La scalabilità dei sistemi di automazione: come pianificare una crescita sostenibile

Che cosa si intende con scalabilità?

La scalabilità di un sistema si riferisce alla sua capacità di espandersi e adattarsi a un aumento della domanda o a vari cambiamenti operativi, senza richiedere una revisione completa della tecnologia o compromettere l’efficienza delle operazioni esistenti.

Nel contesto dell’automazione industriale, questo significa che un sistema deve essere in grado di gestire:

• un aumento del numero di dispositivi connessi (nuovi macchinari, sensori, PLC, robot, ecc.);
• un incremento della quantità di dati raccolti e analizzati;
• l‘integrazione di nuove linee di produzione o nuovi stabilimenti;
• la gestione di processi più complessi man mano che l’azienda cresce o il mercato cambia.

Questi cambiamenti potrebbero essere causati, ad esempio, dalla necessità di aumentare la propria capacità produttiva, da un’espansione geografica dell’azienda, o ancora dal dover gestire volumi di dati di produzione sempre maggiori.

Una scalabilità ben progettata permette a un’azienda di rispondere in modo agile alle esigenze del mercato e alla crescita produttiva, mantenendo alti livelli di efficienza e riducendo al minimo i costi associati alle interruzioni operative.

Sfide principali della scalabilità nei sistemi di automazione

Purtroppo ci sono molte aziende che implementano soluzioni di automazione per risolvere problemi immediati, senza però considerare come questi sistemi dovranno adattarsi al futuro. Questo potrebbe risultare, nel tempo, tecnicamente sfidante, se non addirittura limitante. Alcune delle sfide principali includono:

• Dover far fronte ad architetture rigide, ossia sistemi progettati per rispondere a necessità a breve termine, e che spesso mancano della flessibilità necessaria per crescere senza subire sostanziali modifiche.
• Costi di espansione elevati: se l’infrastruttura non è predisposta per l’espansione, aggiungere nuovi dispositivi o linee produttive può comportare costi significativi.
• Mettere in comunicazione vecchi e nuovi sistemi: integrare nuove tecnologie con sistemi legacy o già esistenti può essere complesso, soprattutto se questi utilizzano protocolli di comunicazione diversi.

Strategie tecniche per una scalabilità efficace

Esistono diverse soluzioni tecniche che possono garantire la scalabilità dei sistemi di automazione senza comprometterne le prestazioni o i costi.

Architettura modulare

Immaginiamo un qualsiasi sistema di automazione come un sofisticato set di LEGO. Ogni pezzo ha una funzione specifica e la vera magia sta nella possibilità di aggiungerli, rimuoverli o sostituirli senza dover rifare l’intera struttura. È esattamente ciò che fa un’architettura modulare per il tuo sistema di automazione industriale. Questo approccio permette di aggiungere o modificare componenti senza influenzare l’intero sistema.

Ma come si realizza concretamente questa flessibilità? È qui che entrano in gioco standard di comunicazione come OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture). Pensa a OPC UA come a un linguaggio universale che permette a tutti i “pezzi LEGO” del tuo sistema di comunicare tra loro, indipendentemente dal produttore o dalla funzione specifica.

Cloud Computing e Edge Computing

Un’altra delle strategie più efficaci per garantire la scalabilità è l’adozione di soluzioni cloud o ibride. Il cloud consente di scalare l’infrastruttura in modo dinamico, aggiungendo risorse solo quando necessario, riducendo i costi operativi e migliorando la capacità di elaborazione. Inoltre, una soluzione ibrida consente di combinare i vantaggi del cloud con l’affidabilità e la sicurezza delle soluzioni on-premise.

L’utilizzo del cloud offre flessibilità e scalabilità on-demand, permettendo di gestire grandi quantità di dati e applicazioni distribuite senza investimenti infrastrutturali elevati. Tuttavia, per operazioni che richiedono una bassa latenza e un controllo immediato, il Cloud Computing da solo potrebbe non essere sufficiente. Qui entra in gioco l’Edge Computing, che consente di elaborare i dati vicino alla sorgente, riducendo i tempi di risposta e garantendo la continuità operativa anche in caso di interruzioni della connessione alla rete centrale.

L’Edge Computing si rivela particolarmente utile in quei contesti industriali dove è fondamentale avere un controllo immediato sui processi critici. Ad esempio, per il controllo capillare di linee produttive molto complesse o per il monitoraggio in tempo reale di numerosi macchinari, l’Edge Computing permette di prendere decisioni rapide senza dover inviare tutti i dati al cloud per l’elaborazione. Allo stesso tempo, il cloud può gestire meglio analisi più complesse e archiviazioni a lungo termine.

Microservizi

Immaginiamo di dover costruire una casa che possa facilmente adattarsi alle esigenze future di una famiglia. Invece di progettare un unico edificio monolitico, potremmo optare per una struttura modulare, dove ogni stanza è un blocco che può essere facilmente aggiunto, rimosso o modificato. Questo è esattamente il concetto alla base dell’architettura a microservizi.

In un sistema di automazione, l’approccio a microservizi ci permette di suddividere un’applicazione complessa in tanti piccoli servizi indipendenti. Ogni servizio si occupa di un compito specifico, come la gestione degli ordini, l’invio di dati a un altro software, il monitoraggio della temperatura o il controllo di un valore on/off. È come avere una squadra di esperti specializzati, ognuno focalizzato sulla propria area di competenza.

Ma perché questo è così importante per la scalabilità? Pensa all’ultima volta che hai aggiornato lo smartphone. Non hai dovuto cambiare l’intero dispositivo, ma semplicemente aggiornare le singole app. Allo stesso modo, con i microservizi possiamo aggiornare, potenziare o persino sostituire un singolo componente del sistema senza dover toccare tutto il resto. Questo rende il sistema incredibilmente flessibile e pronto a crescere con l’azienda stessa.

Per rendere tutto questo possibile, in Eureka System utilizziamo tecnologie come Docker. Docker è la “scatola” software che racchiude ogni microservizio, insieme a tutto ciò di cui ha bisogno per funzionare. Immaginiamo di poter impacchettare un intero ufficio, con tutte le sue attrezzature, in una valigetta. Questo è ciò che fa Docker per i nostri microservizi.

Grazie a questo approccio, possiamo creare sistemi di automazione che non solo funzionano alla perfezione oggi, ma sono pronti a evolversi e crescere con la tua azienda domani.

API-First Design

Sfruttare le API al meglio significa facilitare l’integrazione di nuovi sistemi e la comunicazione tra componenti diversi. In pratica significa che, quando servirà implementare un nuovo macchinario o aggiornare il sistema MES, non bisognerà più preoccuparsi di come farlo “parlare” con il resto dell’ecosistema. Le API fungono da traduttori universali, assicurando che ogni parte del sistema possa comunicare efficacemente con le altre.

Ma non si tratta solo di far funzionare le cose oggi. L’approccio API-First guarda al futuro. Quando progettiamo le nostre soluzioni su misura, pensiamo sempre a come renderle già pronte per le sfide di domani. Ecco perché utilizziamo standard come REST per le nostre API. È come scegliere una lingua comune che tutti possono imparare e usare facilmente.

Due esempi pratici di scalabilità software

Esempio pratico:

Un’importante azienda nel settore del Beverage ha recentemente collaborato con Eureka System per scalare il proprio processo di etichettatura pallet. L’obiettivo era sostituire le vecchie macchine pneumatiche con una soluzione più dinamica e integrata, in grado di adattarsi alla crescita futura e alle esigenze di personalizzazione. Eureka System ha quindi implementato IMPRONA, un sistema robotico di stampa e applicazione che si integra perfettamente con i sistemi ERP e MES aziendali.

Il software che gestisce IMPRONA è stato interamente sviluppato con un’architettura modulare a microservizi. In questo modo può essere personalizzato ed è in grado di gestire in modo centralizzato più macchine di etichettatura di diverso tipo, su una o più linee di produzione.

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Esempio pratico:

Eureka System ha sviluppato per Tecnica Group S.p.a. una soluzione software centralizzata per gestire facilmente i Part Program di tutte le macchine CN.

Questo sistema, attualmente implementato da diversi mesi su 12 macchine per la tampografia all’interno del Tecnica Group Ski Boot Excellence Center, affronta la necessità di centralizzare e ottimizzare la gestione dei Part Program sfruttando una rete di unità Edge-Box installate in prossimità delle macchine stesse. Questo permette la gestione e lo scambio in tempo reale dei Part Program tra le diverse macchine: un server centrale riceve e archivia i nuovi Part Program dalle Edge-Box e si occupa di distribuirli a tutte le altre, salvandoli sui loro database locali e garantendo la sincronizzazione dei dati tra tutte le macchine. Le Edge-Box sono già state predisposte per estendere le proprie funzionalità alla raccolta dei dati di lavorazione. Acquisiranno i dati relativi a tempi di lavorazione e fermo macchina, per poi associare le relative cause di fermo e calcolare i KPI di produttività legati alla singola macchina e commessa.

Il sistema AMS non è solo scalabile, ma è anche già pronto per essere esteso e quindi gestire i Part Program di altre tipologie di macchine, non solo le tampografiche.

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Come Eureka System può aiutarti

Eureka System ha una vasta esperienza nello sviluppo e nell’implementazione di soluzioni di automazione scalabili. A seconda delle esigenze di progetto, utilizziamo diverse tecnologie come Ignition® o Docker per garantire che i nostri clienti possano espandere i loro sistemi senza problemi.

La nostra non è solo una scelta tecnica, ma una filosofia che permette ai vostri sistemi di automazione di evolversi e crescere in armonia con il vostro business. È il nostro modo di assicurarci che la vostra fabbrica del futuro sia costruita su fondamenta solide e flessibili.