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Scenari di IoT connectivity

La connectivity IoT e l’Industrial M2M come basi della smart factory

Qual è il ruolo della connettività M2M per creare percorsi di Industrial IoT e smart factory efficaci, a portata di PMI.

27 Feb 2019

Le tecnologie digitali hanno un impatto sempre più rilevante all’interno del settore manifatturiero e nelle PMI in particolare, legato principalmente agli approcci di Industria 4.0 e Industrial IoT ma non solo… Si tratta di un percorso già avviato da anni, che nell’ultimo biennio ha subìto un’accelerazione in Italia, sotto la spinta del Piano Nazionale Industria 4.0 prima, e del Piano Nazionale Impresa 4.0 poi. Un aspetto chiave è quello della trasformazione digitale della manifattura, avviata già da diversi anni lato backoffice e finance ma che, più di recente, si è estesa ad altre funzioni aziendali, coinvolgendo sempre più attivamente anche le PMI.

Nuove opportunità e incentivi per le PMI dal piano Industria 4.0

Negli ultimi due anni la digitalizzazione nel comparto industriale italiano è quasi raddoppiata, spinta da una politica industriale mirata e rafforzata dagli incentivi pubblici, che hanno aumentato la consapevolezza della crucialità di un approccio di Industria 4.0 anche nelle PMI. Secondo dati di Confcommercio, le PMI rappresentano il 95% delle realtà produttive in Europa, con un fatturato generato di 3,9 miliardi di euro. In Italia, poi, le PMI pesano addirittura per il 99% delle imprese e il 79% del totale degli occupati. Le PMI sono, quindi, uno degli elementi fondanti dell’economia del nostro continente, e dello Stivale in particolare, oltre che una leva per l’innovazione e la valorizzazione del “made in Italy”.

Il Piano Nazionale Industria 4.0 ha svolto negli ultimi due anni un’importante funzione di acceleratore per gli investimenti in digitalizzazione delle imprese. Presentato nel settembre del 2016, il Piano, rinominato di recente Impresa 4.0, è stato rimodulato nel corso degli anni. La Legge di Bilancio 2019 ha introdotto una serie di modifiche tese a favorire la diffusione degli approcci di smart factory e manufacturing 4.0 soprattutto nel comparto delle PMI. In particolare, l’incentivo dell’ iper-ammortamento è salito al 270% (in origine era al 150%) per gli investimenti fino a 2,5 milioni di euro, mentre è stata ridotta l’aliquota per gli investimenti di valore più elevato. Reintrodotto anche il “bonus formazione 4.0”, con un voucher che arriva fino a 40mila euro destinato proprio alle piccole e medie imprese. A questi interventi si accompagnano nuove agevolazioni per le assunzioni di innovation manager e la proroga della Nuova Sabatini, con l’aumento dei finanziamenti agevolati (il 30% delle risorse, contro il 20% dello scorso anno) per le PMI che investono in tecnologie digitali come cloud, Big Data, robotica e connettività IoT.

La roadmap Industry 4.0 e IIoT per le PMI

Secondo i dati dell’ultimo Osservatorio Industria 4.0 del Politecnico di Milano, il valore complessivo dei progetti legati all’Industry 4.0 in Italia è di circa 2,4 miliardi di euro, tra soluzioni ICT e servizi collegati, con una crescita del 30% rispetto al 2017 e un valore quasi raddoppiato in soli tre anni. Nove progetti su dieci afferiscono all’Industrial IoT, alle analytics e al cloud manufacturing mentre circa 400 milioni rappresentano l’indotto degli investimenti in progetti tradizionali di innovazione digitale.

Il concetto di Industry 4.0 ha diverse declinazioni, che si focalizzano sui vari aspetti del processo produttivo e distributivo, dai componenti fino alla logistica di prodotto e alla produzione stessa, per estendersi ai servizi post vendita. Il cuore tecnologico di questi nuovi approcci è rappresentato dai sistemi cyberfisici, in cui la tecnologia di analisi dati e connettività risulta strettamente integrata con quella legata alle lavorazioni più tradizionali (macchinari e impianti). Come? Grazie a componenti embedded, che permettono di creare sistemi produttivi in grado di interagire con l’ambiente che li circonda.

Le tecnologie IoT trovano applicazione in tutti gli ambiti del manufacturing, come la gestione dei prodotti (smart lifecycle), la pianificazione dei flussi finanziari e di materiale nell’ambito del sistema logistico (smart supply chain) e la produzione/logistica interna (smart factory). Aree differenti che partono tutte da un intervento comune: dotare di sensori smart e connettività M2M diffusa tutta la fabbrica, il magazzino, i mezzi di trasporto.

L’applicazione del paradigma IoT all’universo del manifatturiero prende il nome di Industrial IoT (IIoT). Le evidenze dell’Osservatorio Industria 4.0 del Politecnico di Milano sottolineano come proprio l’Industrial IoT, ovvero tutta la componentistica utile per connettere i macchinari in rete, rappresenti oggi la parte preponderante dei progetti attuati dalla manifattura italiana che abbraccia l’Industria 4.0 (il 60% del totale, 1,4 miliardi di euro in valore). A seguire, le Industrial Analytics (il 20%, 410 milioni di euro) e il Cloud Manufacturing (200 milioni di euro, il 10% del totale).

In uno scenario di Industrial IoT, macchinari, impianti e linee di produzione connesse raccolgono di continuo dati “sul campo”. Dati che possono essere rielaborati e condivisi all’interno di reti aziendali wireless o cablate per sincronizzare meglio i processi. A uno stadio successivo, l’applicazione di algoritmi di auto-apprendimento (machine learning) e Intelligenza Artificiale (AI), permette di scongiurare il verificarsi dei fermi macchina e downtime, ragionando in ottica di manutenzione predittiva. Ampliando ulteriormente il campo d’azione all’esterno dell’azienda, c’è poi la possibilità di ottimizzare logistica e supply chain sulla base dei dati relativi a: meteo, condizioni del traffico, prezzi e disponibilità delle materie prime e dei servizi di trasporto e stoccaggio. Tutti i percorsi di IIoT, e i benefici che ne derivano, sono ormai ampiamente accessibili non più solo ai grandi gruppi industriali internazionali e nazionali ma anche alle PMI. È possibile, in effetti, accedere a soluzioni riconfigurate di connettività plug-and-play che permettono di creare reti di sensori e oggetti connessi in modo estremamente rapido e sicuro, con un modello di tariffazione “a consumo”.

Dalla manifattura al manufacturing 4.0

La connettività Machine to Machine rappresenta il principale abilitatore dei sistemi cyberfisici utilizzati negli ambienti manifatturieri e di tutti quei processi di migrazione dal fisico al digitale che stanno rivoluzionando le fabbriche in ottica smart manufacturing.

Grazie a SIM di connettività dati che sfruttano le reti cellulari (che oggi include il NarrowBand-IoT anticipando 5G) o altre tipologie di network chiusi, ogni azienda può abbracciare nuovi “modelli digitali” di processo, prodotto e impresa. Modelli che aiutano a migliorare la qualità dell’output, riducono i costi operativi, ottimizzano lo sfruttamento delle risorse energetiche e i tempi della distribuzione. Modelli che rivoluzionano completamente il business, grazie alla possibilità di creare prodotti che comunicano con l’ambiente che li circonda non solo quando si trovano in fabbrica ma anche nel momento in cui si trovano nella disponibilità del cliente e iniziano a essere utilizzati.

I nuovi modelli di business delle PMI nel manufacturing: la servitization

Una tappa fondamentale del processo di digitalizzazione delle PMI del manifatturiero è quella che spesso si accompagna a un profondo rinnovamento strategico, legato all’introduzione di logiche “as a service” e modelli di servitization. La possibilità di trasformare quelli che sono ricavi semplici, legati alla vendita di un macchinario o di un componente, in entrate ricorsive cambia completamente gli scenari competitivi dell’industria manifatturiera. Sarà possibile vendere servizi di produzione fatturandoli mensilmente e creare nuove componenti d’offerta in modo rapido ed economico. Grazie all’IIoT, infatti, i prodotti d’uso industriale possono diventare facilmente una preziosissima fonte di informazioni. Dati utili al produttore, che sarà in grado di migliorarne le funzionalità e l’usabilità. Informazioni essenziali per l’utilizzatore, che avrà accesso immediato a statistiche e valori di sintesi. Dati fondamentali anche per il manutentore, che sulla base dell’analisi dell’andamento dei componenti soggetti a usura potrà facilmente ridurre, se non eliminare del tutto, i fermi macchina non preventivati. Oggi, le aziende manifatturiere sono finalmente in grado di offrire l’accesso a tutte queste informazioni sotto forma di servizi abbinati alle macchine connesse, svincolando la disponibilità delle attrezzature dalla loro proprietà. Non è più il macchinario in sé l’asset fondamentale della produzione ma il suo valore d’uso, ovvero la produttività che è in grado di garantire al cliente. Questo approccio, da molti definito servitization, ha fatto il suo ingresso nelle grandi aziende manifatturiere internazionali già da diversi anni. Oggi, però, sono numerose le PMI del manufacturing che iniziano a sperimentarlo, grazie soprattutto a nuovi modelli di connettività IoT plug and play che facilitano questi percorsi.

Machine to Machine e Industrial IoT nelle PMI

Connettività Machine to Machine (M2M) e Internet of Things sono entrambi elementi chiave per sostenere i percorsi innovativi improntati all’Industria 4.0 e alla “servitizzazione”. La comunicazione Machine to Machine si realizza attraverso un insieme di algoritmi e processi che permette ad alcuni sistemi connessi tra loro di svolgere compiti e operazioni in modo autonomo, sulla base del trasferimento automatico dei dati dall’uno all’altro dispositivo, con un intervento umano ridotto al minimo o addirittura assente. L’M2M comprende diverse tecnologie, tra reti cablate – connessioni Lan, powerline (PLC), LPWan, tra le altre – e wireless – connettività satellitare, Bluetooth, Wi-Fi, connettività cellulare… Quest’ultima e, in particolare l’opzione SIM M2M, permette di collegare dispositivi anche molto distanti tra loro, abilitandoli a inviare e ricevere dati e informazioni con lo scopo di migliorare i processi svolti dai device stessi e a realizzare i benefici dell’IoT.

L’industria manifatturiera già da diversi anni sperimenta l’M2M. Un esempio noto è quello delle catene di montaggio integrate e comunicanti dell’automotive. Grazie all’identificazione in radiofrequenza (RFID), una volta conclusa un’operazione, il macchinario responsabile di quella parte della lavorazione comunica a quello subito in sequenza nelle operazioni di assemblaggio l’arrivo del pezzo. Ma si tratta, perlopiù, di una comunicazione a senso unico… In realtà, il vero valore aggiunto del Machine to Machine risiede nella possibilità di far connettere e far dialogare tra loro in modo bidirezionale macchinari e apparati diversi, attraverso l’utilizzo di sensori che acquisiscono e inviano dati a un server  remoto oppure ospitato in cloud. Questi sistemi utilizzano reti cellulari e wireless pubbliche o private per garantire la comunicazione dei dati provenienti dai sensori o rielaborati nel data center all’interno di un sistema chiuso, tipicamente l’azienda stessa. I record così raccolti possono innescare automatismi (allarmi e trigger) oppure fornire indicazioni utili per migliorare la qualità dei prodotti. A un livello di sofisticazione superiore, poi, si trovano gli approcci di smart manufacturing, in cui operazioni più o meno complesse che avvengono all’interno di grandi sistemi industriali possono essere automatizzate grazie all’applicazione di algoritmi di auto-apprendimento e intelligenza artificiale ai dati rilevati. Le smart factory sono fabbriche “di dati”, in cui macchinari e impianti sono in grado di adattarsi dinamicamente all’ambiente circostante e gestire autonomamente interi processi produttivi senza alcun intervento umano.

IoT connectivity nelle imprese e tra le imprese

La connettività è un aspetto centrale dei progetti IoT di classe industriale, che solleva non poche criticità. I device connessi, infatti, hanno esigenze diverse. Alcuni necessitano di molta banda (es. la videosorveglianza a distanza) mentre altri no (es. i sensori posizionati lungo le linee di produzione). In alcuni progetti, poi, è richiesta una connettività nazionale mentre molte aziende, anche PMI, che esportano hanno bisogno di una connettività internazionale. In scenari diversi, infine, i moduli di connettività IoT devono muoversi ad alta velocità (su treni o autoarticolati), per cui la copertura è un aspetto da non sottovalutare.

È la società di consulenza McKinsey a suggerire le quattro possibili scelte in materia di connettività IoT per le aziende. La connettività non licenziata (unlicensed) offre copertura economica sulle lunghe distanze ma espone l’azienda a numerose vulnerabilità e pericoli. Le opzioni LPWA (Low Power, Wide Area), si caratterizzano per i bassi costi e la bassa potenza a fronte di coperture estese. La rete cellulare (4G LTE) offre ampia larghezza di banda (fino a 100 megabit al secondo) e una portata altrettanto estesa, al prezzo di costi di connessione elevati. Infine, le tecnologie satellitari e le microonde rappresentano la scelta per poche applicazioni di nicchia, soprattutto visto il loro costo. Se è vero che cresce la popolarità della seconda categoria (e, in particolare, del NB-IoT, ovvero il Narrowband IoT, soprattutto per sostenere le funzionalità di remote monitoring), attualmente le connessioni cellulari sono quelle più diffuse, perché offrono un’ampia versatilità in termini di casi d’uso, dalle smart city alla smart home, dalla smart health allo smart manufacturing e possono essere implementate sulle reti LTE pubbliche.

Differenze tra IoT e M2M

L’Internet of Things (IoT) è l’insieme delle tecnologie che, grazie ad internet e ai sensori, rende gli oggetti “intelligenti”(Smart Objects) cioè interconnessi, capaci di comunicare tra loro e con gli utilizzatori, che possono inoltre controllarli a distanza.
L’IoT si realizza dunque grazie ad un innovativo processo di trasferimento di informazioni da macchina a macchina (Machine To Machine, M2M) dando vita ad una sofisticata e importante comunicazione tra le “cose”.
La notevole quantità di dati scambiata in breve tempo avviene senza interazione umana e consente di snellire i processi industriali per renderli più efficienti, di innovare prodotti e servizi, di migliorare l’interazione con i propri clienti e quindi il proprio Business. Grazie a questa elevata interazione tra gli oggetti, l’IoT permette di trasformare digitalmente processi produttivi e gestionali legati al business in modo efficace ed efficiente.
Una delle tecnologie abilitanti dell’IoT è il M2M SIM based ovvero la comunicazione autonoma e automatica tra macchine resa possibile dalla connessione dati basata su rete mobile e quindi da una SIM M2M inserita in specifici device. Il Machine to Machine è quindi la tecnologia che consente di inviare dati da un dispositivo remoto a un server applicativo evitando l’interazione umana e realizzando una importante riduzione dei costi, l’incremento dell’efficienza e il miglioramento dei servizi al cliente.

Gli ambiti applicativi e i casi d’uso del Machine to Machine

Le connessioni Machine to Machine si sono diffuse in modo esteso negli ultimi anni e rappresentano la scelta d’elezione per sostenere le funzionalità di monitoraggio remoto in vari ambiti. Un esempio particolarmente rilevante è quello della gestione degli smart metering, i contatori “intelligenti” attraverso i quali è possibile garantire una gestione puntuale dei consumi energetici e l’autolettura automatizzata senza l’impiego di operatori sul campo. Il contatore smart riceve i dati e in automatico compie le operazioni del caso, comunica istantaneamente al data center centrale i dati ricevuti e le operazioni svolte chiudendo la comunicazione al termine della procedura, a meno che dalla sede non arrivino indicazioni specifiche su altre attività da svolgere. Parimenti, connessioni M2M montate su droni e sensori “piantati” negli appezzamenti agricoli permettono di acquisire in automatico i dati sullo stato di salute del terreno e, una volta rielaborati, di restituire indicazioni utili a definire le più corrette operazioni di irrigazione, concimazione, impiego di fitofarmaci e fertilizzanti, gettando le basi di quella che viene comunemente definita agricoltura di precisione. Anche la smart city può trarre benefici da questo tipo di connettività con le SIM M2M utilizzate per gestire i servizi “intelligenti” delle metropoli, dalla raccolta ottimizzata dei cestini della spazzatura all’illuminazione pubblica, dalla mobilità integrata alla videosorveglianza di nuova generazione. La nuova sanità, poi, non può più fare a meno di una connettività di questo tipo. Il monitoraggio remoto dei pazienti cronici attraverso dispositivi indossabili e App mobile, già sperimentato in alcune regioni italiane, permette non solo di migliorare la vita dei malati ma anche di risparmiare risorse pubbliche preziose, minimizzando il ricorso ai ricoveri d’urgenza. Non da ultimo, l’Industria 4.0 è in grado di trarre enormi benefici dall’integrazione della connettività Machine to Machine, che abilita percorsi di smart e connected factory, smart logistics e servitization.

Molti pensano che la rivoluzione che stiamo vivendo sia appannaggio esclusivo dei grandi gruppi nazionali o multinazionali. È innegabile che proprio queste realtà siano quelle che hanno più interesse (e più risorse da investire) nell’Industria 4.0, almeno nell’immediato. Ma i benefici che queste tecnologie e approcci strategici sono in grado di garantire sono realmente a portata di PMI: processi produttivi più efficienti, logistica ottimizzata sia in ingresso sia in uscita, utilizzo più efficiente delle materie prime e delle risorse energetiche e, non da ultimo, la possibilità di rispondere in modo più flessibile alle esigenze dei nuovi mercati, con nuove logiche “as a service”.

Machine to Machine e Data Monetization

I servizi Machine to Machine rappresentano il pilastro tecnologico su cui è possibile creare opportunità di business incrementali per l’azienda. La possibilità di elaborare i dati provenienti dai sensori in tempo reale o quasi reale permette di migliorare l’usabilità di macchinari e impianti e supportare in modo più produttivo il personale che opera sul campo, come installatori e manutentori. Ma, soprattutto, consente di accelerare i processi di innovazione. Un’innovazione che investe non solo i prodotti ma anche i modelli di business. Le tecnologie digitali, oggi, sono sempre più fluide e la possibilità di sfruttare una connettività Machine to Machine e IoT sempre più performante ed economica spalanca le porte a nuove opportunità di innovare attraverso la Data Monetization. Le aziende sono in grado di monetizzare diverse tipologie di dati, grazie a data analytics accessibili in cloud e a interfacce grafiche sempre più intuitive, che permettono di interpretare con estrema facilità fenomeni, eventi e situazioni anche complessi. Alcune realtà lo fanno facendosi pagare per mettere a disposizione dei clienti dati arricchiti, altre invece, rivoluzionando completamente il proprio modello di business, condividendo informazioni anche con i competitor. Secondo Capgemini, i principali approcci di Data Monetization sono idealmente schematizzabili in quattro diverse opzioni.

  • Hardware Premium: si tratta del modello più semplice di Data Monetization, in cui l’azienda fa pagare al cliente un “premium price”, ovvero un aumento di prezzo che si giustifica con l’integrazione di funzionalità smart all’interno del prodotto. LIFX, per esempio, produce lampadine LED connesse e programmabili attraverso un’app per smartphone.
  • Data Revenue: in questo modello l’azienda realizza del fatturato aggiuntivo vendendo pacchetti di dati generati dai sensori. Michelin Solutions offre insight di dati pacchettizzati che ottiene grazie all’impiego di sensori integrati all’interno dei veicoli dei clienti.
  • Service Revenue: le organizzazioni che optano per questo modello trasformano quello che era un prodotto tradizionale in un servizio collegandovi un modello di tariffazione ricorrente per alcune funzionalità specifiche. Ne è un esempio l’offerta di servizi di sicurezza, manutenzione, assistenza e navigazione di Volkswagen Car Net, a fronte del pagamento di una fee di sottoscrizione periodica.
  • Ecosystem Building: in questo modello, l’azienda è in grado di monetizzare il valore dei dati provenienti idealmente non solo dal cliente finale ma anche dai prodotti di altri vendor. Per esempio, SmartThings vende i propri servizi in abbinamento a una piattaforma in grado di integrarsi con i servizi IoT di altre aziende.

Qualunque sia il modello scelto dall’azienda, dal più semplice al più complesso, è innegabile che le strategie di Data Monetization permettono di migliorare la profittabilità del business e generare nuove opportunità di mercato sfruttando l’intelligenza dei dati. Fondamentale il ruolo della tecnologia. La possibilità di utilizzare piattaforme integrate che non solo forniscono connettività Machine to Machine e software IoT infrastrutturato, ma anche Data Analytics di qualità rappresenta sicuramente il primo passo verso strategie e modelli di Data Monetization che si rivelano vincenti.

Cosa sono le SIM M2M e a cosa servono

Un sistema M2M si caratterizza per la presenza di almeno due dispositivi sensorizzati, collegati tra loro attraverso una rete di comunicazione, al cui interno vengono integrate applicazioni di calcolo (analytics) in grado di rielaborare i dati acquisiti sul campo. La connettività M2M SIM based ha come caratteristica fondamentale la bidirezionalità della comunicazione tra l’oggetto connesso (smart object) e la rete cui si aggancia. Per garantire questa caratteristica, è essenziale dotare l’oggetto di una SIM M2M. Le SIM M2M sono moduli di connettività dedicati al traffico dati. A ciascuna SIM è associato un numero di telefono che permette di svolgere tutta una serie di operazioni, come rilevare dati e inviarli a un data center oppure ricevere da quest’ultimo indicazioni su quali operazioni debbano essere fatte (un intervento di manutenzione, per esempio) su quel macchinario o impianto. La SIM M2M è un elemento centrale negli approcci IoT perché di fatto è ciò che consente al macchinario o al sensore industriale collegato in rete di trasformarsi in un device smart.

IoT M2MSMART di TIM Olivetti: la smart factory a portata di PMI

Le PMI hanno bisogno di soluzioni di rapida implementazione per connettere oggetti, sensori e device in ottica IoT e M2MSMART va proprio nella direzione di semplificare al massimo tutte le attività di installazione, gestione, controllo e manutenzione delle SIM. Tutte queste attività potranno essere svolte da un’intuitiva consolle web, accessibile in cloud, basata sulla piattaforma Cisco Jasper denominata Control Center. Con M2MSMART le aziende sono in grado di sfruttare i benefici della rete nazionale 2G, 3G e 4G LTE di TIM senza oneri aggiuntivi sulle loro SIM M2M. Ormai attuata in tutta Italia la copertura Narrowband, dallo scorso dicembre è disponibile anche il servizio Narrowband  IoT integrato con la piattaforma di connettività IoT Cisco Jasper. È, quindi, possibile usufruire in anticipo di alcune funzionalità tipiche delle reti 5G per realizzare servizi digitali IoT di ultima generazione senza dover investire in costosi servizi di consulenza. Sul TIM Digital Store (https://digitalstore.tim.it/servizi/m2m-smart-installatori) è possibile attivare l’offerta con pochi click del mouse ed entrare nell’era della trasformazione digitale IoT in tutta semplicità.

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