Come può un’azienda manifatturiera interconnettere e digitalizzare le proprie macchine utensili o rendere i propri prodotti smart e interattivi con l’ecosistema che li circonda? Serve, ovviamente, una piattaforma IIoT (Industrial IoT), la tecnologia che consente agli oggetti di ricevere e trasmettere dati. La piattaforma IIoT di Zerynth – azienda pisana con un fatturato di circa un milione e 35 dipendenti fondata nel 2015 – ha risolto uno dei grandi problemi che affliggono le aziende che intraprendono la strada della digitalizzazione dello shopfloor o dei prodotti: la programmazione.
Infatti i dispositivi embedded che monitorano le funzionalità delle macchine utensili o dei prodotti sono microcontrollori embedded, che richiedono una precisa definizione della sequenza di istruzioni – grazie alla quale si realizza una certa operazione o si elaborano certi dati e non altri. Solo che la programmazione di questi device normalmente richiede competenze specifiche e la conoscenza di linguaggi informatici complicati.
Ecco, la piattaforma Industrial IoT di Zerynth ha semplificato questo passaggio, consentendo la programmazione in Python, un linguaggio fra i più abbordabili e diffusi, strutturalmente orientato all’IoT e alle applicazioni dell’AI – e, come vedremo, alla creazione di gemelli digitali. Si apprende in pochi giorni. Zerynth in pochi anni ha dato vita a oltre 3mila implementazioni di successo in imprese di settori industriali: meccanica, automotive, logistica, la refrigerazione industriale, la nautica e l’agricoltura. Tra le aziende che utilizzano le soluzioni di Zerynth, Vitesco Technologies, Continental, Sony, Autostrade per l’Italia, Vodafone Automotive, Armal e Pierucci Agricoltura. Ne abbiamo parlato con Gabriele Montelisciani, co-founder e Ceo di Zerynth.
Che cos’è e come funziona la piattaforma Zerynth
1) Cos’è la piattaforma IIoT di Zerynth
La piattaforma IoT di Zerynth è un set completo di strumenti hardware–software progettato per consentire una rapida trasformazione digitale delle imprese. L’azienda cliente può utilizzare la piattaforma sia per interconnettere le proprie macchine utensili e integrarle con il software e le tecnologie già presenti, che per creare nuovi prodotti “smart” o collegare e rendere interattiva la gamma già esistente.
2) Che cos’è l’IoT e perché le aziende sono interessate a questa tecnologia
L’internet delle cose è un sistema di dispositivi fisici che ricevono e trasferiscono i dati su reti wireless. La funzione è quella dello scambio informativo, ai fini dell’interpretazione dei dati provenienti dagli oggetti. Sotto il profilo industriale, prima dell’affermarsi di questa tecnologia, le macchine utensili lavoravano “isolatamente”, senza che si potesse conoscerne lo stato di salute. La manutenzione veniva svolta secondo tabelle periodiche predisposte dal produttore; ma era difficile, se non impossibile, immaginare il momento in cui la strumentazione si sarebbe guastata. Oggi, invece, la comunicazione tra i sensori che rilevano diverse grandezze critiche e i sistemi di elaborazione dei dati, sovente assistiti dall’intelligenza artificiale, consente la manutenzione preventiva o predittiva, utile per evitare i costosi fermi delle linee. Anche i prodotti erano venduti come oggetti a sé stanti; ora, invece, grazie a dispositivi IoT integrati, si consente loro di ricevere e trasmettere informazioni. Significa che i beni possono eseguire compiti, cambiare le proprie impostazioni, relazionarsi con l’ecosistema.
L’azienda produttrice può collegare al prodotto fisico un insieme di servizi che prima non erano immaginabili; gli utenti finali, d’altra parte, sono sempre meno interessati alla proprietà esclusiva del bene, preferendo soluzioni di servizio che consentano loro di vivere una customer experience soddisfacente. Di qui, peraltro, la nascita di nuovi modelli di business come il pay-per-use e la subscription: sono entrambi figli della servitizzazione, e contemplano ambedue l’abbandono del paradigma di “ownership”: in genere, il primo non prevede un canone fisso mensile o annuale; si paga quello che si usa; mentre l’abbonamento ha livelli di prezzo stabiliti. Per l’azienda produttrice, questi modelli comportano alcuni vantaggi. Ad esempio si dà vita ad una struttura di ricavi e flussi assai più costante e più prevedibile. In secondo luogo, si crea una loyalty passiva in grado di incidere sulle scelte future del consumatore, che resta in contatto con l’azienda grazie all’interconnessione dei prodotti. In terzo luogo, si acquista una maggiore fetta di mercato, relativamente a coloro che non possono permettersi l’acquisto del bene. Ancora, sui nuovi modelli se ne possono innestare altri, come il riciclo o il riuso, ampliando la vita utile (e produttiva di reddito) del prodotto.
3) Come funziona la Piattaforma IIoT di Zerynth?
Per Montelisciani «la piattaforma è una sintesi di tecnologie brevettate da Zerynth, azienda che nasce per semplificare la realizzazione di soluzioni IoT per le imprese». La platform è sostanzialmente un sistema operativo per i microcontrollori, e cioè per quei dispositivi elettronici integrati utilizzati nei sistemi embedded per applicazioni specifiche. Questi microcontrollori sono elementi fondamentali nei sistemi IoT, perché monitorano le funzionalità dei macchinari o dei prodotti. Tuttavia, richiedono una programmazione ben precisa, perché solo in questo modo si impostano le istruzioni da eseguire in sequenza per effettuare una certa operazione o una serie di elaborazioni sui dati. In effetti, la programmazione è la chiave per l’elaborazione dei dati. La programmazione, in genere, richiede competenze sofisticate e linguaggi complicati (C, C++). L’idea di Zerynth è stata quella di semplificare la programmazione, che può essere svolta in Python.
Per Montelisciani, «Python è molto simile al linguaggio naturale». Nel senso che la sintassi è asciutta ed efficace, e si apprende con facilità in pochi giorni. È strutturato per la programmazione orientata agli oggetti (object-oriented programming, “Oop”: è un paradigma che consente di definire oggetti software in grado di interagire gli uni con gli altri attraverso lo scambio di informazioni). Inoltre, gira sui principali sistemi operativi: Gnu/Linux, MacOS, Windows e Unix. È utilizzato per moltissime tipologie di applicazioni, dal networking, al web, ai calcoli scientifici fino all’intelligenza artificiale e al machine learning; e dispone di una nutrita quantità di librerie e framework, che semplificano il lavoro del programmatore. Per questi motivi è al primo posto al mondo come linguaggio da imparare tra coloro che non ne conoscono altri. Per Montelisciani «la piattaforma indirizza l’utente nella programmazione, già espressa in Python. Il linguaggio può essere costantemente affinato e arricchito».
4) La piattaforma consente di digitalizzare macchinari vetusti
«Se in azienda c’è un tornio degli anni Settanta, posso connetterlo e digitalizzalo. Come? Utilizzo un dispositivo IoT di campo dotato di un software dedicato, lo collego alla macchina, e poi creo un gemello digitale della strumentazione grazie alla piattaforma» – ha affermato Montelisciani. Il digital twin consiste in una replica digitale di entità fisiche, l’alter ego di dispositivi, infrastrutture, sistemi, prodotti e processi industriali. Grazie alla raccolta e all’elaborazione di dati, la copia virtuale che ne deriva è una rappresentazione tridimensionale dell’oggetto in tutte le sue caratteristiche funzionali, dall’elettronica alla meccanica, dalla fluidica alla geometria. «Grazie a Python, e alla sua predisposizione per l’AI, posso rendere il tornio smart, intelligente, in grado di interagire con le persone e con gli altri oggetti».
5) Dove vengono elaborati i dati?
I dati sono oggetto di una elaborazione preliminare da parte dei microcontrollori. Una selezione può essere inviata in Cloud per ulteriori esami. Sulla “nuvola”, peraltro, ci sono protocolli di sicurezza a livello industriale.
6) Convergenza It- Ot
Secondo Montelisciani, la piattaforma IoT «garantisce un’integrazione tra la parte It e quella Ot». Si parla della convergenza tra la rete industriale (Ot), grazie alla quale un’azienda può gestire l’attività una pluralità di macchinari, e quella It, che serve a memorizzare, recuperare, trasmettere e manipolare dati. È un tema industriale di primaria importanza, perché è la convergenza a consente il controllo effettivo e puntuale dello shopfloor.
7) La sicurezza
I dati sono già crittografati a livello locale; a questo si aggiunge quanto detto a proposito di Cloud.
Alcuni casi d’uso
1) Spresense di Sony programmata con Zerynth
La scheda Spresense – realizzata dalla multinazionale dell’elettronica di consumo giapponese Sony – e progettata per applicazioni IoT e multimediali, è dotata di un microcontrollore multicore che si può facilmente programmare in Python con il sistema di Zerynth.
2) Macchine e spese energetiche monitorate in Armal grazie all’IIoT di Zerynth
Armal è un’azienda di Certaldo (Firenze) che produce bagni chimici portatili e li esporta in 110 Paesi. L’azienda dispone di un parco macchine composto da presse per lo stampaggio a iniezione; strumentazione che ha una vita media di 15-20 anni. Armal aveva pertanto la necessità di modernizzare l’intero flusso di lavoro, per poter monitorare da remoto le macchine ed ottimizzare la loro produzione. Si intendeva poi ridurre il consumo energetico, molto sostenuto appunto a causa della datazione delle presse. Zerynth ha dunque sviluppato per Armal un sistema IIoT utilizzando il dispositivo industriale 4ZeroBox collegato direttamente al Cloud tramite lo Zerynth Device Manager.
4ZeroBox è un’unità hardware modulare di facile configurazione e programmazione: serve ad acquisire dati da sistemi esistenti ed è compatibile con sensori standard. In pratica, con 4ZeroBox un’impresa può digitalizzare asset industriali senza installare un Plc. Zerynth Device Manager serve invece per aggregare e gestire i dati dei dispositivi, per accelerare lo sviluppo di soluzioni IoT scalabili e affidabili. Per Montelisciani, «finalmente, con l’interconnessione delle macchine, si è compreso dove si verificavano le perdite energetiche e dove il flusso produttivo rallentava». In particolare, le spese per il consumo energetico dei macchinari si sono ridotte del 60%. In solo un anno e mezzo Armal ha recuperato il costo delle modifiche fatte alla strumentazione e in soli quattro mesi è stato ammortizzato l’investimento fatto in tecnologia IoT.
3) Le linee di assemblaggio di Vitesco diventano smart con gli algoritmi definiti in Python
Vitesco Technologies Italy è un’azienda di Pisa da anni attiva nella produzione di componenti per motori a combustione. In particolare, l’azienda dispone di linee di assemblaggio automatico per fabbricare iniettori di carburante. Queste includono un modulo di test che controlla le precedenti fasi di assemblaggio: in caso di esito positivo, il modulo procede lungo la linea, altrimenti viene rifiutato. Tuttavia può capitare che uno degli elementi del modulo non funzioni correttamente a causa dell’usura e che quindi, prima di rilevare un malfunzionamento della linea, produca molti falsi scarti. L’azienda intendeva abbattere i tempi, i costi e gli sprechi della produzione. Pertanto si è rivolta a Zerynth.
Secondo Zerynth, la soluzione che è stata applicata è caratterizzata da un’unità di controllo che raccoglie i dati disponibili dai sensori della macchina e li invia ad una piattaforma cloud. I segnali vengono quindi visualizzati sul cruscotto e sviluppati per il rilevamento precoce del guasto delle valvole. Tutti i dettagli vengono visualizzati su una dashboard personalizzabile. Il sistema è in grado di gestire tutti i dispositivi connessi, effettuare l’archiviazione temporale dei dati raccolti, visualizzare informazioni e messaggi inviati dai singoli dispositivi e organizzare questi ultimi per area di lavoro. Consente inoltre lo scambio dati con il cliente finale e l’invio di notifiche push in tempo reale. Per Montelisciani «è stato fatto un largo uso dell’intelligenza artificiale, grazie ad appositi algoritmi “scritti” in Python». Quanto ai risultati, si è ottenuto il monitoraggio completo da remoto, il 50% in meno delle operazioni manuali e la previsione dei malfunzionamenti in 24 ore, minimizzando i tempi di fermo.
4) Prodotti servitizzati per il settore primario con la soluzione IoT di Pierucci studiata da Zerynth
Pierucci Agricoltura è una azienda toscana specializzata nella fornitura di fertilizzanti e altri mezzi tecnici per agricoltura e vivaismo. Zerynth ha realizzato per Pierucci la soluzione IoT Nurset, che ha consentito all’azienda di rilevare anche da remoto informazioni sulla salute delle piante (umidità, salinità, temperatura del substrato e tempo di irrigazione), sulle prestazioni del sistema di irrigazione (consumo di acqua e pressione, potenza assorbita, livello fertilizzante) e sulle condizioni ambientali (temperatura, velocità e direzione del vento).
Con Nurset, i dati raccolti vengono inviati ad una piattaforma Cloud, dove sono esaminati. Nurset permette anche un’attuazione da remoto e in automatico dei dispositivi elettromeccanici di irrigazione e fertirrigazione. La soluzione – che in buona sostanza consente di migliorare la crescita delle coltivazioni, risparmiare il 20% di acqua e il 30% del tempo delle operazioni di monitoraggio – è poi stata messa sul mercato con successo da Pierucci, che ha così “digitalizzato” la propria offerta per il settore primario.
