Tra i diversi ambiti toccati dall’Internet of Things (IoT), l’Industrial IoT sta crescendo in modo significativo, ritagliandosi un interessante spazio nelle dinamiche della trasformazione digitale. Nuovi modelli di business stanno già indicando gli orizzonti di un mondo industriale in trasformazione, dove la tecnologia la fa da padrona, cambiando a volte le regole del gioco, come nel caso del 5G.
Con l'aiuto di Alessandro Enrico Redondi, Assistant Professor al Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano e Luigi Cicchese, partner di Concept Reply, società del gruppo Reply specializzata nella ricerca, nello sviluppo e nella validazione di soluzioni innovative in ambito IoT, proviamo a raccontare Cos’è, oggi, l’IIoT, quali sono le sue componenti e quale sarà l’evoluzione prossima, anche alla luce di nuove tecnologie.
Un mercato in crescita continua
Secondo l’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano, il mercato italiano dell’IoT sta crescendo a ritmi sostenuti, raggiungendo il valore di 5 miliardi di euro nel 2018, con un incremento del 35% rispetto al 2017. Quasi metà del mercato è costituito da contatori intelligenti (1,4 mld) e automobili connesse (poco più di 1 mld), ma smart home e smart factory sono i segmenti più in crescita.
Proprio la smart factory è il cuore dell’Industrial IoT, che l’Osservatorio Industria 4.0 - mercato che nel 2018 ha raggiunto un valore di 3,2 miliardi di euro in crescita del 35% - evidenzia fra le tecnologie più diffuse. L’IIoT è lo zoccolo duro di Industria 4.0 con il 60% del mercato, pari a un valore di 1,9 miliardi di euro e una crescita del 40%. Le aziende sono spinte ad avviare progetti di IIoT per ottenere benefici di efficienza ed efficacia nelle Operations.
Alessandro Enrico Redondi, Assistant Professor al Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano e a Luigi Cicchese, partner di Concept Reply, società del gruppo Reply specializzata nella ricerca, nello sviluppo e nella validazione di soluzioni innovative in ambito IoT. Negli articoli che seguono saranno, invece, le aziende che operano sul campo con le proprie soluzioni e tecnologie a tracciare un quadro di come l’IIoT impatterà nel mondo industriale.
La differenza la fanno i dati
Da oltre trent’anni Internet mette in comunicazione persone che accedono ai suoi servizi per ottenere informazioni. L’Internet of Things è, invece, il mondo degli oggetti, dei dispositivi di ogni genere, compresi i sistemi industriali interconnessi, i quali generalmente non sono interessati a ottenere informazioni ma, al contrario, le producono.
«Quando si è cercato di utilizzare le soluzioni create per Internet anche nel mondo degli oggetti ci si è resi conto che il passaggio non era semplice», ci spiega il prof. Enrico Redondi. «Dal punto di vista tecnologico, questa differenza va a modificare regole e protocolli che hanno governato l’Internet fino a oggi.
Si tratta di un cambio di paradigma importante: se Internet ha come base di utenza la popolazione mondiale, per dare un numero tondo 10 miliardi (considerando più connessioni per individuo), nell’Internet delle Cose, il numero delle connessioni esplode e le tecnologie sviluppate per Internet non sono sempre in grado di far fronte all’enorme mole di informazioni che si produce».
Da ormai dieci anni la ricerca si sta occupando di derivare soluzioni per i numeri previsti per l’IoT, anche perché sul fronte delle applicazioni il deployment di sistemi IoT sta interessando diversi campi: dall’energia alle auto connesse, dall’healthcare alla safety, dalle smart city alla smart home, fino alla smart factory con l’Industrial IoT in prima linea.
Oggetto, Comunicazione, Dato
«Ogni sistema IoT è schematizzabile in tre blocchi principali: l’Oggetto, la Comunicazione, il Dato», spiega il prof. Redondi. In ambito Industrial, l’oggetto è tipicamente un sensore, (di temperatura, microfono, telecamera o altro ancora), in grado di rilevare una caratteristica dell’ambiente circostante, producendo informazioni.
«Il grande cambiamento nell’IIoT è che all’interno del sensore sono presenti due componenti tecnologiche importanti, quali un piccolo processore, capace di svolgere funzioni computazionali, e un componente di comunicazione, che sta diventando sempre più wireless anche nel campo industriale; negli ambienti di fabbrica è naturalmente richiesta una maggior robustezza dei sistemi poiché la tecnologia wireless risente maggiormente delle interferenze», afferma il prof. Redondi. La componente di comunicazione a bordo del sensore permette di trasferire le informazioni a un punto, remoto o più vicino al campo quando si parla di Edge Computing, aprendo la strada a nuovi scenari applicativi.
La Comunicazione, un mondo complesso
Se ragioniamo in ottica IoT, la comunicazione non può che essere wireless, così come avviene normalmente in ambito consumer. «Nell’IIoT è fondamentale considerare la distanza tra il sensore e il punto di raccolta dei dati», aggiunge il prof. Redondi.
«Tipicamente si distinguono protocolli per la comunicazione a corto raggio, sotto il centinaio di metri, e protocolli a lungo raggio, nell’ordine di qualche chilometro. Per quanto riguarda lo short range, i principali protocolli sono molto simili ai ben noti Wi-Fi e Bluetooth, in versione più ottimizzata principalmente dal punto di vista energetico. Alcuni di questi sono creati specificatamente per ambito industriale, come Wireless Hart e ISA 100.11a. La particolarità di questi protocolli è data da una comunicazione collaborativa tra i diversi sensori per raggiungere il punto di raccolta dei dati, tipicamente un gateway. I protocolli a lungo raggio, invece, utilizzano tecnologie più vicine a quelle dei cellulari. Un’antenna (base station) posizionata, ad esempio, su un edificio o su un traliccio, è in grado di coprire un raggio di circa 1-2 km e tutti i sensori comunicano direttamente con l’antenna, dando luogo a reti cosiddette a stella. Nel long range le tecnologie principali sono le reti cellulari classiche (dal “vecchio” 2G fino al recente 5G), o altre quali LoRa e Sigfox, nate negli ultimi anni su bande di frequenze non licenziate proprio per fornire questi servizi».
Tecnologie cellulari: il 5G cambia le regole del gioco
La componente di connettività è un blocco fondamentale dell’IoT. La comunicazione wireless sta diventando preponderante e per questo gli operatori telefonici stanno diventando attori anche nel settore industriale. Le tecnologie cellulari stanno, dunque, alle regole degli operatori, quindi per utilizzare il 4G o il 5G bisogna munirsi di sim card speciali e impiegare sensori in grado di ospitare tali sim card; sarà poi l’oper
atore che fornirà il servizio di connettività. «Bisogna, tuttavia considerare che anche gli operatori telefonici fino a oggi hanno operato nell’Internet tra persone e non tra oggetti», afferma il prof. Redondi. «La cosa interessante delle reti cellulari è che il 5G nasce con l’IoT alla base, mentre il 4G è nato principalmente per navigare velocemente in mobilità, e solo in un secondo momento si è cercato di adattarlo per l’IoT. Uno dei pilastri fondamentali del 5G è proprio la capacità di gestire, con la stessa architettura che si impiega per l’utilizzo tipico di un cellulare, una numerosità alta di dispositivi di tipo macchina connessi all’antenna, con una latenza bassa, cioè un ritardo molto basso nella trasmissione dei dati».
Il 5G nasce con l’idea di poter servire diversi casi d’uso, tra i quali l’IoT e conseguentemente l’Industrial IoT. Uno dei vantaggi del 5G è, infatti, la possibilità di gestire fino a un milione di dispositivi per chilometro quadrato, grazie a un componente, l’mMTC (massive Machine Type Communications), ideato proprio per consentire a una singola antenna di gestire un numero elevato di dispositivi connessi.
«Implementando funzioni importanti in ambito industry, quali, appunto, la bassa latenza - un aspetto prioritario in una fabbrica intelligente dove tutto avviene in tempo reale - e una maggior larghezza di banda, il 5G potrebbe cambiare le regole del gioco», afferma Cicchese.
«Un’altra caratteristica del 5G è il Network Slicing, cioè la possibilità di suddividere in più fette la rete, per dedicarle a servizi diversi. In più, essendo implicitamente una connessione wireless, il 5G semplifica una serie di operazioni di comunicazione che prima avvenivano a livello cablato, con il vantaggio parallelo di ridurre i costi di implementazione».
I Dati, l’obiettivo dell’IIoT
«La raccolta e l’analisi del dato è l’obiettivo principale dell’IoT», afferma il prof. Redondi. L’analisi dei dati è alla base delle nuove applicazioni, sia in un’ottica di efficacia ed efficienza delle Operations, sia per la realizzazione di nuovi modelli di business orientati al servizio e non più al prodotto. «Negli ultimi dieci anni sono nate una serie di tecnologie, note come piattaforme IoT, per facilitare lo stoccaggio e l’analisi delle grandi moli di dati. Ce ne sono diverse, non solo appannaggio dei giganti del web, ma anche di singole aziende particolarmente attente ai trend tecnologici e di altre realtà focalizzate sull’Industrial Automation», conclude Redondi.
Le componenti dell’IIoT
Se l’loT è schematizzabile in tre grandi blocchi, addentrandoci nell’Industrial IoT si possono individuare cinque componenti, o livelli. Ce ne parla Luigi Cicchese. «L’IoT è stata una delle linee di innovazione sulle quali Reply ha iniziato a lavorare nel 2009, in concomitanza con l’acquisizione del team ex Motorola», ci dice Cicchese. Reply è un system integrator con sede a Torino con focus sull’innovazione, che nasce nel 1996 e che oggi conta più di 7.500 addetti nel mondo per oltre un miliardo di euro di fatturato.
«Oggi l’IoT ha numerosi ambiti applicativi, dal settore dell’energia a quello della salute, dalle auto connesse al retail, fino al settore industriale: è questo il cosiddetto Industrial IoT, che sta crescendo a ritmi interessanti. Nell’Industrial IoT la componente di base, imprescindibile, è la sicurezza. Un secondo livello è dato dell’hardware, assimilabile alla sensoristica, in grado oggi di comunicare, e dal primo punto di tipo computazionale vicino alla linea produttiva, denominato Edge Computing, che facilita gli interventi in real-time. Il livello superiore è quello della connettività data dalle reti al servizio della comunicazione. Nelle fabbriche ne esistono diverse, cablate e wireless, ed è qui che il 5G giocherà un ruolo importante. Il quarto livello è costituito dalle piattaforme e dagli Analytics, che sono sempre più sul Cloud e che utilizzeranno in misura crescente l’Intelligenza Artificiale e le sue tecniche di Machine Learning e Deep Learning, anche per costruire l’ultimo strato, il più visibile: quello delle applicazioni, sempre più disegnate per l’IIoT».
Un mondo di nuove applicazioni
Tra le numerose applicazioni emergenti si distingue, in particolare, la manutenzione predittiva. «Per un’impresa manifatturiera, l’obiettivo primario della manutenzione è evitare il fermo macchina», ci dice Cicchese.
«Oggi, grazie all’IIoT, all’Intelligenza Artificiale e al Machine Learning si può addirittura andare oltre, implementando una manutenzione di tipo prescrittivo, che indica cioè le azioni da intraprendere per evitare di incorrere in problemi». La manutenzione predittiva produce anche una serie di interessanti benefici paralleli, tra cui l’aumento dell’indice OEE (Overall Equipment Effectiveness), che riduce i costi e incrementa l’efficienza della macchina sulla linea, e quindi l’efficacia. «I dati forniti dall’IIoT», prosegue Cicchese, «ma anche dal lavoratore sempre più connesso, sono funzionali a un altro indice fondamentale per le fabbriche: l’Overall Labour Effectiveness (OLE), ovvero il metodo per incrementare l’efficienza della forza lavoro, un aspetto che ha anche un riflesso sulla sicurezza del lavoratore, sia sul lato safety sia in un’ottica di prevenzione di potenziali patologie».
Un’altra importante applicazione è il digital twin, cioè il gemello digitale della macchina o della linea che si sta monitorando. Tra i vantaggi di questa tecnologia c’è la possibilità di seguire la vita operativa della macchina, con benefici sia sul fronte dell’efficienza e della manutenzione, sia su quello dell’ottimizzazione della progettazione, grazie ai dati real-time provenienti dalla macchina in uso.
Altre applicazioni che utilizzano i dati dell’IIoT e alcune tecniche a supporto dell’IIoT, quali la Realtà Virtuale e Aumentata, riguardano il training, l’intervento manutentivo a distanza, il marketing. E ancora, un’altra importante applicazione abilitata dall’IIoT è l’EaaS, l’Equipment as a Service, che punta sul servizio, ad esempio vendendo pezzi oppure ore di lavoro anziché la macchina utensile, un po’ come avviene anche nel settore automotive con il noleggio a lungo termine.
Sono sempre più diffuse anche le applicazioni legate alla localizzazione, nel campo della logistica, ad esempio in magazzini molto grandi per monitorare le condizioni delle materie prime stoccate. Più legato all’ambito consumer, il Self Ordering è, invece, un nuovo trend: l’oggetto IoT, ad esempio il filtro di una caraffa per l’acqua, si auto-riordina su Amazon, una volta esaurito.
In realtà le applicazioni possono essere infinite, ognuna disegnata per risolvere un problema specifico, in qualsiasi campo applicativo. «Per questo il nostro ruolo di system integrator è orchestrare componenti e tecnologie per ottenere il massimo risultato, grazie alle competenze verticali sviluppate dalla rete di aziende collegate alla realtà Reply», conclude Cicchese.
Troppo presto per parlare di standard
Pur essendo in grande crescita, l’Industrial IoT è ancora nella fase iniziale di un percorso che sembra preannunciarsi lungo e impegnativo, soprattutto per le imprese più piccole che devono anche trovare la giusta chiave di lettura per l’adozione di una soluzione IIoT. A rendere questo percorso ancora più tortuoso è anche la grande frammentazione nell’offerta di tecnologie, sia sulla parte di sensoristica e di comunicazione, sia su quella delle piattaforme. In fondo, nel mondo industriale, dove ogni realtà ha una propria anima, diventa difficile mostrare casi d’uso che diventino standard.
