L’utilizzo di nuove tipologie di edge computer, macchine capaci di elaborare grandi quantità di dati collocate vicino al punto dove i dati stessi vengono prodotti, consente di ridurre le necessità di banda verso il cloud ma anche di utilizzare infrastrutture cloud più leggere oppure ottimizzate in modo specifico per trattare in modo più sofisticato le informazioni pre-filtrate che arrivano al data center.
di Silvano Corridolo
Con l’arrivo della digitalizzazione e dell’industria 4.0 nelle fabbriche, e in particolare con la crescita rapida delle applicazioni IioT, si è assistito a un aumento esponenziale della quantità di dati prodotti negli stabilimenti. Ogni singola macchina digitalizzata può montare decine di sonde e sensori, che producono letture, rilevazioni e allarmi a ritmi elevati – in molti casi anche parecchie volte al secondo. Tutta questa massa di dati grezzi è di fatto non utilizzabile in forma nativa: quindi i dati vanno trasmessi al data center, spesso in cloud, dove verranno filtrati, puliti, aggregati e analizzati dalle varie applicazioni che devono trasformarli in informazioni utili: necessità di interventi immediati, programmi di manutenzione predittiva, valutazioni di qualità, informazioni per la supply chain e per la forza vendita, eccetera. Ora, trasferire una tale massa di dati grezzi rappresenta chiaramente uno spreco di banda e, spesso, di risorse nel cloud, per cui si è nel tempo introdotto un elemento in più a disaccoppiare i macchinari con sensori IioT e il centro di elaborazione cloud: questo elemento è l’edge computer, un paradigma che si sta evolvendo rapidamente tanto che si è coniato anche un ulteriore termine, quello di “fog computing”, che indica una versione evoluta dell’edge che non si limita più a raccogliere e trasferire i dati così come sono, ed invece compie una prima elaborazione e possiede una migliore capacità di virtualizzazione, organizzazione e controllo dei carichi di lavoro. L’edge computer è una macchina da calcolo ottimizzata principalmente per incamerare dati, trattarli ed estrarre due tipi di informazioni: quelle più strettamente “operative” da utilizzare direttamente in loco, come per esempio gli allarmi nel caso qualche macchinario si metta a fare le bizze, e quelle legate alla gestione “business”, che vengono instradate sulla rete per raggiungere le macchine in cloud, dove verranno ulteriormente analizzate a fondo da software più evoluti e capaci di macinare facilmente le serie storiche memorizzate nei capienti sistemi di storage della nuvola. L’adozione dell’edge computing porta dunque due tipi di vantaggi: di tipo economico, perché consente di utilizzare connessioni al cloud con banda più ristretta, e riduce l’impegno di capacità di calcolo e di storage nel servizio cloud; e di tipo qualitativo, perché l’elaborazione in locale riduce nettamente la latenza complessiva del sistema, consentendogli di reagire più rapidamente alle criticità che si dovessero presentare; inoltre, l’edge consente di migliorare la resilienza dell’impianto, il quale, essendo gestibile in locale, può continuare a funzionare anche nel malaugurato caso che si presenti un’interruzione sulla rete di connessione al data center.
Qualche complicazione
Se l’idea di avere un computer più o meno a bordo linea, se non a bordo macchina, è di per sé buona (per i vantaggi che abbiamo citato più sopra), metterla in pratica non è così automatico. Nel senso che i normali personal computer che tutti conosciamo sono pensati per un ambiente d’ufficio, e quindi sono studiati per operare con temperatura e umidità stabili e gradevoli, alimentati da una tensione di rete pulita e senza spike, in un ambiente privo di disturbi elettromagnetici e di sostanze nocive nell’atmosfera. La situazione in fabbrica, molto spesso, non è così idilliaca. Alte temperature e umidità sono all’ordine del giorno nell’industria alimentare e in quella pesante, l’alimentazione è critica ovunque in presenza di grandi motori, e negli stabilimenti chimici spesso nell’aria girano microparticelle metalliche, carboniose, sostanze acide e via discorrendo. Insomma, difficilmente un PC potrebbe sopravvivere in uno stabilimento più di poche ore. Senza contare che i normali PC non sono costruiti per operare h24 e soprattutto non hanno ridondanza di nessun tipo che permetta loro di continuare a operare in caso di guasto. E solo i modelli business possono essere amministrati completamente anche da remoto, una caratteristica importante per poter gestire flotte di macchine senza dover ricorrere a personale aggiunto. Insomma, elencando le mancanze dei PC “office” abbiamo fatto un ritratto delle caratteristiche di un computer edge: prima di tutto la robustezza, per sopravvivere in ambienti ostili, e magari la ridondanza per i compiti più critici; la possibilità di essere telecontrollato, per poter gestire da remoto l’impianto, funzione richiestissima soprattutto in questo periodo di lockdown durante il quale le uniche realtà che operavano erano quelle che non avevano bisogno della presenza fisica del personale in azienda; la presenza di connessioni e interfacce adeguate a importare i dati IioT e a esportare le informazioni elaborate verso il cloud; e infine la disponibilità a bordo di potenza di calcolo sufficiente per svolgere le funzioni di elaborazione necessarie a processare le informazioni e a pilotare la linea di produzione cui è collegato – parliamo di potenze di calcolo a volte più simili a quelle di un server che a quelle disponibili su un PC, anche se tutto dipende dall’effettivo utilizzo dell’edge computer e dalla quantità di dati generata dallemacchine cui è collegato. Non è un caso se gli edge computer prendono spesso forme simili a quelle dei classici PLC, apparecchi che, nati per lo stabilimento, da sempre incorporano le caratteristiche di robustezza che solo da poco sono richieste ai computer. Abbiamo raccolto qui di seguito una selezione di alcuni prodotti rappresentativi della categoria edge/fog computing, nelle sue varie declinazioni, in modo da rendere l’idea di cosa c’è sul mercato.
ZTC Edge by Stratus Technologies
Stratus Technologies, distribuita da Servitecno, è un pioniere dei sistemi di calcolo ad alta disponibilità, ovvero quelle macchine che sfruttano una estesa ridondanza per azzerare le probabilità di fermo in caso di guasto. I suoi server sono usati in applicazioni veramente “mission critical”, nel mondo finanziario, dalle telco, eccetera. Ma Stratus produce anche ZTC Edge: una piattaforma per l’elaborazione dei dati di impianto sicura, facile e veloce da installare e da manutenere. Una soluzione sulla quale possono girare tutte le applicazioni di raccolta ed elaborazione delle informazioni dal campo, pronte per essere integrate nelle applicazioni business critical. I nodi ZTC Edge sono robusti e specificamente pensati per l’impiego in contesti industriali, per installazioni “on the edge”, nei quadri di automazione, sulle macchine di produzione o in “harsh environment”. Possono essere montati su guida DIN ed essere messi in funzione in meno di 30 minuti. Sono semplici da gestire e possono essere utilizzati in configurazione ridondata, nonché sostituiti a caldo. Servitecno inoltre propone le macchine ZTC in bundle con software pensato per massimizzarne l’utilizzo. Per esempio, è possibile avere la piattaforma con installato iFIX 6.1 (powered by GE Digital): una soluzione ideale per realizzazione di un sistema SCADA direttamente sul quadro di automazione o bordo macchina e direttamente integrato, in maniera sicura e protetta, con la rete business aziendale. La versione 6.1 di iFIX, la soluzione SCADA HMI di GE Digital, consente agli operatori di lavorare in modo smart e alla direzione aziendale di avere visibilità in tempo reale di quello che accade in produzione. La nuova release offre migliore connettività grazie al driver OPC UA nativo, e un nuovo strumento di configurazione basato su browser HTML5. La navigazione che si adatta al contesto permette all’operatore di reperire più facilmente informazioni pertinenti e già “filtrate”. La soluzione inoltre è sicura “by-design” perché sfrutta standard aperti e sicuri come OPC UA, certificati digitali e token web per la comunicazione con i client, consentendo di implementare l’HMI in tutta sicurezza. Un’altra opzione è di avere il bundle con Historian 8.0 (sempre powered by GE Digital), sistema che consente di connettere e storicizzare i “big data”, provenienti da sensori, strumenti e PLC e trasformarli in informazioni aggregate e contestualizzate.
Exor
Exor produce una linea di Edge HMI innovativi chiamata Jsmart. È formata da cinque diversi modelli, che si caratterizzano principalmente per le diverse dimensioni del pannello (di tipo LCD TFT, con touch screen di tipo capacitive multitouch) che vanno da 5” del più piccolo, ai 7”, 10,1” e 15,6”dei modelli intermedi, per arrivare ai 21,5” in Full HD del modello maggiore. Tutti i modelli sono a norma IP67 e sono basati su processori ARM Cortex A9 dual core (Quad core per i due modelli più grande). E tutti sono dotati di interfacce Ethernet 10/100 di tipo PoE. Tutti meno il più piccolo, infine, dispongono di connessione Wi-fi. I vari modelli possono poi essere personalizzati con una vasta gamma di accessori di montaggio, a tubo, a parete, da tavolo, multiuso e via discorrendo. JSmart con l’utilizzo di JMobile si collega facilmente a qualsiasi cloud pubblico tramite OPC UA o MQTT. L’Industrial Cloud Corvina Cloud è accessibile anche con un solo click di attivazione. Il JSmart può quindi raccogliere i dati e inviarli nel cloud per l’apprendimento a lungo termine e per i miglioramenti. Ma il concetto più importante è come JSmart interagisce con l’operatore, fornendo le informazioni necessarie per migliorare l’efficienza e la sicurezza. JSmart diventa il conduttore perfetto per il trasferimento e l’utilizzo dei dati: la Human Data Interface.
www.exorint.com
Eurotech
La multinazionale friulana Eurotech ha in catalogo numerose soluzioni di categoria edge. Gli edge computer di Eurotech sono progettati per rispondere alle esigenze di una varietà di mercati verticali, dall’automazione ai trasporti, dall’energia alla difesa alla sanità. Essi sono in grado di portare intelligenza artificiale sul campo, per connettere i dispositivi al cloud, raccogliendo dati preziosi e permettendo di analizzarli sia direttamente sul campo, sia da remoto. Gli edge computer più avanzati offrono funzionalità avanzate di gestione dei dispositivi e consentono di effettuare operazioni di analisi e archiviazione dati direttamente sul campo. Oltre alla gamma di edge DynaGATE, pensati prevalentemente per utilizzo in ambiente automotive, e alla gamma BoltGATE, pensata soprattutto per essere impiegata a bordo di materiale rotabile, ci sono due famiglie di prodotti interessanti per l’utilizzo industriale. La prima è formata dagli edge gateway multi-service ReliaGATE, progettati per aggiungere la connettività cellulare (nelle varie versioni sono montati modem cellulari 2G, 3G, LTE con fallback a 3G agli impianti industriali, portando contemporaneamente capacità di calcolo e montando un framework applicativo semplificato per la realizzazione di applicazioni IioT. La seconda famiglia d’interesse per l’industria è quella delle macchine BoltCOR, veri e propri server edge in rack da 1 unità, predisposti per impieghi gravosi, sia in fabbrica che su rotabili. Il top di gamma attuale, modello 30-17 “Virtualization Edition”, è una versione certificata VMware ESXi / vSphere di BoltCOR 30-17, e consiste in un server EN50155 fanless, alto 1U, a bassa profondità. È di fatto un’estensione del Data Center al campo, offrendo l’ambiente IT tipico e la user experience del centro di calcolo in un fattore di forma molto robusto e compatto progettato per superare i requisiti delle applicazioni pesanti, come il materiale rotabile.
www.eurotech.com
Nebbiolo
Nebbiolo dispone di una completa piattaforma di fog computing pensata in modo specifico per l’IioT, ma non produce direttamente gli edge computer sui quali la piattaforma gira. Invece, ha certificato una serie di macchine di vari produttori rilasciando la certificazione di “Nebbiolo-Qualified Fog Computing Platforms”. Queste piattaforme possono esser basate su processori ARM, Intel Atom, Intel Core o Intel Xeon. La piattaforma software Nebbiolo può essere implementata su una vasta gamma di fogNodes, con diverse capacità di archiviazione, connessione in rete e acceleratori hardware, come FPGA, GPU e TPU. Per sfruttare appieno il potenziale del software Nebbiolo, questi fogNode offrono potenza e capacità sufficienti e consentono il calcolo, la connessione in rete e l’archiviazione virtualizzati. Per avere un elenco aggiornato dei fogNode qualificati, pronti per la produzione e costruiti dai partner Nebbiolo, bisogna rivolgersi direttamente all’azienda. Al momento producono macchine certificate aziende come Advantech, Dell, Kontron, Siemens e Toshiba.
www.nebbiolo.tech
Asem
La Asem opera da oltre 40 anni nell’automazione industriale elettronica e digitale, e non sorprende quindi la vastità del suo catalogo di soluzioni, che vanno dai monitor fino ai server Industriali. Fra l’altro dispone di una propria piattaforma software cloud based, chiamata IioT Cloud Connector. Sul lato client/edge ci limiteremo a citare due famiglie di IioT gateway. La famiglia GT, è costituita dai modelli GT10 e GT11 e nasce per implementare soluzioni 4.0 su impianti preesistenti, grazie alla grande quantità di protocolli supportati. I GT sono sistemi dedicati a servizi di industrial cloud, basati su processore ARM Cortex A8 (i.MX535) a 1 GHz e con un contenitore in acciaio inox “book mounting”, con fissaggio a muro o guida DIN, e range di alimentazione 9÷36 VDC. Hanno una porta Ethernet 10/100 Mbps WAN per la connessione Internet, una porta Ethernet 100 Mbps LAN per la connessione ai dispositivi di automazione, un’interfaccia seriale RS232/422/485 isolata e una porta USB 2.0. GT11 integra un modem 2G/3G/3G+ o 2G/3G/4G-LTE pentaband compatibile con le reti mobili internazionali. La famiglia GR aggiunge alle caratteristiche dei GT le funzionalità di teleassistenza. In particolare, su questi gateway (modelli GR10 e GR11) gira il software UBIQUITY che stabilisce una VPN tra il PC su cui è eseguito Control Center e il gateway stesso, permettendo l’accesso ai dispositivi connessi attraverso la porta Ethernet o seriale.
Www.asem.it
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