E le visioni di Weiser si sono avverate: viviamo proprio in un mondo del genere, in cui fotocamere, telefoni cellulari, elettrodomestici e automobili sono tutti controllati da computer. I computer miniaturizzati (i cosiddetti sistemi embedded) sono ciò che rende possibile questa magia. Tuttavia, il vero progresso si realizzerà solo quando questi computer miniaturizzati non opereranno più in modo indipendente, ma saranno in grado di scambiare informazioni in rete. Ciò sarà possibile grazie ai progressi della tecnologia di rete degli ultimi dieci anni: spinti dall'enorme mercato di consumo, abbiamo a disposizione dispositivi tecnici ad alte prestazioni e a prezzi accessibili per molti settori applicativi. In risposta a questa situazione, anche la tecnologia dell'automazione sta iniziando ad adottare queste idee.
Esempio di guasto di una macchina
Quando un macchinario si guasta in uno stabilimento di produzione, l'intera linea di produzione si ferma.
Il macchinario invia un messaggio allo smartphone dell'operatore tramite Bluetooth. L'operatore si reca sul posto, esegue alcuni test e identifica il problema come un guasto al motore. Utilizzando lo smartphone, l'operatore emette un ordine di manutenzione e riparazione prioritario, che viene ricevuto dal centro di assistenza aziendale. Qui, il guasto del macchinario viene inizialmente verificato tramite diagnostica online. Il tecnico viene quindi inviato (tramite smartphone) per eseguire la riparazione. Il tecnico sale a bordo del proprio veicolo, inserisce i dati di geolocalizzazione nel sistema di navigazione e il GPS lo guida attraverso gli ampi stabilimenti aziendali fino all'edificio corretto. Una volta arrivato, il sistema di posizionamento indoor entra in funzione e interagisce con lo smartphone dell'operatore per guidarlo al macchinario guasto.
Qui, il tecnico collega in modalità wireless il proprio tablet al sistema di controllo della macchina ed esegue alcuni test di sistema. Conferma la necessità di sostituire un motore, scatta una foto della targhetta con il proprio smartphone e invia le informazioni al magazzino centrale dei ricambi, dove il pezzo corretto viene identificato e spedito immediatamente. Il tecnico addetto alla manutenzione può tracciare il percorso del ricambio sul proprio tablet e ritirarlo all'ingresso per eseguire la riparazione sulla macchina. Sempre tramite smartphone, verifica il codice e la versione del pezzo attraverso il tag RFID per evitare problemi nella complessa interazione di tutti i componenti. Avvia quindi il sistema tramite il tablet e ne verifica il corretto funzionamento sul grande schermo. Dopo aver confermato l'avvenuta riparazione, completa l'ordine di manutenzione tramite lo smartphone e avvia un nuovo ordine per il componente al magazzino, inserendo anche i dati per la contabilità del centro di costo.
Dalle idee alla realtà
Dal punto di vista tecnico, questo è già possibile, sebbene le aziende siano ancora lontane dal raggiungere tale obiettivo. Tuttavia, la tendenza si sta muovendo in questa direzione, seppur seguendo un percorso diverso rispetto al settore dei beni di consumo. Le aziende industriali si aspettano che i dispositivi e le apparecchiature installati dimostrino un elevato grado di maturità e livelli di affidabilità estremamente alti. Anche gli utenti industriali desiderano la certezza che uno smartphone sostitutivo sarà disponibile tra dieci anni, senza essere (come accade attualmente) rimpiazzato dopo nove mesi da un altro modello che potrebbe essere significativamente diverso dal precedente. Ma ciò che è utile nel settore dei beni di consumo è rilevante anche in ambito industriale. Nel 2004, si è costituito un gruppo di rappresentanti del mondo industriale e scientifico per discutere gli effetti e i campi di applicazione delle tecnologie intelligenti di informazione e comunicazione. Da ciò è nata l'idea di una SmartFactory, che si è concretizzata nel 2005 come centro di ricerca e dimostrazione con sede a Kaiserslautern.
L'iniziativa SmartFactory
L'elemento centrale di SmartFactory è un impianto di prova e dimostrazione in cui è stato implementato un processo di produzione di sapone liquido utilizzando componenti tipici del settore. La linea di produzione si occupa del pretrattamento del sapone, seguito dalla colorazione, dal riempimento dei contenitori e dall'etichettatura.
La linea di produzione è gestita dall'associazione "Technology Initiative SmartFactory KL eV", che attualmente conta 15 membri di spicco provenienti dal mondo industriale e scientifico. L'obiettivo principale dell'iniziativa è creare un impianto di prova e dimostrazione indipendente dai produttori, dove poter ricercare e sviluppare il potenziale delle nuove tecnologie per le operazioni di fabbrica. In questo contesto, l'obiettivo non è sostituire le persone con la tecnologia di automazione, bensì fornire il miglior supporto possibile ai lavoratori attraverso l'informatica pervasiva.
Questo processo produttivo industriale reale e tipico costituisce la base su cui diverse discipline di ricerca possono svolgere il proprio lavoro nella direzione della "fabbrica del futuro".
Memorie digitali dei prodotti: per controllare il processo di riempimento, su ogni bottiglia viene applicato un chip RFID (identificazione a radiofrequenza) che contiene tutti i parametri importanti dell'ordine e del processo produttivo. In questo modo, ogni prodotto ha la sua memoria. In futuro, i prodotti "intelligenti" influenzeranno l'ambiente circostante attraverso la comunicazione M2M (machine-to-machine) e consentiranno processi produttivi più efficienti.
I sistemi di comunicazione wireless migliorano anche la flessibilità e l'agilità degli stabilimenti produttivi. Le attività di installazione e modifica si riducono quando i sistemi di comunicazione cablati convenzionali possono essere ridimensionati. Tuttavia, in un ambiente industriale, le esigenze di una rete wireless sono di gran lunga superiori rispetto ad altri settori: affidabilità e sicurezza sono fondamentali, pertanto un'attenta pianificazione e un controllo rigoroso delle bande radio sono essenziali.
Nel caso di connessioni cablate, la posizione di un dispositivo è nota implicitamente.
Quando si eliminano molte connessioni cablate, la questione della localizzazione delle macchine diventa più critica. Soprattutto con l'utilizzo di sistemi operativi mobili, il contesto operativo gioca un ruolo significativo: alcune funzioni dell'impianto o del sistema possono essere attivate solo quando l'operatore si trova nelle vicinanze del sistema. Presso la SmartFactory sono stati installati tre diversi sistemi di localizzazione e tracciamento indoor in tempo reale. Questi sistemi possono aiutare i tecnici della manutenzione a individuare i dispositivi guasti o fornire agli operatori dati importanti per attività specifiche, a seconda della posizione del dispositivo sulla linea di produzione o all'interno del sistema.
I sistemi di automazione autoconfigurabili rappresentano un ulteriore passo avanti verso fabbriche flessibili e adattabili. In una certa misura, anche i meccanismi "plug and play" possono essere utilizzati nelle fabbriche.
I prerequisiti per questo sono l'emergere di nuovi standard e modelli astratti dei componenti installati.
Diventare intelligenti
Grazie alle attuali tecnologie dei sistemi embedded, molti semplici dispositivi di campo possono diventare "oggetti intelligenti" e offrire le proprie funzionalità all'interno della rete di automazione in modo simile ai server web. Questa omogeneità di informazioni e funzioni, tecnicamente realizzabile dal livello di campo a quello di pianificazione, porterà a cambiamenti nelle strutture IT aziendali: la rigida piramide gerarchica dell'automazione si evolverà in una rete convergente, con accesso ai vari livelli di controllo e pianificazione. Analogamente all'"Internet delle cose", in cui sempre più oggetti fisici del mondo reale vengono identificati e associati alla loro rappresentazione virtuale nel mondo IT, sta già emergendo l'immagine di una "fabbrica di oggetti" sempre più interconnessa e integrata.
In futuro, la sicurezza informatica assumerà un'importanza ancora maggiore per proteggere la sicurezza dei dati e l'integrità dei sistemi IT e di produzione da minacce interne ed esterne.
Autore:
Detlef Zühlke, professore e dottore di ricerca in ingegneria, direttore scientifico del Centro di ricerca tedesco per l'intelligenza artificiale DFKI GmbH, Sistemi di fabbrica innovativi, Kaiserslautern.
