modo di vendere, potendo passare dal prodotto al servizio; la connettività inoltre rende possibile la conoscenza del ciclo di vita del prodotto dopo la consegna al cliente, e poterne analizzare il funzionamento, consente di attivare gli interventi manutentivi,prevedere i guasti e migliorare la progettazione del prodotto stesso.
Il secondo passo è quello di intervenire sui macchinari della linea di produzione per osservarne il funzionamento e rilevare pattern di parametri che possono portare al fermo della linea di produzione così da intervenire preventivamente, ma anche di monitoring dei parametri e kpi tipici della produzione efficiente. Questa modalità di intervento è pienamente condivisa dal D.Lgs. Industria 4.0 .
Il terzo passo, più complesso, è quello di integrare a livello di MES (il sistema operativo di produzione) componenti, sensori e software che possano portare in cloud il controllo dell’intero processo produttivo, arrivando a livelli di efficienza non ancora esplorati. E’ qui che le tecnologie del 5G possono dare il massimo contributo, offrendo un sistema di comunicazione a banda larga per trasmettere imponenti quantità di dati, ad altissima velocità e con tempi di latenza bassissimi. Questo consentirà di utilizzare anche in modo massivo i robot e di sincronizzare i processi senza rischi, potendo contare su tempi di reazione immediati in caso di imprevisti.
Nella pratica, abbiamo potuto osservare che l’IoT, che a grandi linee si può declinare in mercati verticali ben definiti e chiari a tutti, quali l’automotive, il metering, le smart cities, la smart home e altri, abbia in realtà uno sviluppo molto più articolato all’interno dello stesso verticale, dove sono necessarie competenze molto specifiche.
Il nuovo approccio si sviluppa, quindi, secondo tre direttrici principali:

  •  La costituzione di forti partnership di scopo e/o acquisizione di aziende settoriali che negli anni hanno sviluppato competenze sui singoli verticali. Importanti anche le partnership con aziende e start-up che hanno sviluppato o stanno sviluppando hardware specifico (sensori, strumenti di rilevazione, etc…).
  • La leva tecnologica della rete, dall’LTE, all’NB-IoT, al 5G, grazie alla riconosciuta competenza di TIM che negli anni ha saputo offrire ai propri clienti Reti a copertura sempre più capillare, elevati standard di qualità ed un approccio consulenziale in grado di proporre al cliente sempre la migliore tecnologia per le proprie necessità.
  • L’opportunità rappresentata dal piano Calenda, D.Lgs. Industria 4.0, che mette a disposizione delle industrie incentivi economici e nuove modalità di ammortamento, come l’iper-ammortamento al 250%, per ammortizzare le spese sostenute per l’implementazione di nuove tecnologie e nuovi framework.

In questo scenario, posizionarsi come first mover è essenziale per indirizzare gli standard di mercato e la trasformazione digitale delle industrie. Se da una parte l’evoluzione della core network di TIM insieme alle nuove piattaforme IOT di Olivetti rappresentano la combinazione ideale per entrare su questo nuovo mercato, dall’altra è fondamentale il ricorso a partnership strategiche con produttori di hardware e software di settore per rispondere alle esigenze dell’industria con soluzioni ad elevato contenuto tecnologico e a basso impatto sui sistemi già in essere. Approccio che Olivetti sta portando avanti grazie a contatti con aziende e startup specialistiche con soluzioni che integrano applicativi, piattaforme IOT e la rete TIM.

 

Connected Factory: URLLC come elemento essenziale

Gli stabilimenti manifatturieri, di cui l’Italia è ricca grazie alla sua creatività ed al tessuto delle PMI, sono un ambiente in cui agiscono svariati macchinari (robot, nastri trasportatori, apparati specifici, macchinari di controllo della produzione e della qualità, ...). Ciascuno strumento genera migliaia di dati e possono essere distribuiti ulteriori sensori aggiuntivi che aumentano il livello informativo legato eventualmente anche all’ambiente. Tutte queste informazioni devono essere velocemente raccolte in cloud e analizzate per migliorare il processo produttivo, sia attraverso simulazioni per stimare gli impatti di cambi di produzione, sia per manutenzione predittiva (la macchina fornisce i primi segnali della necessità di manutenzione), usando algoritmi di machine learning.
Ad oggi tutto questo viene fatto cablando l’intero sito produttivo  e si parla quindi di Connected Factory.

 

Robot industriali in produzione

Il mercato oggi richiede però flessibilità, possibilità di cambiare velocemente le linee di montaggio e le varie isole di produzione basate su robot. Questo è possibile con il 5G che assicura un canale alternativo o aggiuntivo al cavo, sia per la sensoristica, sia  per la remotizzazione di alcune parti del controllo dei robot e degli impianti, al fine di abilitare un controllo di processo centralizzato. La Bassa Latenza del 5G, ma soprattutto la Ultra reliability, lo candidano come valida soluzione wireless. Architetturalmente sarà ovviamente necessaria una copertura del sito con microcelle ed un’eventuale valutazione di soluzioni di Mobile Edge computing per garantire tempi di risposta accettabili.

 

Smart Logistic: evoluzione grazie al 5G

La logistica è sicuramente uno dei settori che può godere di un maggior valore grazie all’evoluzione della connettività. Occorre quindi analizzare due rami distinti: la industrial Logistic, che si occupa degli spostamenti di materiale e prodotti all’interno di un impianto produttivo, magazzino compreso, e logistica classica, che include la movimentazione di prodotti/merci su distanze considerevoli, spesso con un loro passaggio tra diversi attori della catena. In entrambi i casi il 5G porterà notevoli vantaggi.

 

Alcuni esempi di AGV

Industrial logistic: in un sito produttivo la movimentazione delle merci è uno degli elementi critici, in quanto il magazzino spesso non si trova vicino ai reparti produttivi e il passaggio dei semilavorati tra le varie isole di produzione richiede macchinari complessi guidati da uomini. Per facilitare queste attività e ridurre il rischio di errori/incidenti legati alla componente umana, si stanno introducendo gli AGV (Autonomous Guided Vehicle) che si occupano dello spostamento di merci/semilavorati sia in ambiente indoor, che outdoor. La rete 5G porta un notevole miglioramento nelle capacità di questi veicoli/robot: collegati in rete, con latenze minime (fino a pochi ms in condizioni ideali), possono inviare informazioni e ricevere nuove istruzioni di lavoro, spostando buona parte della capacità di elaborazione nella cloud robotics. Ovviamente saranno sempre dotati di strumenti a bordo a scopo di sicurezza e posizionamento tramite GPS+rete mobile+ tecniche di ottimizzazione (che porta a precisioni dell’ordine dei cm), ma, dotandoli di sensori, radar e videocamere collegate in rete e sfruttando la capacità di elaborazione in cloud, saranno in grado di migliorare le proprie performance e la sicurezza nel trasporto oltre che di fornire dati/immagini/video utili per mantenere sotto controllo lo stabilimento produttivo.
Standard Logistic: la riduzione della supply chain può portare a notevoli vantaggi per la produzione. Diventa quindi essenziale monitorare e condividere la produzione a partire dalle materie prime, fino al prodotto finito nei vari passaggi. Conoscere l’esatta posizione e le tempistiche di arrivo delle materie prime permette di ridurre al minimo il magazzino; conoscere la modalità di  trasporto (temperatura, umidità, eventuali urti...) di uno specifico prodotto, come cibo o medicinali, assicura la qualità del prodotto stesso nel momento in cui giunge in mano all’acquirente. Tutto ciò richiede che i singoli mezzi di trasporto, i container, i pallet, le singole scatole o, in alcuni casi limite, i singoli prodotti di alto valore, siano sempre associati ad un sensore (spesso di dimensioni ridotte, che però richiede una durata dell’alimentazione da parte della batteria di anni) che li accompagna nei loro spostamenti per raccogliere e fornire informazioni. NB-IoT è la prima connettività che TIM e Olivetti stanno lanciando che si adatta a questi requisiti, ma con il 5G sarà possibile un monitoraggio capillare e in mobilità di questi sensori e dei relativi prodotti, anche in previsione di una crescita della numerosità di tale sensoristica.

 

Smart maintenance tramite realtà aumentata: valorizzazione della enhanced Broadband

Ultra brodband e bassa latenza garantite dal 5G sono i primi requisiti di una soluzione di Smart Maintenance, scenario tipico dell’Industry 4.0. Un operatore da remoto (esperto) guida il tecnico in campo (dotato di tablet o di visori adeguati, stile Google Glasses) nella gestione di un guasto agli impianti: il tecnico locale invia video ad alta qualità, rimane collegato in audio con l’esperto e, contestualmente, l’esperto può utilizzare la realtà aumentata per dare indicazioni visive e informazioni utili (eventualmente multimediali) per la risoluzione dei problemi. Questi scenari assicurano alle aziende una notevole riduzione dei costi, grazie all’utilizzo di personale locale, con competenze generiche, e personale altamente specializzato in un unico headquarter, che avrà accesso anche a tutte le informazioni ricevute dai sensori/macchine in locale.
In questo use case sono cruciali il grado di qualità della comunicazione audio/video e una bassa latenza garantita (sia per l’audio che per il flusso informativo) a supporto dell’interazione operatore da remoto/operatore in campo. Il5G rende possibile tutto ciò, calando in scenari di concreta utilità temi quali la realtà aumentata e i visori 3D altrimenti confinati all’ambito dell’entertainment.

 

Smart maintenance con smart glasses

I4.5: il prossimo passo della I4.0 grazie al 5G

Il tema I4.0 è ormai uno scenario a cui le aziende stanno iniziando ad affacciarsi, pur con alcune limitazioni  che derivano dai sistemi legacy di produzione e dalle tecnologie attuali. Il 5G può portare notevoli vantaggi alla modernizzazione e al miglioramento della produzione e della sicurezza/qualità del lavoro nelle industrie, al punto che si può parlare di un ulteriore stadio della quarta rivoluzione industriale, l’Industry 4.5.
Come detto, TIM e Olivetti stanno già collaborando con importanti player, ad esempio nell’ambito dell’iniziativa 5G for Italy, per presentare insieme le opportunità che il 5G fornirà all’I4.0. In parallelo sarà importante: (1) costituire forti partnership di scopo e/o acquisizione di aziende settoriali che negli anni hanno sviluppato competenze sui singoli verticali; (2)  individuare e sfruttare le opportunità offerte dal Piano Calenda sia per gli iper ammortamenti, sia per i Competence Center, portando la tecnologia 5G in questi laboratori aperti in collaborazione con le università/politecnici, dove le aziende potranno toccare con mano le soluzioni innovative abilitate dal 5G.

 

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