5G ed edge computing, i benefici per la smart factory

La fabbrica cambia volto. Complici tecnologie digitali di nuova generazione e nuovi modelli produttivi data driven, gli shopfloor si trasformano in ambienti sempre più intelligenti e autonomi, vere e proprie smart factory. Digital twins, assistenti digitali, realtà virtuale e aumentata, robot e cobot, IoT, Artificial Intelligence e Machine Learning sono già impiegati a vari livelli in fabbrica rivoluzionando l’intero ciclo di vita del prodotto - progettazione, produzione, manutenzione -, migliorando l’efficienza operativa e riducendo i costi.
Ora, però, molte realtà del comparto manifatturiero sono alla ricerca di nuovi modelli di trasformazione del business che vadano oltre l’ottimizzazione delle risorse. Modelli che prevedono la convergenza di tecnologie digitali (IT) e operative (OT), trainati dal rapido sviluppo in atto sul fronte della connettività 5G e delle tecnologie di elaborazione dati decentrate, il cosiddetto edge computing.  

I benefici del binomio 5G ed edge computing

5G ed edge computing sono al centro della trasformazione digitale data driven che sta investendo il manufacturing, che usa la potenza dei dati per sbloccare livelli di efficienza e innovazione senza precedenti. Il 5G è il nuovo standard di comunicazione mobile che assicura affidabilità, alta velocità trasmissiva (fino a 10 Gbps) e bassa latenza (8 millisecondi). Caratteristiche ideali a supportare gli scenari applicativi della smart factory, la fabbrica intelligente e altamente automatizzata. Scenari che necessitano di infrastrutture potenti e distribuite, in grado di elaborare i dati laddove si generano, direttamente sullo shopfloor e nei magazzini, per realizzare nuovi modelli di produzione “zero difetti”, ma anche nuovi modelli di business più flessibili e resilienti.
I benefici sinergici del binomio 5G ed edge computing sono ben descritti nello studio “5G and Edge Data-driven Digital Transformation” di Capgemini:

• Creazione di valore nell’arco di tutta la vita utile di un bene o di un’attrezzatura;
• Maggiore automazione e autonomia lungo tutto lo shopfloor, grazie ad architetture basate sui dati e all’utilizzo diffuso di tecnologie robotiche, intelligenza artificiale e apprendimento automatico;
• Creazione di nuovi flussi di ricavo ricorsivi, con la possibilità di monetizzare la maggior conoscenza dei diversi aspetti della produzione e distribuzione per realizzare nuovi servizi;
• Decisioni strategiche e operative più informate, grazie alla possibilità di basarsi su dati più accurati, approfonditi e aggiornati.

5G per la smart factory: le 3 applicazioni per la fabbrica del futuro

La fabbrica connessa richiede un’infrastruttura di comunicazione in grado di gestire un numero crescente di sensori e oggetti IoT, integrando dati che richiedono una banda elevata per poter essere tramessi - come mappe termografiche, immagini e video in alta risoluzione -, oppure una latenza ridotta a una manciata di millisecondi - come nel caso della gestione degli allarmi in tempo reale.

La fabbrica intelligente si realizza come un modello completamente connesso: per gestire la grande quantità di dati generati da dispositivi e macchinari smart, le aziende manifatturiere hanno bisogno della capacità e delle velocità del 5G. Il 5G consente ai produttori di collegare più sensori, dispositivi e risorse attraverso un'unica rete, offrendo una migliore visibilità lungo tutta la supply chain, abilitando la manutenzione predittiva, migliorando la qualità della produzione e la gestione della logistica.
Queste sono le principali applicazioni che beneficiano dalla diffusione del 5G nella smart factory:

• Robotica - Il 5G è la tecnologia che favorisce la diffusione della robotica su larga scala in azienda. La possibilità di progettare architetture di elaborazione dati decentrate, unita all’alta velocità trasmissiva e all’ampiezza di banda del 5G permetteranno di creare robot dal fattore forma sempre più compatto, più economici e utilizzabili in ogni contesto della fabbrica, ma anche più agili e intelligenti, in grado di svolgere un’ampia varietà di compiti, adattandosi ai cambiamenti in tempo reale. Le case automobilistiche, per esempio, stanno già utilizzando cobot, ovvero robot collaborativi, da impiegare in attività di intervento e assemblaggio particolarmente pericolose.
• Realtà aumentata e realtà virtuale - Le aziende manifatturiere impiegano da tempo la realtà aumentata e la realtà virtuale nelle attività di prototipazione e sviluppo prodotti. Con il 5G, però, gli operatori saranno in grado di lavorare con le tecnologie AR/VR in qualsiasi punto della fabbrica, impiegandole in modo esteso nella formazione, manutenzione e progettazione, riducendo al minimo il rischio di interruzioni legate alle scarse performance della rete.
• AI e machine learning - L'intelligenza artificiale è una caratteristica chiave della fabbrica intelligente del futuro, ma richiede l’accesso in tempo quasi reale (near real time) a grandi quantità di dati per funzionare in modo efficiente. La velocità di trasmissione elevata e la numerosità di connessioni supportate dal 5G, combinate con la potenza di elaborazione dell’edge computing permettono di progettare sistemi produttivi di nuova generazione, in grado di adattarsi rapidamente al variare delle condizioni di capacità produttiva, domanda o altri parametri. Attualmente, l'intelligenza artificiale viene utilizzata per realizzare compititi ripetitivi. Nel giro di pochi anni, però, l’AI potrebbe essere utilizzata per controllare la produzione in fabbrica con un intervento minimo o nullo da parte degli esseri umani, prevedere i problemi nella catena di approvvigionamento, valutare le diverse fonti di sourcing.

5G + AI = smart IoT e smart product

La connettività di ultima generazione combinata con le tecnologie di Artificial Intelligence e i sensori IoT permette di progettare nuovi scenari strategici per l’industria manifatturiera. Scenari in cui gli smart product, i prodotti intelligenti e connessi, diventano componenti chiave di soluzioni integrate di produzione collaborativa, in cui la linea di confine tra manifattura e servizi si assottiglia progressivamente. La possibilità di raccogliere e analizzare di continuo i dati dei prodotti connessi permette di trasferire la logica dell’As a Service alla gestione e all’utilizzo di macchinari e componenti ingegneristici industriali per:

• Migliorare le performance di prodotto;
• Migliorare l’assistenza aftermarket offrendo al cliente di un prodotto industriale la capacità di affrancarsi dagli obblighi di manutenzione e trasferendo l’onere relativo al venditore;
• Pagare per l’utilizzo effettivo del bene industriale nell’ambito di un contratto As a Service, che potrà prevedere un corrispettivo calcolato in base alle ore di utilizzo, ai pezzi prodotti o ad altre grandezze;
• Attuare una manutenzione predittiva. L’acquisizione continua di dati e la loro rielaborazione, supportata da tecnologie di Big Data Analytics e Machine Learning (autoapprendimento) permette di anticipare guasti e fermi non preventivati ragionando in ottica di prevenzione anziché di semplice assistenza tecnica.

Nell’ambito di questi approcci, che si possono comprendere sotto l’ombrello della cosiddetta servitization (servitizzazione), i servizi smettono di essere corollario del prodotto industriale per acquisire una valenza centrale nell’offerta. Una tendenza, questa, che si diffonde parallelamente alla progressiva affermazione degli approcci di Industria 4.0 e Industrial IoT (IIoT) e che nei prossimi anni trasformerà completamente il manufacturing.

Machine-to-Machine, il 5G per ridurre sprechi e inefficienze

Non da ultimo, il 5G permette alle macchine di “comunicare” tra loro condividendo dati attraverso connessioni Machine-to-Machine (M2M). Questo spalanca le porte a nuovi modelli di simulazione e visualizzazione dei carichi di lavoro basata su informazioni acquisite in tempo reale. Le decisioni e le azioni del mondo digitale si traducono, quindi in movimenti di merci e azioni automatizzate dei macchinari nel mondo fisico. In questo modo, si realizza una vera e propria convergenza tra tecnologie digitali (IT) e operative (OT), all’insegna della smart factory. Ad esempio, le macchine posizionate lungo la linea di assemblaggio sono in grado di valutare le efficienze di produzione in base alla disponibilità delle materie prime, alle prestazioni dei robot, ai costi energetici. Sulla base dell’analisi di questi elementi possono “decidere” in autonomia quali componenti realizzare e quando costruirli per ridurre al minimo inefficienze e sprechi.