Ve ne avevamo dato un anticipo in occasione di Siemens Digital Automation Week (ne abbiamo parlato qui). Oggi, a distanza di tempo, torniamo a focalizzarci su Industrial Edge, la soluzione Siemens che porta l’IT nell’ambiente di produzione. Si tratta di una soluzione di digitalizzazione che aggiunge l’elaborazione dati (mondo IT) a livello di macchina ai dispositivi di automazione (mondo OT), portando in modo sicuro la potenza, la flessibilità e l’intelligenza dell’Edge Computing, e quindi un’analitica sofisticata, al livello di produzione. La vera chiave di innovazione di questa piattaforma risiede nell’edge management, cioè il sistema di gestione di Industrial Edge, dal quale gli utenti possono monitorare, da remoto, lo stato di ogni dispositivo connesso, e installare, configurare e aggiornare comodamente a distanza le app edge sui dispositivi edge distribuiti nelle varie linee di produzione. Un ulteriore elemento distintivo di questa piattaforma consiste nell’apertura del software, che non offre soltanto soluzioni pronte all’uso ma dà anche l’opportunità di scrivere applicazioni tramite linguaggi IT tradizionali; è quindi possibile sviluppare applicazioni ad hoc per l’elaborazione dati a livello di produzione con una gestione integrata del dispositivo e del ciclo di vita delle app.
La gestione centralizzata delle applicazioni minimizza o addirittura elimina completamente lo sforzo necessario alle attività di manutenzione e agli aggiornamenti delle applicazioni distribuite sui vari dispositivi installati. I dispositivi edge possono quindi essere monitorati centralmente con semplicità, diagnosticati e gestiti da amministratori IT e ingegneri di produzione. Questo significa che le nuove applicazioni software possono essere installate a livello aziendale, e in modo sicuro su tutti i dispositivi Industrial Edge collegati. Industrial Edge ha adottato la tecnologia standard aperta di Docker che permette di sfruttare il software già precedentemente sviluppato inserendolo all’interno di un container grazie alla tecnologia aperta di Docker, e poi applicarlo in pochi passi direttamente su Industrial Edge, eliminando così le pesanti limitazioni delle dipendenze a librerie comuni e a diversi sistemi operativi.
Con questo pacchetto integrato di soluzioni per l’automazione industriale, Siemens promuove anche la “contaminazione” tra prodotti, applicazioni e idee grazie a una tecnologia aperta. Industrial Edge invita di fatto la community del mondo open source, attraverso attività di sharing e co-creation, a concepire e poi progettare nuove soluzioni, software e applicazioni. Standard aperti, come ad esempio Docker, permettono poi di limitare i rischi connessi all’investimento, assicurando una maggiore facilità nella prima fase di implementazione. In questo modo, oltre a Siemens, altre aziende e altri programmatori possono dare il proprio contributo. Industrial Edge semplifica la raccolta e l’analisi dei dati delle macchine e porta gli standard IT, come le app basate su container (Docker), l’analisi e l’elaborazione dei dati basati su linguaggi di alto livello e la gestione centrale di software e dispositivi direttamente nella produzione – integrata nei sistemi di automazione.
Gli utenti possono sviluppare le proprie app edge così da soddisfare pienamente i propri scopi industriali. Infatti, la piattaforma è stata studiata appositamente per adattarsi ad esigenze specifiche; basti pensare che le macchine di produzione, le macchine utensili e gli impianti pongono requisiti diversi per l’analisi dei dati macchina. Per diffondere maggiormente i vantaggi relativi all’utilizzo di applicazioni di Industrial Edge c’è Marketplace. Funziona da punto di ingresso per le proposte di applicazioni sviluppate da Siemens oppure da sviluppatori di app, rendendo semplice trovare e acquistare ciò di cui si ha bisogno. Le applicazioni distribuite su Marketplace sono sia gratuite che a pagamento. Alcuni elementi sono “made in Siemens”, ma già vi sono ospitate applicazioni e servizi di terze parti, mettendo quindi il Marketplace al centro dell’ecosistema di partner della piattaforma con l’obiettivo di aumentare nel beve periodo le app fatte da altri fornitori di tecnologia. Ogni cliente che sviluppi una app Industrial Edge per propri progetti interni potrebbe considerare l’ipotesi di metterla sul Marketplace, cosa che potrebbe portare a una rapida crescita del numero di app presenti.
Per quanto riguarda invece gli aggiornamenti funzionali e di sicurezza, è Siemens a fornirli tramite il sistema di gestione Edge. Questi possono poi essere programmati per il roll-out ai dispositivi edge collegati per soddisfare i requisiti di sicurezza di una soluzione IoT industriale. Con questa piattaforma di gestione pronta all’uso, gli amministratori IT possono distribuire le app Edge in modo altamente automatizzato e affidabile nella produzione e gestirle durante l’intero ciclo di vita. Inoltre, la libertà da effetti retroattivi tra l’automazione e i sistemi edge li aiuta a garantire un’elevata disponibilità del sistema della soluzione di automazione. Massimiliano Galli, responsabile segmento business Automation Systems di Siemens SpA, in occasione della presentazione della piattaforma IT di edge computing aveva affermato che «Industrial Edge rivoluzionerà il mondo dell’automazione portando non solo un prodotto, ma una serie di contenuti che il mercato potrà sviluppare in modo libero e aperto. È una tecnologia abilitante che diventa elemento differenziante e di velocità rispetto a quanto c’era in passato».
Software e hardware nella piattaforma Industrial Edge
Come abbiamo visto, la piattaforma di edge computing Industrial Edge costituisce, grazie alle sue caratteristiche distintive, un vero e proprio ecosistema in grado di collegare, e far dialogare tra di loro, dispositivi Edge, app e connettività Edge, e un sistema di gestione centrale. Il Marketplace di Siemens, sulla falsariga dei più comuni app store consumer, permette di accedere gratuitamente a un’ampia selezione di applicazioni, come ad esempio MindSphere (il sistema operativo cloud IoT) e Mendix, piattaforma low-code per sviluppare applicazioni mobili e web specificatamente dedicata a Industrial Edge. La disponibilità di app – suddivise in diverse categorie (raccolta, elaborazione, visualizzazione e analisi dati, dashboarding, condition monitoring, manutenzione predittiva, ecc.), permette all’utente finale di fare moltissimo, non solo sperimentare ma iniziare a lavorare concretamente secondo le proprie specifiche necessità. La registrazione su Marketplace di Siemens è totalmente gratuita e consente di acquistare o prendere in abbonamento le app utili al proprio business: per ogni bisogno, esiste un’applicazione che lo soddisfa. Gli amministratori IT possono mettere in azione rapidamente e facilmente i requisiti, e gestire e distribuire centralmente gli aggiornamenti e le nuove applicazioni.
Industrial Edge rende molti compiti più facili, poiché è possibile automatizzare quelle che prima erano fasi manuali. Anche l’hardware necessario, così come i dispositivi Edge e i gateway, sono già pronti per l’industria e possono essere utilizzati direttamente sulla macchina anche in condizioni ambientali difficili. Per quanto concerne gli elementi hardware di questa piattaforma tecnologica integrata, è inoltre importante sottolineare come i dispositivi edge siano stati studiati per offrire la massima sicurezza operativa, non solo dal punto di vista dei classici fattori ambientali (resistenza a calore, umidità, vibrazioni, polvere) ma anche e soprattutto da quello della cybersecurity, precauzione importante in tempi di sempre più frequenti attacchi hacker agli stabilimenti. Il firmware delle macchine è basato su Linux e implementa procedure di boot sicuro e monitorato, oltre a gestire il criptaggio della memoria di massa sfruttando i chip Tpm (Trusted Platform Mobile). Inoltre, anche le comunicazioni con dispositivi esterni sono criptate sfruttando il collaudato standard Tls 1.2. Industrial Edge aiuta di fatto ad ottimizzare la disponibilità e le prestazioni delle macchine e degli impianti produttivi, e permette di ottenere ancora di più dai dati esistenti. Consente così ai costruttori di macchine di sviluppare nuove strategie di servizio e modelli di business.
I case study di Datwyler Pharma Packaging Italy e Marchiani
Contestualmente all’annuncio ufficiale della disponibilità della piattaforma, Siemens ha mostrato due nuovi casi di successo. Il primo riguarda Datwyler Pharma Packaging, che produce articoli di gomma, alluminio e materie plastiche per uso farmaceutico. L’azienda ha connesso le macchine dello stabilimento con Industrial Edge per accedere ai dati riguardanti le prestazioni dei macchinari. Andrea Greggio, Engineering & Digitalization Manager di Datwyler, ha spiegato che «era per noi basilare trovare una soluzione che ci permettesse di lavorare in locale (Edge computing), in modo da ottenere rapidamente i primi risultati di analytics dell’impianto, unitamente alla possibilità futura di accedere ai benefici del cloud, allargando e potenziando l’analisi dei big data. La visione è, infatti, quella di rendere questa architettura standard all’interno di tutto il Gruppo e procedere così alla connessione di ogni macchina, che diventerà̀ quindi una preziosa fonte di dati per tutti gli stabilimenti nel mondo».
Il secondo caso riguarda invece Marchiani Srl, che produce linee per i settori food&beverage, pharma e logistica. Obiettivo del progetto era di migliorare le condizioni di lavoro, creare nuovi modelli di business e aumentare produttività e qualità. Industrial Edge ha permesso di vedere in tempo reale i dati delle performance e dei parametri delle macchine, integrare digitalmente tutte le componenti della linea e interfacciarla con i sistemi gestionali aziendali. Tomas Marchiani, titolare dell’azienda, ha detto che «inizialmente si pensava alla necessità di uno sviluppo interno di 2 mesi con circa 2 risorse; in realtà̀ l’impegno è stato di circa 1 mese con una persona sola. Questo incredibile risultato va attribuito alla semplicità̀ d’utilizzo del sistema Iot e della piattaforma Industrial Edge […] che ci ha permesso di ridurre i downtime e di controllare e mantenere il sistema a distanza, riuscendo ad eseguire tutte le operazioni da un sistema di gestione centralizzato».
Innovazione nella continuità
L’edge computing colma il divario tra sistemi IT e OT in azienda. Di fatti, questa tecnologia permette una maggiore integrazione tra i due mondi, proponendosi come una soluzione intelligente che avvicina l’officina e i processi operativi ai sistemi aziendali di livello superiore. L’interfaccia tra IT e OT è semplificata, e l’elaborazione della gran mole di informazioni prodotte dai dispositivi aziendali può essere eseguita in sede o in prossimità di una particolare origine dati, riducendo al minimo la necessità di elaborare i dati in un data center remoto. Nel definire la sua piattaforma Edge, Siemens ha sfruttato l’esperienza fatta con Tia (Totally Integrated Automation), la piattaforma di automazione digitale che da anni è un cavallo di battaglia della multinazionale. E quindi Industrial Edge contiene anche soluzioni pensate in ottica di continuità con i precedenti approcci all’automazione. «Chi ha un’automazione in fabbrica basata su Plc, spesso non è molto propenso a cambiare i suoi sistemi con altri basati su edge device. Per rispondere proattivamente a questi casi, abbiamo progettato un dispositivo specifico: si chiama S7-1500 TM MFP ed è un “Technology Module Multifunction Platform” che ha lo stesso fattore di forma dei Plc S7-1500, ma contiene potenza di calcolo, sistema operativo e firmware rendendolo un dispositivo edge appartenente alla piattaforma Industrial Edge» ha precisato Cristian Sartori, Team Leader Automation Group in Siemens SpA.
Anche i nuovi pannelli operatore si inseriscono in un discorso di continuità. «Posso sostituire i tradizionali pannelli con i nuovi modelli Unified Confort Panel, che sono in grado di sfruttare tecnologie come Html5, Javascript, eccetera, ma soprattutto sono già, di default, dei dispositivi edge. Hanno una Cpu segregata con un runtime sicuro per alloggiare applicazioni». Un ultimo elemento hardware di continuità è rappresentato dalle unità Scalance e Ruggedcom, la linea degli switch Industrial Ethernet di Siemens. «Anche per la famiglia Scalance e Ruggedcom ci sarà una versione Edge, che potrà essere collegata e gestita tramite il sistema di Edge Management, esattamente come i pannelli operatore che abbiamo appena citato. Tutto questo hardware fa parte dello stesso ecosistema, e qui farò girare per esempio applicazioni legate all’industrial security». In questo modo, sarà possibile per esempio fare la gestione della sicurezza delle comunicazioni dati senza dover imparare un altro sistema operativo (per la gestione dello switch) e senza dover utilizzare piattaforme di gestione separate. «Gestisco tutto dallo stesso Edge Management, con lo stesso grado di esperienza, quindi è veramente una soluzione trasversale» conferma Sartori. Il sistema così concepito è nettamente più aperto di quello tradizionale. «In futuro, contiamo anche di fornire il runtime in licenza alle terze parti, e sarà anche possibile installarlo per esempio su macchine virtuali» commenta Sartori.
L’Ia arriva sull’edge
Un’altra caratteristica annunciata per la piattaforma Industrial Edge è la capacità di portare a bordo macchina sistemi in grado di far girare algoritmi di intelligenza artificiale. Di norma, questi algoritmi hanno bisogno di grandi moli di dati – soprattutto nella fase di addestramento dei modelli, ma anche nell’uso giornaliero devono analizzare spesso la totalità delle informazioni prodotte da una macchina. Questo complica molto la realizzazione di una soluzione, perché spostare molti dati verso computer più potenti (per esempio in cloud) impegna molta banda, senza parlare poi dei problemi dei tempi di latenza eccetera. Far girare gli algoritmi a bordo macchina risolverebbe il problema alla radice. Ma come fa il cliente a capire se ha bisogno dell’Ai per risolvere un problema? «Prendiamo molto sul serio l’Ia. A volte capita che i clienti ci chiedano “un po’ di intelligenza artificiale”. Il fatto è che hanno voglia di provarla, ma non sanno bene cosa possono ricavarne. Noi abbiamo prodotti per l’Ia in portfolio, e abbiamo visto che la cosa migliore, quando un cliente approccia l’argomento, è sedersi a un tavolo con un approccio consulenziale che parte da semplici domande: qual è il problema che hai, come hai provato a risolverlo, che grado di soluzione sei disposto ad accettare. Questo è fondamentale. Il secondo step che si fa è sapere che dati ha il cliente, e come aggiungere i dati mancanti. Terzo step è iniziare a valutare dei modelli per capire quali si possono applicare. La scelta dell’hardware di solito è solo l’ultima parte del processo».
Le esperienze fatte dai team Siemens sembrano indicare che, anche per i progetti Ia, l’approccio migliore è partire con progetti limitati e di breve durata, pochi mesi tipicamente, per poi farli scalare sull’intera azienda, piuttosto che partire con progetti faraonici, di lunga durata ed elevata complessità, che tengono impegnate le risorse anche per un paio d’anni prima di cominciare a vedere qualche risultato. Dal punto di vista hardware, Siemens ha in catalogo dispositivi di automazione dedicati all’Ia. Un esempio è il Simatic S7-1500 Tm Npu, che è un’ulteriore scheda tecnologica analoga ai Plc Simatic S7-1500, ma che contiene a bordo una Cpu, più precisamente un chip Intel serie Movidius che va sotto il nome di MyriadTMX Vision Processing Unit, con capacità di far girare algoritmi di Ai e di machine learning. «Abbiamo anche un case study italiano dove abbiamo utilizzato questo dispositivo. L’azienda è la Epf, realtà piemontese, che ha implementato grazie all’Npu un sistema di quality control basato su visione artificiale e Ia. Il sistema consente a un robot di riconoscere in modo automatico i componenti in uscita da una linea che produce componenti per l’automotive, e di rilevare eventuali anomalie nella qualità del materiale, cosa estremamente difficile da realizzare con i tradizionali algoritmi di machine vision». La soluzione proposta da Epf integra il componente attraverso il Tia Portal nella propria piattaforma di sviluppo aziendale, con il vantaggio di aver portato a bordo macchina queste tecnologie con la piattaforma Industrial Edge.
Full Stack IoT
Con l’arrivo di Industrial Edge, che va ad aggiungersi MindSphere ovvero “Industrial IoT as a service solution” e alla piattaforma di sviluppo low code Mendix, Siemens ha ottenuto quella che chiama “Full Stack IoT”. «È un’architettura che non ha pari in nessun altro vendor. È l’applicazione che decide se ha più senso elaborare il dato in locale, per un requisito di velocità o di security, o se è preferibile avere una vista dall’alto che solo il cloud come MindSphere ti sa dare». L’edge fornisce quindi anche un “boost” al cloud, ne evita la saturazione causata dall’eccessivo traffico dati, e ne migliora quindi l’efficienza. «Per esempio, posso pensare di istruire una rete neurale sfruttando la potenza del cloud, ma una volta che il sistema è addestrato sui dati di una macchina anche semplice, con 15 o 20 motori da tenere sotto controllo, con dati che arrivano ogni 125 microsecondi diventa poco utile trasferire e memorizzare in cloud le relative letture». Un edge computer attrezzato per l’Ia potrà leggere i dati in tempo reale, analizzarli localmente e capire se sono nella norma o se indicano un problema. Trasmetterli e storicizzarli nel cloud non mi serve più.
Proprio la connessione con il cloud è un aspetto dell’architettura complessiva che potrebbe rivelarsi critico. Fino a oggi, infatti, i grandi produttori di automazione hanno sempre fornito un proprio cloud ai propri clienti. A quanto sembra, con Industrial Edge il problema è stato superato. «Industrial Edge è una piattaforma aperta anche verso il cloud. Se il cliente ha già adottato un hyperscaler, come può essere Aws, Microsoft Azure, oppure Google Cloud Connect Platform, il nostro Industrial Edge ha già dei connettori che semplificano la vita del programmatore che deve portare il dato verso queste infrastrutture. Il nostro obiettivo è quindi quello di abilitare questa parte di connettività che si è fatta attendere per troppo tempo. In ambito cloud privati, posso citare il caso di un’azienda farmaceutica che ha sviluppato un proprio cloud http e ci ha chiesto il protocollo; l’abbiamo configurato con Industrial Edge, protetto e crittografato. È un’architettura completa, anche per la lettura dei dati, non solo attraverso protocollo e prodotti Siemens ma anche attraverso altri fornitori di tecnologia di automazione. Fin dalla versione iniziale Siemens ha reso disponibili questi protocolli: si tratta di un approccio aperto e molto innovativo». Niente più sistemi chiusi? «Sarebbe una guerra persa, ce ne siamo resi conto e ne abbiamo trovato riscontro anche nei clienti: si tratta davvero di una chiave di successo che accelera l’adozione della soluzione».
