Industria 4.0 e trasformazione dell'OT: tecnologie, vantaggi e sfide

Se da un lato è risaputo che la trasformazione digitale ha un impatto sulle aziende che hanno a che fare principalmente con informazioni e dati (servizi finanziari, telecomunicazioni, vendita al dettaglio e così via), sta determinando un cambiamento significativo anche nel mondo della manifattura. Questa evoluzione verso l'informatizzazione e la trasformazione dei sistemi produttivi è stata ribattezzata "Industria 4.0". 

Ma cos'è l'Industria 4.0? Quali tecnologie la rendono possibile? E quali sono i vantaggi e le sfide che pone nel contesto della trasformazione degli ambienti della tecnologia operativa (OT)?

• Cos'è l'industria 4.0?

• Cos'è la tecnologia operativa?

• Informazioni di contesto sull'Industria 4.0

• Le tecnologie dell'Industria 4.0 e la trasformazione dell'OT

• La convergenza IT/OT

• I vantaggi della trasformazione dell'OT

• Le sfide della trasformazione dell'OT

• Conclusione

Cos'è l'Industria 4.0?

L'Industria 4.0, anche nota come Quarta rivoluzione industriale, è resa possibile dalla nascita e dall'adozione di nuove tecnologie edge all'avanguardia che confondono il confine tra Information Technology (IT) e tecnologia operativa (OT), per portare la trasformazione digitale nei reparti di produzione.

Queste tecnologie edge all'avanguardia comprendono una serie di innovazioni, tra cui big data, big analytics, robotica, edge computing, stampa 3D, intelligenza artificiale e apprendimento automatico (AI/ML), cloud computing ibrido e molto altro ancora.

Cos'è la tecnologia operativa?

La tecnologia operativa comprende l'hardware e il software che controllano il processo materiale di produzione industriale. Sono esempi di OT i sistemi di controllo industriale, i controllori a logica programmabile e i sistemi per il controllo di supervisione e l'acquisizione dei dati.

Questa tecnologia è tradizionalmente molto specializzata e isolata e spesso si avvale di protocolli proprietari chiusi. Data la situazione, l'OT tendeva a creare silos di comunicazione e di dati, dando origine a inefficienze e rendendo difficile, se non impossibile, una condivisione e un utilizzo efficaci dei dati disponibili. L'industria 4.0 sta eliminando questi limiti.

Informazioni di contesto sull'Industria 4.0

Iniziamo facendo un passo indietro e parlando delle prime tre rivoluzioni industriali, per comprendere meglio il contesto storico in cui ci troviamo.

La rivoluzione industriale

La Prima rivoluzione industriale, anche nota semplicemente come Rivoluzione industriale, fu un periodo di profonda trasformazione che vide il subentro di nuovi processi meccanizzati ai metodi di produzione tradizionali (in cui tutto veniva svolto principalmente a mano).

Tra le tecnologie che resero possibile tutto questo c'erano la disponibilità di nuove fonti di energia (quali vapore e acqua), l'aumento dell'impiego di ferro e acciaio e una serie di nuove invenzioni, tra cui il motore a combustione interna e il telaio motorizzato.

In Gran Bretagna, in Europa e negli Stati Uniti, la Rivoluzione industriale ebbe inizio nel XVIII secolo, ma altre parti del mondo sono rimaste indietro e hanno visto la loro rivoluzione industriale (talvolta molto) più tardi.

Seconda rivoluzione industriale

La Seconda rivoluzione industriale, altresì nota come Rivoluzione tecnologica, ebbe luogo tra la fine del XIX secolo e la prima metà del XX secolo.

Questo periodo di straordinaria crescita industriale fu reso possibile da altre invenzioni e scoperte scientifiche, tra cui una produzione di acciaio notevolmente più efficiente, l'utilizzo dell'elettricità per l'alimentazione e l'illuminazione, le macchine utensili, la produzione e la raffinazione del petrolio, i telegrafi e il telefono, l'automobile, la costruzione di ferrovie e molto altro ancora.

Terza rivoluzione industriale

La Terza rivoluzione industriale, anche detta Rivoluzione digitale, ha avuto inizio nella seconda metà del XX secolo e continua ancora oggi.

Come si può evincere, la Rivoluzione digitale è caratterizzata dall'adozione rapida ed estesa dei computer digitali. I progressi tecnologici che hanno reso possibile tutto questo sono innumerevoli, ma riguardano per lo più la produzione in serie e l'adozione dei computer, lo sviluppo di Internet, l'invenzione del World Wide Web e la creazione e la diffusione degli smartphone.

Quarta rivoluzione industriale

Ci troviamo ormai nella Quarta rivoluzione industriale, o Industria 4.0, che poggia le basi direttamente sulla Rivoluzione digitale e sta influendo in modo determinante sulle attività manifatturiere di oggi.

Naturalmente, considerata la rapidità dei cambiamenti e dei progressi tecnologici, si parla già di Industria 5.0 e di altre evoluzioni generazionali simili. In Giappone, ad esempio, si sente parlare di "Società 5.0", basata sui quattro stadi precedenti della società: caccia, agricoltura, industria e informazione. Noi, per ora, ci occuperemo soltanto dell'Industria 4.0 e di come rende possibile la trasformazione dell'OT.

Le tecnologie dell'Industria 4.0 e la trasformazione dell'OT

Mentre la Rivoluzione digitale ha le sue radici nello sviluppo e nella diffusione esponenziale dei computer e di Internet, l'Industria 4.0 sviluppa ed estende queste basi digitali per creare le condizioni che rendono possibile la trasformazione dell'OT.

Sebbene nelle fabbriche i computer abbiano fatto la loro comparsa e si siano moltiplicati nel corso della Terza rivoluzione industriale, in genere funzionavano in silos, ossia come isole indipendenti con dati non visibili, accessibili o condivisi. Con la Quarta rivoluzione industriale, questi silos vengono abbattuti e i dati diventano sempre più visibili e accessibili, consentendo attività di analisi più approfondite, una maggiore efficienza e livelli di ottimizzazione globale mai raggiunti prima.

La trasformazione dell'OT è possibile grazie a una vasta serie di tecnologie, tra cui:

• Edge computing

• Robotica

• Gemelli digitali

• Sistemi ciberfisici

• Internet of Things (IoT)

• Cloud computing ibrido

• Big data, big analytics e visualizzazione dei dati

• Dispositivi mobili

• Realtà aumentata e dispositivi indossabili

• Miglioramenti della sicurezza informatica

• Wireless di quarta e di quinta generazione (4G e 5G)

• Interazioni di alto livello e profilazione dettagliata del cliente

Naturalmente non si tratta di un elenco esaustivo, ma dà un'idea delle tecnologie che consentono di generare, acquisire, elaborare e utilizzare dati quasi dappertutto. È questo, insieme alle tecnologie operative più all'avanguardia, che sta aprendo la strada a una svolta radicale nelle operazioni industriali moderne, portando così alla trasformazione dell'OT.

La convergenza IT/OT

La convergenza IT/OT avviene quando le aziende collegano i propri sistemi di Information Technology e di tecnologia operativa e iniziano a sostituire i sistemi OT specializzati e personalizzati con approcci software defined e hardware IT standard.

Questa convergenza consente di sfruttare al meglio i dati disponibili: quelli generati dall'OT che controlla i sistemi nel reparto di produzione possono essere trasmessi all'IT per l'elaborazione e l'analisi e poi essere utilizzati per modificare o ottimizzare i processi produttivi.

 Grazie alla convergenza IT/OT, è inoltre possibile anticipare la risoluzione dei problemi, identificandoli e risolvendoli nelle prime fasi del processo di progettazione e sviluppo, risparmiando tempo e denaro.

Ovviamente anche l'IT subisce l'influenza di questa convergenza, delineata in base ai requisiti provenienti dal mondo dell'OT, tra cui sicurezza, affidabilità e bassa latenza, solo per citarne alcuni.

Vantaggi della trasformazione dell'OT

La trasformazione dell'OT, resa possibile da queste nuove tecnologie e dalla convergenza IT/OT, offre numerosi e cruciali vantaggi per il contesto manifatturiero, tra cui:

• Incremento dell'efficienza globale delle apparecchiature (OEE), con il miglioramento della qualità della produzione, delle prestazioni e della disponibilità delle operazioni produttive.

• Riduzione dei tempi di fermo della produzione causati da guasti alle apparecchiature, grazie alla manutenzione predittiva basata su AI/ML.

• Aumento dell'efficienza e dell'efficacia dei lavoratori, grazie alla disponibilità di informazioni accurate e tempestive necessarie per il processo decisionale.

• "Fabbriche intelligenti" sempre più autonome, in grado di gestire e ottimizzare la produzione con un intervento umano minimo.

• Apertura alla "personalizzazione di massa", ossia la produzione in serie di articoli personalizzati o su misura, che i consumatori si aspettano e chiedono con sempre maggiore frequenza.

• Utilizzo di AI/ML per ottimizzare l'inventario, le apparecchiature e i processi, prevedendo i potenziali problemi e indicando le azioni correttive non appena questi si presentano.

Non si tratta di un elenco esaustivo dei vantaggi della trasformazione dell'OT e dell'Industria 4.0, ma dimostra parte dei miglioramenti e dell'efficienza possibili quando Information Technology e tecnologia operativa convergono.

Le sfide della trasformazione dell'OT

Naturalmente, sono molte le sfide che limitano la distribuzione e l'adozione della trasformazione dell'OT, tra cui la sicurezza, la mancanza di personale specializzato e molto altro.

• Le vulnerabilità sotto il profilo della sicurezza informatica sono sempre un problema e lo diventano ancora di più con l'ampliamento della superficie di attacco derivante dalla convergenza IT/OT.

• Le lacune in termini di competenze e la mancanza di personale specializzato sono già state identificate tra i principali rischi per le iniziative di trasformazione digitale e diventano ancora più serie nel quadro dell'Industria 4.0, a causa del pensionamento di molti specialisti OT, che si portano via le loro preziose competenze ed esperienze.

• Integrazione delle risorse esistenti. C'è una vasta serie di protocolli, interfacce e standard più o meno aperti, in particolare per quanto riguarda i lunghi cicli di vita delle apparecchiature OT, che in genere supera i dieci anni.

• Il volume di dati generati può crescere a dismisura in tempi molto brevi, aumentando la necessità di potenza di storage e di elaborazione, oltre al bisogno di specialisti dei dati con competenze e formazione specifiche.

Lo ribadiamo, queste non sono le uniche sfide che le aziende si trovano ad affrontare nell'ambito della trasformazione dell'OT e dell'Industria 4.0, ma va detto che, a dispetto delle difficoltà di gestione, non sono insormontabili.

Conclusione

Nonostante le numerose sfide associate alla trasformazione digitale dell'Industria 4.0, i vantaggi e l'efficienza che essa può offrire sono considerevoli. La commistione di Information Techology e tecnologia operativa (convergenza IT/OT) può incrementare l'efficienza, la resilienza e la reattività delle industrie, con vantaggi per clienti, dipendenti e aziende nel complesso.

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