Il 5G e la fabbrica del futuro

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La congiunzione del 5G e l’edge computing sta trasformando le fabbriche in aree come la sicurezza, la protezione e la qualità dei lavoratori. La fabbrica del futuro è già qui.

Come funziona il 5G

I sistemi di comunicazione wireless utilizzano frequenze radio (conosciute anche come spettro) per trasmettere informazioni nell’aria.

Il 5G funziona nello stesso modo, ma utilizza frequenze radio più alte che sono meno saturate. Questo permette di trasmettere più informazioni a una velocità molto maggiore.

Nonostante le bande più alte siano più veloci nel trasportare informazioni, potrebbero verificarsi problemi nel trasmettere su grandi distanze. Vengono facilmente bloccate da oggetti fisici come alberi ed edifici. Per evitarlo, il 5G utilizzerà molteplici antenne di ingresso e di uscita per aumentare i segnali e la capacità su tutta la rete wireless.

Utilizzerà trasmettitori più piccoli. Verranno collocati sugli edifici e sull’arredo urbano, invece di utilizzare tralicci indipendenti. Le stime attuali dicono che il 5G potrà supportare fino a 1.000 dispositivi in più per metro quadrato rispetto al 4G. Pertanto ci permetterà una grande densità di sensorizzazione nella fabbrica del futuro.

La tecnologia 5G potrà anche ‘dividere’ una rete fisica in molte reti virtuali. Questo significa che gli operatori potranno fornire la porzione corretta di rete, a seconda di come venga utilizzata, e quindi gestire meglio le loro reti.

Questo significa, ad esempio, che un operatore potrà utilizzare diverse capacità di taglio a seconda dell’importanza. Questa è una funzionalità che può essere vitale nella fabbrica del futuro.

La fabbrica del futuro. Sicurezza all’Edge

Il vecchio detto «costruisci una trappola per topi migliore e il mondo busserà alla tua porta» è spesso citato come una metafora del potere trasformante dell’innovazione. Oggi, quel detto potrebbe benissimo essere «costruisci un impianto di produzione migliore e i dati arriveranno alla tua porta».

L’adozione sempre più diffusa di reti wireless 5G private, insieme al concetto accettato di elaborazione perimetrale o edge computing, sta fornendo ai produttori la capacità di ottenere informazioni azionabili in tempo reale che stanno trasformando l’industria in aree che includono la sicurezza, la sicurezza dei lavoratori e la qualità.

In uno studio condotto proprio prima della pandemia da Deloitte, gli intervistati hanno citato guadagni a due cifre nella produttività lavorativa (12 %), l’utilizzo della capacità della fabbrica (11 %) e la produzione totale (10 %) negli ultimi tre anni come risultato delle loro iniziative di fabbrica intelligente.

Con il 5G, questi produttori pionieristici avranno la capacità di collegare più dispositivi e raccogliere più dati e nuovi tipi di dati, il che permetterà loro di rimanere all’avanguardia dell’industria.

Quando si combinano, il 5G e l’edge computing forniscono l’infrastruttura fondamentale per nuove forme di operare nella fabbrica del futuro. Sebbene il Wi-Fi sia sufficientemente potente da supportare molteplici dispositivi in una casa o in un ufficio, non è adatto per centinaia o migliaia di sensori e altri dispositivi in un ambiente di produzione o magazzino.

Allo stesso modo, le connessioni cablate hanno restrizioni ovvie per le macchine in movimento. Il 5G sta permettendo alle organizzazioni industriali di sfruttare sempre più la potente elaborazione edge per chiudere il divario tradizionale tra le operazioni digitali e fisiche.

La qualità nella fabbrica del futuro

Lo studio di Deloitte ha anche rilevato che i primi ad adottare l’IA nella produzione stavano testando in media 10 iniziative differenti. Andavano dall’efficienza energetica e dall’allocazione delle risorse fino all’automazione dei processi robotici, all’ingegneria collaborativa e ai gemelli digitali.

Per via delle interruzioni nella catena di approvvigionamento e della scarsità di materie prime negli ultimi due anni, un’area con un chiaro impatto sull’esito finale è la rilevazione della qualità e la rilevazione di prodotti imperfetti o difettosi.

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Questo monitoraggio in tempo reale delle apparecchiature richiede telecamere e analisi di IA basate su modelli di dati che possono addestrare il sistema a “vedere” rapidamente guasti nei prodotti ed eliminarli dalla linea di produzione, allertando gli ingegneri, che possono regolare le specifiche o ricalibrare la macchinaria per correggere la causa principale. Secondo Deloitte, questi sistemi possono ridurre le spedizioni di prodotti difettosi fino al 90%.

La progettazione di questo tipo di soluzione informatica perimetrale richiede una funzionalità simile al cloud. Sebbene esistano diversi modi per realizzarlo, l’approccio più efficiente è utilizzare servizi software che permettano:

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• Implementazione efficiente della cattura di immagini in tempo reale nello stabilimento di produzione.

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• Modelli di IA che insegnano all’algoritmo di IA a generare conoscenze.

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• Un controllore che supervisiona l’operazione, si collega a un software di produzione (MES) e avvia l’azione a partire da tali conoscenze.

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Funzionalità compartimentata e infrangibile

Come per qualsiasi sistema critico, dal punto di vista operativo è necessario affrontare le questioni di sicurezza e protezione. Una delle grandi sfide dell’architettura del sistema è come combinare le reti IT di un’organizzazione con la tecnologia operativa garantendo la sicurezza dei lavoratori, la qualità del prodotto e la disponibilità/affidabilità del sistema.

Qualsiasi soluzione edge implementata in un ambiente industriale deve configurarsi come un ‘modello di privilegi minimi’ in cui le applicazioni hanno accesso solo alle risorse del sistema necessarie per svolgere la loro funzione, e niente di più. Questi server virtualizzati separano efficacemente la rete IIot dalle altre parti della rete dell’organizzazione a cui è possibile accedere a Internet.

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Questi permessi devono essere immutabili per evitare una riconfigurazione (malintenzionata o accidentale) che esporrebbe il sistema. Tutti gli elementi del sistema sono assegnati a diverse ‘sale’ e ciascuna di esse è bloccata, quindi nel caso in cui una specifica area venga compromessa, l’accesso è limitato.

C’è stato un aumento significativo nell’approccio volto a rendere i sistemi immuni agli attacchi nel megatrend della cybersecurity. Un approccio prudente è riconoscere che nessun sistema è immune agli attacchi.

L’intelligenza artificiale sta iniziando ad essere applicata nella sicurezza informatica della fabbrica del futuro per imparare il comportamento “normale” di un sistema integrato e raccomandare quando sia necessario valutare un cambiamento significativo nel sistema come un possibile rischio per la sicurezza. Questo va di pari passo con le applicazioni di rilevamento delle frodi già implementate in altri settori.

Come altre infrastrutture industriali, la macchinaria e il software di produzione sono spesso implementati per 10-15-20 anni, o più. I progettisti di sistemi devono preparare le loro soluzioni per il futuro, in modo che siano progettate per rimanere impenetrabili di fronte a qualsiasi attacco proveniente da qualsiasi fonte interna o esterna per decenni.

Anche qui, il software modulare può permettere che i segmenti del software si aggiornino o aggiornino senza la necessità di sostituire l’intero sistema.

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Decisioni in frazioni di secondo

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Oltre a complicare i problemi della catena di approvvigionamento, la pandem ia ha accelerato anche la necessità di nuove misure di sicurezza progettate per minimizzare l’interazione e l’esposizione umana. In risposta a questa necessità, alcuni produttori hanno implementato robot collaborativi, i cobot, per garantire che i loro impianti di produzione rimanessero in funzione per soddisfare la domanda dei clienti.

Nella fabbrica del futuro, i cobot interagiscono essenzialmente con i lavoratori umani in uno spazio di lavoro condiviso e sono piuttosto differenti dalle macchine industriali tradizionali che finora hanno operato in modo indipendente dalla forza lavoro umana. Man mano che i cobot trovano il loro posto nello stabilimento di produzione, è fondamentale garantire la sicurezza dei loro colleghi di lavoro umani.

Questo è un tema complesso che non si risolve facilmente. Tuttavia, una rete privata 5G può fornire una banda larga potente affinché il cobot possa fungere da ‘computer di bordo’ e prendere decisioni in una frazione di secondo in reazione al comportamento delle persone accanto a lui sulla linea, migliorando il livello di sicurezza.

Conclusione

L’adozione di reti 5G private da parte dei primi utenti di oggi nel settore manifatturiero offre un anticipo della fabbrica del futuro. Nonostante quanto possano essere trasformativi ed entusiasmanti le capacità e l’analisi in tempo reale di tale fabbrica del futuro, i progettisti di sistemi devono mantenere lo stesso rigore e la stessa attenzione verso la sicurezza di queste reti, se non di più.

La fabbrica del futuro sarà potenziata da questa tecnologia trasversale, sfruttando al massimo altre nuove tecnologie come la robotica collaborativa, la visione artificiale o l’intelligenza artificiale.

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