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Entrando in una industria si potrà notare che le forme di connessione cablate, come la fibra ottica o l’Ethernet, sono le tecnologie più utilizzate per far comunicare i macchinari tra loro, soprattutto per le fasi più delicate della produzione, che richiedono elevata precisione e tempi di risposta ridottissimi e costanti. Le potenzialità delle connessioni wireless, che consentono movimenti più liberi, passano in secondo piano dato che nei processi dell’industria manifatturiera non si può rischiare un calo di copertura o rallentamenti di velocità.
Ma se la stabilità delle connessioni cablate fosse equiparata da quella di una connessione Wi-Fi millimetrica? Tutto cambierebbe, perché si potrebbero ottenere i classici due piccioni con una fava: la possibilità di modificare liberamente la posizione dei macchinari connessi, senza rischiare interruzioni o errori di produzione.
A questo ha lavorato il team della Universitat Oberta de Catalunya (UOC) guidato da Cristina Cano e dal professore Xavier Vilajosana, entrambi ricercatori del gruppo Wireless Networks (WiNe) presso l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3). Il risultato presentato sulla rivista scientifica IEEE Transactions on Wireless Communications è stata la prima parametrizzazione di un modello di propagazione del segnale in banda millimetrica applicata proprio all’ambiente industriale, come valida alternativa alle connessioni cablate.
Il modello rappresenta per i ricercatori il primo passo per comprendere come si comporta il segnale wireless in un impianto industriale e quale impatto potrà avere sullo sviluppo dell’Industria 4.0.
Industria 4.0: perché portare il Wi-Fi in ambiente industriale
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La prima domanda che ci si potrebbe porre è perché portare il Wi-Fi in ambiente industriale. Il motivo è di rendere la comunicazione meno costosa e più flessibile, così da poter incorporare nei processi di produzione anche i dispositivi mobili, che consentirebbero maggiore flessibilità. Ad esempio, con l’utilizzo di bracci robotici applicati su macchinari mobili, oppure per stabilire connessioni dati più stabili così da poter controllare e arrestare le diverse fasi del processo in caso di emergenza.
Inoltre, l’utilizzo del wireless in ambiente industriale favorirebbe il controllo dei macchinari da remoto, consentendo al lavoratore di far parte attivamente del processo da qualsiasi posto si trovi.
Tutto ciò sarà possibile solo se le connessioni wireless saranno affidabili, a velocità costante e a bassissima latenza. Proprio la latenza è un parametro importantissimo: un piccolissimo ritardo di comunicazione tra le macchine connesse, infatti, potrebbe disallineare due macchinari che lavorano allo stesso processo.
Wi-Fi millimetri: dal sincrotrone ALBA agli ambienti industriali
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Il primo passo da compiere per implementare le bande millimetriche negli impianti industriali è comprendere i meccanismi di propagazione in un ambiente di questo tipo, che ha delle caratteristiche molto diverse da uffici o ambienti urbani. Ad oggi esistono infatti diversi modelli di propagazione per questa tipologia di segnale ad alta frequenza, ma nessuno è stato ancora testato negli impianti industriali, dove le strutture architettoniche sono molto diverse e bisogna tenere conto di fattori di propagazione come l’altezza del soffitto degli stabilimenti, il materiale costitutivo delle pareti e dei pavimenti, così come il tipo di macchinari presenti in fabbrica.
La ricerca di Cano e colleghi ha permesso per la prima volta di sondare quali fossero i parametri per questa tecnologia wireless in un ambiente industriale. Prima di arrivare nei capannoni, però, lo studio è passato per il sincrotrone ALBA, un acceleratore di elettroni situato a Barcellona, in Spagna. La luce di sincrotrone è fondamentale per molti esperimenti scientifici, ma stavolta è stata fondamentale la struttura dei laboratori per determinare i parametri, perché presenta molte caratteristiche in comune con i gli impianti di produzione industriale: basta pensare ai grandi impianti di refrigerazione, le sale dei server e ancora le sale per gli esperimenti che si trovano al suo interno.
Accedendo ai laboratori nei periodi in cui il sincrotrone era inattivo, il team di ricercatori ha potuto sperimentare i propri modelli di propagazione all’interno di questa struttura sufficientemente vasta, complessa e particolarmente simile a quella di una tipica industria 4.0. Tra le scoperte effettuate da questo studio, quella che sembra la più interessante è che le superfici tipiche degli impianti industriali, come i tubi in metallo, che sono riflettenti per le onde elettromagnetiche, consentono al segnale di viaggiare lungo diversi percorsi e favoriscono questo tipo di comunicazione, così che la ricezione che risulta rinforzata e la copertura del segnale maggiore. In particolare, gli scienziati hanno stabilito un collegamento fino a una distanza di 110 metri, che è la connessione più distante finora raggiunta con lo standard IEEE 802.11ad.
Dal modello di ricerca a un protocollo per l’industria 4.0
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Determinare i parametri per la diffusione del segnale wireless negli ambienti industriali è solo il primo passo per portare la connessione wireless nelle industrie 4.0. Ma affinché quanto scoperto diventi utilizzabile nella produzione industriale è necessario stabilire dei protocolli per garantire l’affidabilità che è richiesta dall’industria manifatturiera per questo tipo di comunicazione, soprattutto per la copertura dei processi più delicati e critici.
Il passaggio da una connessione cablata, sia essa in fibra ottica o in ethernet, a una wireless permetterà di ridisegnare tutti i processi che riguardano il monitoraggio delle linee di produzione. Liberare i macchinari dai vincoli del cavo, mantenendo una connessione che sia stabile, potrebbe snellire alcuni passaggi delle catene produttive in modo sicuro ed efficiente.
La possibilità di muovere liberamente un macchinario all’interno di una fabbrica, poi, potrebbe portare forti risparmi: lo stesso macchinario potrebbe lavorare tutto il giorno spostandosi da una linea produttiva all’altra, restando sempre connesso, e quindi attivo, ed eliminando eventuali tempi morti senza la necessità di installare altri macchinari che, come il primo, resterebbero fermi per parte del turno lavorativo.
Implementare il risultato raggiunto, condividendolo con la comunità scientifica affinché sia un punto di partenza per i ricercatori e i laboratori di tutto il mondo, apre la strada a un nuovo tipo di ambiente industriale. Rendere i risultati e i parametri pubblici permetteranno una stesura dei nuovi protocolli più veloce, così da traghettarci nel futuro dell’industria 4.0 in minor tempo rispetto a quello che potremmo aspettarci.
