"Cloud + Edge" coordinati, per prosperare nell'era Industrial Internet of Things

Le industrie all'avanguardia utilizzano un numero crescente di dispositivi distribuiti in vari siti industriali. Dato il lungo periodo di funzionamento, è inevitabile che alcuni di essi possano guastarsi di tanto in tanto. Per identificare i problemi in anticipo e adottare misure preventive, è necessario tenere traccia del loro stato di funzionamento. Tradizionalmente, i tecnici della manutenzione vengono inviati frequentemente in sede per effettuare ispezioni. Tuttavia, questo può comportare costi considerevoli e, più spesso di quanto si pensi, alcuni problemi non possono essere identificati tempestivamente.

Lo sviluppo dell'Industrial Internet of Things (IIoT) ha permesso di collegare questi dispositivi in sede a Internet, in modo che il loro stato di funzionamento sia costantemente monitorato da una posizione centrale. Qualunque cosa accada può essere vista dal cloud in tempo reale e, una volta che si verifica un guasto, i tecnici possono semplicemente individuare il problema e intervenire immediatamente.

Con il crescente numero di dispositivi connessi a Internet e la generazione di volumi di dati sempre maggiori, i produttori e gli utenti non cercano solo una manutenzione più efficiente, ma anche maggiori informazioni ricavate dai dati per facilitare la crescita. Ciò implica un'analisi più approfondita dei dati, una migliore elaborazione e analytics. Tutte queste richieste stanno creando maggiori sfide tecniche per un ecosistema IIoT coordinato “cloud + edge”.

1. Raccogliere dati da diversi dispositivi

I dispositivi installati nei siti industriali continuano a catturare dati da diverse parti del sito, monitorando sia le macchine che l'ambiente. Poiché questi dispositivi sono costruiti con interfacce diverse (porte seriali, porte Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi, ecc.), non è facile acquisire dati da tutti. Vari tipi di dispositivi in sede generano una grande quantità di dati, che rappresenta una grande sfida per i gateway che devono raccoglierli e elaborarli.

I diversi dispositivi comunicano con protocolli diversi. Anche all'interno della stessa categoria, possono esserci molte opzioni. Nel frattempo, alcuni produttori comunicano tramite i loro protocolli privati. Ciò crea problemi di compatibilità per gli utenti, poiché la maggior parte dei gateway tradizionali che trasmettono dati supportano solo alcuni di questi protocolli. Ciò significa che sono necessari diversi tipi di gateway per un singolo sito, il che implica enormi spese per le apparecchiature e costi elevati per il cambio di marca.

Con la crescente diversificazione dei dispositivi in sede e l'acuirsi del problema sopra menzionato, è necessario integrare più protocolli industriali e rendere compatibili anche i protocolli privati, in modo che i dati provenienti da fonti diverse possano essere trasmessi da un unico gateway IIoT "tutto in uno".

2. Pre-elaborazione dei dati all'edge

Nell'era del cloud computing, i dati vengono caricati sul cloud per l'elaborazione, l'archiviazione e l'analisi. Poiché vengono generati costantemente grandi quantità di dati, il carico sul cloud è notevole. Se tutti i dati venissero inviati al cloud bit per bit, si dovrebbe attendere che il cloud li riceva tutti e risponda con un comando (o talvolta senza alcun comando) prima di procedere con ulteriori azioni. Ciò comporta una notevole latenza nella trasmissione dati. Anche se il 5G può risolvere il problema della velocità, il cloud è sovraccarico di enormi quantità di dati.

Da qui il concetto di edge computing. Con condizioni preconfigurate o strumenti programmati, i dati raccolti da diversi dispositivi possono essere filtrati vicino al luogo in cui vengono generati (l'"edge"). Alcuni di essi possono essere elaborati localmente. Ad esempio, se viene raggiunta una certa soglia, il gateway può rispondere immediatamente inviando, ad esempio, avvisi al personale di manutenzione o modificando i parametri dei PLC. Può anche controllare altri dispositivi a valle tramite I/O quando vengono soddisfatte determinate condizioni, in modo che i controllori che utilizzano protocolli diversi possano scambiare dati.

I dati "puliti" vengono quindi inviati al cloud. Questo non solo consente di risparmiare flusso di dati e larghezza di banda, ma soprattutto alleggerisce il carico sul cloud.

3. Caricare i dati sul cloud

Il mondo di oggi è sempre più guidato dai dati. Come parte centrale dell'ecosistema Industrial Internet of Things, il cloud svolge un ruolo fondamentale nella gestione centralizzata, nell'analisi dei dati e nel processo decisionale.

Così come i dispositivi di raccolta dati differiscono per protocolli di comunicazione, anche i diversi cloud variano per metodi di connessione e interazione. La logica di interazione tra cloud e le funzioni richieste dall'edge sono anch'esse diverse. Pertanto, inviare dati al cloud comporta molto lavoro nell'integrazione del gateway e del cloud.

Un gateway cloud consente agli integratori di sistemi di connettersi al cloud con facilità e la maggior parte degli utenti richiede un'interazione personalizzata con il cloud per caricare i propri dati. Fortunatamente, con l'avanzare della tecnologia, i gateway cloud di oggi supportano generalmente i principali cloud Industrial Internet of Things. Bastano pochi passaggi per configurare il cloud in modo che i dati possano facilmente viaggiare dalla sorgente al cloud.

Mentre gli integratori di sistemi cercano di monitorare tutto dal cloud per garantire il corretto funzionamento dei loro sistemi, i produttori devono gestire le loro fabbriche tramite SCADA. Pertanto, il gateway consente ai sistemi SCADA locali di acquisire dati tramite protocolli industriali e al cloud tramite MQTT.

4. Implementare progetti digitali

La digitalizzazione completa richiede tempo. L'avvio di un nuovo progetto di solito comporta un notevole lavoro per preparare i dispositivi, integrarli e programmare le applicazioni. In un mondo che si muove velocemente, il tempo è tutto.

Una soluzione "cloud + edge" dovrebbe essere facile da implementare e configurare, in modo che i nuovi progetti possano essere realizzati il prima possibile. Con l'emergere di sempre più strumenti di gestione, è quasi scontato che questi gateway possano essere gestiti da una piattaforma cloud. La configurazione web è supportata e la configurazione può essere importata ed esportata. L'implementazione e la gestione dei batch possono essere facilmente eseguite sulla piattaforma.

Per soddisfare le esigenze aziendali in continua evoluzione e rispondere in modo flessibile ai nuovi requisiti man mano che i progetti avanzano, la personalizzazione diventa necessaria. Ad esempio, la piattaforma cloud ha bisogno di un supporto diverso dal gateway nella sua iterazione; man mano che l'analisi dei dati si approfondisce, è necessario regolare la logica di elaborazione dei dati a livello edge.

Riepilogo

Il cloud e l'edge stanno lavorando in modo senza precedenti nell'Industrial Internet of Things. Attraverso un'efficiente coordinazione "cloud + edge", possiamo fare un uso migliore dell'edge, avere una migliore comprensione di ciò che accade sul campo, assicurarci che i dispositivi funzionino in modo efficiente e stabile, e quindi offrire una migliore esperienza utente. Con un database più efficiente e solido, possiamo trarre migliori informazioni per il miglioramento del prodotto e l'ottimizzazione dei parametri, aumentando la competitività nell'era dell'Industry 4.0.