MindSphere, il sistema operativo aperto per realizzare l’Industrial Internet of Things

L’Internet of Things è un argomento che vive oggi un ruolo da protagonista nell’industria: grazie alle tecnologie di Cloud Computing è possibile fare un’analisi remota di componenti presenti sul campo e accedere con semplicità a grandi quantità di dati che possono essere utilizzati nei sistemi di controllo e supervisione. MindSphere è il sistema operativo aperto che Siemens propone per realizzare l’Industrial Internet of Things.

Il gemello virtuale

Digitalizzazione dei prodotti e dei processi significa progettazione, simulazione e analisi preventiva dei risultati. Si può affermare che l’IoT rappresenta la digitalizzazione dell’operatività della macchina creando cosi il Gemello virtuale della produzione, un’analisi effettiva del suo funzionamento e di quello dell’impianto in cui opera.

Le macchine moderne sono elementi complessi dove convivono attuatori elettrici e meccanici, sensori, controllori, parti di potenza e molto altro: questi elementi generano dati caratteristici che descrivono il loro stato di salute, in che modo stanno lavorando e come viene influenzata la produzione della macchina stessa; si crea cosi l’esigenza di una piattaforma mirata alla raccolta e all’analisi di questi dati eterogenei, provenienti spesso da diversi fornitori e che comunicano con linguaggi non armonizzati.

Da qui la grande opportunità di valutare questi dati provenienti dal campo (Operation Technology) e ricavarne indicatori di prestazione (OEE – Overall Equipment Effectiveness, KPI – Key Performance Indicator, Efficienza, Disponibilità, Produttività etc.).

La realizzazione di queste funzionalità avviene in tre passaggi, la connettività, la piattaforma cloud e l’analisi attraverso algoritmi e applicazioni dedicate: Mindsphere, la piattaforma Cloud di Siemens per realizzare l’Industrial Internet of Things, il pilastro su cui si basa l’Industria 4.0 e la digitalizzazione delle macchine e dei processi, è un sistema operativo aperto per l’Internet of Things cloud-based, una cosiddetta “Platform as a Service (PaaS)” su cui è possibile sviluppare, eseguire e fornire applicazioni (Apps) e servizi digitali. Analizzando i dati e utilizzando il motore di Machine Learning integrato, il sistema è in grado di suggerire azioni concrete che consentono di ottimizzare continuamente la produzione o un processo.

Connettività

Siemens ha una base installata di circa 30 milioni di sistemi d’automazione grazie ai quali è possibile in maniera facilitata prelevare i dati dal campo (valori di un sensore, velocità di un motore, pressione di una pompa, vibrazione di un asse meccanico etc.).

Proprio grazie alla sua ampia e capillare esperienza nel mondo dell’automazione, Siemens affronta il tema dell’IoT in maniera completa, partendo direttamente dalla sorgente dei dati arrivando all’analisi Smart degli stessi.

L’apertura di MindSphere anche verso sistemi di terze parti garantisce all’utilizzatore di convogliare tutti i dati generati dall’impianto su un’unica piattaforma, armonizzando e migliorando il processo di Data Analysis.

La piattaforma

La piattaforma Cloud è stata sviluppata da Siemens per essere scalabile su infrastrutture pubbliche o private. Le risorse come ad esempio Database e Virtual Machine sono allocate secondo necessità rendendo il sistema sempre disponibile anche nel caso avvengano migliaia di accessi contemporaneamente. Confrontandola con una soluzione di analisi dati locale emergono molti vantaggi: non serve acquistare Server o licenze per sistemi operativi, Database o software di analisi dati; non serve occuparsi della manutenzione e assicurare la sicurezza e l’impenetrabilità del sistema perché utilizzando MindSphere si può fruire di tutte queste funzioni semplicemente come un servizio.

Un costruttore con svariate macchine simili installate nel mondo, grazie a Mindsphere, potrà ora confrontare variabili di produttività e diagnostica di tutte le sue macchine contemporaneamente riuscendo, grazie ad un’analisi incrociata, a evitare che un’anomalia rilevata su una macchina si possa ripetere anche sulle altre individuando una variabile “spia” (come, per esempio, aumento dei consumi medi di un drive oppure delle vibrazioni legate al movimento di uno snodo meccanico).

 

API, Applicazioni e MindSphere Store

Le Applicazioni operano sul cloud sfruttando le Application Programming Interface (API) disponibili ed elaborando i dati provenienti dal campo; esse contengono le funzionalità chiave dell’analisi come il monitoraggio, la manutenzione predittiva o la valutazione delle prestazioni; possono essere sviluppate in linguaggi aperti e pubblicate sul MindSphere Store, un vero repository di APP accessibile dagli utilizzatori che possono scegliere di utilizzare l’APP più indicata per il proprio impianto.

Sicurezza e Privacy

La Cyber Security è parte integrante di MindSphere, la comunicazione fra le reti di ufficio (IT) e di produzione (OT) – finora distinte – va gestita attentamente per evitare di mettere a repentaglio i requisiti dell’impianto produttivo e sottoporlo a possibili Cyber Attacks. Defense in Depth è il modello di protezione multistrato di Siemens che prevede tre livelli: sicurezza di impianto, sistema e reti, secondo gli standard di sicurezza nel settore dell’automazione industriale; il tutto in conformità completa allo standard IEC 62443 e all’implementazione del General Data Protection Regulation (GDPR).

I vantaggi

MindSphere garantisce una comunicazione semplice all’interno della fabbrica intelligente, un miglioramento dell’efficienza e un aumento della produttività.

Funzioni come l’analisi prestazionale, la manutenzione predittiva, la reportistica e molto altro sono facilmente realizzabili. Come risultato, l’immensa quantità di dati prodotta da un impianto o da un’azienda può essere raccolta e analizzata in modo efficiente e veloce con il fine di migliorare la manutenzione e la produzione; analizzando i dati poi, il sistema è in grado di suggerire azioni concrete che consentono di ottimizzare continuamente la produzione o un processo.

Non solo le macchine ma anche gli operatori possono sfruttare i benefici della piattaforma per agevolare la manutenzione o per ricevere informazioni sui processi produttivi, accedendo a documentazione istruttiva online.

I benefici dell’Industrial Internet of Things sono utili sia all’utilizzatore di una macchina ma anche al costruttore della stessa: l’OEM infatti può implementare nuovi modelli di business, ad esempio contratti di service su misura in funzione dell’utilizzo del bene, la vendita della produttività al posto della macchina, il monitoraggio del semilavorato al fine di rifornire l’utilizzatore non appena questo scarseggi e molto altro.

L’ecosistema dei partner e MindSphere World

Una piattaforma IoT ha bisogno di un ecosistema attivo composto da partner tecnologici, sviluppatori di APP, System Integrator e clienti che contribuiscano attivamente alla sua crescita condividendo i casi di successo e fornendo feedback reali sul suo utilizzo. Per questo Siemens offre la possibilità di aderire al Partner Program, un gruppo di aziende innovative che partecipano alla crescita del sistema.

E’ recente la nascita in Germania di MindSphere World, un’organizzazio­ne mondiale di aziende che promuove l’utilizzo del sistema e il suo posizionamento a livello globale. L’associazione è pronta a compiere il prossimo passo in Italia, creando una corrispondente organizzazione di utenti MindSphere nel nostro paese, il secondo a livello mondiale subito dopo la Germania. L’organizzazione si pone l’obiettivo di espandere la portate globale dell’ecosistema basato su MindSphere, e di pro­muovere la ricerca e sviluppo oltre che il training in am­biente MindSphere e la definizione di regole uniformi per l’utilizzo dei dati.

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