Il settore automotive è considerato un pioniere dell’implementazione di processi a elevata automazione e strategie di produzione all’avanguardia. Un esame più attento rivela tuttavia che ciò vale soltanto per singole sezioni degli stabilimenti. Manca una rete uniforme che consenta ai produttori di monitorare e controllare in modo efficiente il processo di produzione complessivo. Le reti OPC UA TSN si prefiggono di colmare precisamente tale lacuna.
Ormai da anni le scocche delle vetture vengono assemblate saldandole mediante robot altamente sincronizzati all’interno di linee di produzione totalmente automatizzate, lasciando al personale unicamente il compito di sorvegliare che le macchine funzionino correttamente. “Quello che sembra un esempio perfetto di produzione futuristica presenta tuttavia un punto debole”, afferma Uwe Siebert, Key Account Manager presso B&R. Non esiste infatti alcuna tecnologia di comunicazione uniforme fra le singole fasi di produzione. Al contrario, lo scambio dei dati può avvenire soltanto tramite interfacce programmate appositamente. “Non esistono né un controllo uniforme della produzione, né risorse di dati condivise”.
Uwe Siebert, Key Account Manager presso B&R
Connettività digitale
In molti casi, ciascuna sezione di uno stabilimento non si avvale solamente di un proprio sistema di controllo, ma anche di un’infrastruttura IT separata. “Configurare e amministrare un numero così elevato di reti è dispendioso in termini economici e di tempo”, afferma Stefan Bina, Technology Manager - Open Automation presso B&R. Le comunicazioni fra tali isole separate sono possibili soltanto tramite gateway programmati appositamente. “In tale ambito si spreca una grande quantità di risorse”. Mentre i processi e le procedure all’interno di una determinata sezione di uno stabilimento sono altamente ottimizzati e automatizzati, vi è un livello appena marginale di interazione fra le singole fasi della produzione.
“Una rete uniforme è un primo passo verso una produzione connessa in modo digitale”, aggiunge Bina. Per conseguire tale obiettivo occorre una tecnologia di comunicazione comprensibile per tutti i dispositivi e i componenti, indipendentemente dal loro produttore. Fra questi figurano non soltanto intere linee e macchine, ma anche singoli sensori e attuatori, nonché sistemi di livello più alto, come quelli MES, SCADA ed ERP.
Comunicazioni vendor-independent
“I requisiti su tale tecnologia di comunicazione sono elevati”, sottolinea Bina. La tecnologia deve ad esempio consentire la sincronizzazione real-time degli assi. Essa deve inoltre essere vendor-neutral e disporre di meccanismi di sicurezza integrati per il trasferimento dei dati al cloud.
“Le reti OPC UA TSN rappresenteranno un enorme progresso per il settore automotive”, sostiene convinto Siebert. Esse non si limiteranno a consentire le comunicazioni real-time fra le varie sezioni degli stabilimenti, ma renderanno anche più rapide, efficienti e coerenti quelle con i sistemi di livello superiore. La pianificazione della produzione potrà a sua volta diventare più accurata, reagendo in tempo reale ai colli di bottiglia. I dati storici disponibili potranno essere visualizzati in qualunque momento dai controllori finanziari o dalla direzione.
Stefan Bina, Technology Manager - Open Automation, B&R
Analisi di grandi volumi di dati
“Le reti OPC UA TSN consentono di raccogliere e analizzare grandi volumi di dati, ad esempio su un edge controller o nel cloud”, afferma Bina. Una volta preparati, i dati potranno essere utilizzati per ottimizzare i processi di produzione. Tutto questo sarà reso possibile dai modelli informativi dell’architettura unificata OPC UA. “Il protocollo non si limita a trasportare dati adimensionali”, spiega Bina. Il valore di ciascuna variabile può invece essere accompagnato da informazioni aggiuntive, come unità, limiti e descrizioni. “Ciò agevola enormemente le comunicazioni e l’elaborazione dei dati in tutti i sistemi multi-vendor”, sottolinea Bina. I dispositivi di produttori diversi potranno comunicare gli uni con gli altri nell’ambito di un unico sistema, senza dover programmare alcun gateway o interfaccia.
Dovendo gestire, configurare e amministrare un’unica rete, i costi si riducono drasticamente. “Non occorrono più dieci specialisti diversi per dieci protocolli distinti”, sottolinea ancora Bina. “Stiamo attualmente lavorando con molte altre aziende IT e di automazione su meccanismi che consentiranno presto alle reti OPC UA TSN di auto-configurarsi. Anche la diagnostica sarà inoltre molto più agevole rispetto a quella delle reti attuali”.
La catena di valore connessa
“I vantaggi delle reti OPC UA TSN non si esauriscono nel piano di produzione”, aggiunge Bina. È possibile collegare in rete in modo migliore l’intera catena di valore. Quando si è in grado di valutare in tempo reale i dati di produzione, è possibile programmare la collaborazione con i fornitori in modo più preciso e con un livello più elevato di automazione ed è inoltre possibile integrare in modo più completo anche il settore post-vendita.
“Le reti OPC UA TSN rappresentano un’eccellente opportunità per il settore automotive”, riassume Siebert. Una tecnologia di comunicazione uniforme consentirà ai produttori di rendere le proprie linee di produzione molto più efficienti che in passato. La produttività e la redditività seguiranno di pari passo.
Autore: Stefan Hensel, Corporate Communications Editor, B&R
Evoluzione delle reti OPC UA TSN
Per consentire alle reti OPC UA TSN di soddisfare i requisiti industriali, negli ultimi anni sono state lanciate tre estensioni di rilievo degli standard esistenti, vale a dire:
- L’aggiunta di un modello publish/subscribe: l’architettura unificata OPC UA si basa su un meccanismo client/server. I client richiedono informazioni e ricevono una risposta da un server. Quando il numero di nodi di una rete è molto elevato, tale sistema presenta delle limitazioni. Il modello publish/subscribe consente viceversa comunicazioni one-to-many e many-to-many. I server inviano i loro dati in rete (publish) e ogni client può riceverli (subscribe).
- L’estensione dei collegamenti in rete sensibili al fattore tempo (TSN, Time-Sensitive Networking) promette un miglioramento. La sigla TSN si riferisce a una serie di standard subordinati della famiglia IEEE 802.1 di standard Ethernet. L’estensione in questione aggiunge capacità real-time alla trasmissione dei dati tramite le normali reti Ethernet.
- La definizione di un meccanismo automatico di configurazione per le reti OPC UA TSN: presto si configureranno automaticamente anche le grandi reti dinamiche dotate di OPC UA TSN.
Le attività di specifica relative a una parte considerevole degli sviluppi necessari sono ormai state completate. Sono attualmente in corso l’ottimizzazione dell’interazione fra le tecnologie su banchi di prova multi-vendor e il collaudo dei primi prototipi predisposti per le reti OPC UA TSN.