IIoT, Industrial Internet of Things: definizione, architettura, componenti

L’IIoT (Industrial Internet of Things) può essere definito come un insieme di strumenti e applicazioni che consentono alle aziende di creare un ambiente connesso end-to-end dal core all’Edge. Un ambiente di questo tipo abilita la raccolta dati e l'estrazione delle informazioni necessarie a prendere decisioni intelligenti.

L’IIoT è dunque un sistema che connette al Cloud dispositivi Edge, come attuatori, sensori, controllori, switch di connessione, gateway e pc industriali (Ipc, Industrial pc). Rappresenta uno dei pilastri di Industria 4.0, in quanto la comunicazione autonoma tra macchine e ambiente digitale disperso permette la risoluzione automatizzata di problemi che in precedenza richiedevano l’intervento umano.

L’architettura e le componenti di una soluzione IIoT

I dispositivi Edge: sensori, attuatori e gateway

Una tipica architettura IIoT integra varie componenti. Ci sono prima di tutto i dispositivi abilitati per IoT ai margini della rete (Edge), cioè il più vicino possibile alla fonte dei dati. Si tratta spesso di attuatori e di sensori wireless in ambiente industriale. Sono presenti un’unità di elaborazione o un end-point di raccolta dati.

I sensori acquisiscono i dati dall’ambiente circostante o dagli oggetti che monitorano e li trasformano in metriche che una piattaforma IoT può analizzare e convertire in informazioni fruibili. Gli attuatori invece controllano i processi che si verificano nell’ambiente osservato e modificano le circostanze fisiche in cui i dati stessi vengono prodotti.

Determinanti sono poi la gestione dei dati all’Edge e la loro elaborazione iniziale. Anche a livello di sensore è possibile l’elaborazione, necessaria se le informazioni devono essere disponibili immediatamente. In questo senso si parla dunque di Edge Computing. Questa elaborazione preventiva riduce i volumi di dati inviati ai datacenter o al Cloud.

Adiacenti agli attuatori e ai sensori ci sono poi gli Internet gateway, nei quali i dati dei sensori vengono raccolti, aggregati, digitalizzati ed elaborati prima di venire trasmessi al Cloud. I gateway possono essere implementati a livello hardware oppure software.

L'architettura Cloud

Un'altra componente di un'architettura IIoT è il Cloud per l'elaborazione avanzata, necessario per il fatto che i dispositivi perimetrali sono limitati nella loro capacità di pre-elaborazione. A livello Cloud si possono infatti eseguire elaborazioni estese, anche aggregando dati da fonti diverse e fornendo insight approfonditi.

Nel contesto dell’architettura IIoT, il Cloud ha prima di tutto un hub, che fornisce la connettività da e verso i sistemi locali, gestisce la connessione e tutti gli aspetti di sicurezza. C'è poi un sistema di archiviazione, utile per conservare le informazioni prima e dopo l’elaborazione. Infine, c'è un’interfaccia utente, spesso di tipo web, che fornisce la visualizzazione dei risultati dell’analisi.

I protocolli di connettività

Altro elemento fondamentale di un ambiente IIoT è nei protocolli di connettività, necessari per il trasferimento dei dati attraverso il sistema IIoT. Questi protocolli devono preferibilmente essere standard di settore, ben definiti e sicuri.

Citiamo i più comuni. C'è AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), un protocollo bidirezionale e multiplexing, creato proprio per la connettività Cloud orientata all’IIoT.

Altro protocollo è MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), per il trasporto di messaggi client-server, che utilizza dimensioni ridotte dei frame dei messaggi. Infine, va menzionato CoAP (Constrained Application Protocol), una versione ridotta di http sviluppata per i requisiti IIoT.

Le piattaforme IIoT e il framework IIRA

Infine, l’ultima componente di un’architettura IIoT riguarda le piattaforme IIoT, in grado di orchestrare le varie operazioni lungo l’intera catena del valore dei sistemi IIoT. Le piattaforme controllano i dati dei dispositivi e gestiscono analisi, visualizzazione ed eventuale utilizzo di algoritmi di intelligenza artificiale.

La IIRA (Industrial Internet Reference Architecture) è l’architettura di riferimento per lo sviluppo di sistemi sofisticati in ambito IIoT. In generale, il framework di IIRA suggerisce che le aziende progettino il proprio sistema utilizzando un approccio sistemico, che includa feedback e interazioni. Inoltre, il framework raccomanda che si realizzino progetti IIoT personalizzati per un particolare settore aziendale, come ad esempio energia, trasporti, sanità, oppure ambito governativo.

I vantaggi dell'IIoT, l'Industrial Internet of Things

L’IIoT offre numerosi vantaggi. In primo luogo, supporta l’automazione industriale e quindi massimizza l’efficienza operativa. Inoltre, abilitando il continuo monitoraggio delle prestazioni delle apparecchiature fisiche, permette alle aziende una maggiore comprensione dell’efficienza operativa delle stesse. Dà la possibilità di prendere decisioni operative volte ad aumentare la produttività. Questo perché viene massimizzata l’efficacia durante il tempo di funzionamento degli impianti.

I dispositivi IIoT possono essere utilizzati per svolgere attività ripetitive e pericolose e anche per ridurre errori e inefficienze nelle operazioni di produzione. Con meno difetti di qualità, la redditività dell’azienda aumenta, grazie alla maggiore soddisfazione del cliente finale e a una migliore brand reputation.

L’IIoT è poi indispensabile per implementare strategie di manutenzione predittiva. I sensori integrati nelle apparecchiature industriali consentono infatti di ricevere puntualmente notifiche in merito alle condizioni operative.

Questi sensori registrano, ad esempio, temperatura, umidità e altre variabili ambientali nell’area di lavoro, nonché la composizione dei materiali e l’impatto che il trasporto ha avuto o potrà avere sulla spedizione del macchinario. Con la manutenzione predittiva, è possibile ridurre in misura rilevante le spese e i tempi di fermo macchina.

Infine, i sistemi IIoT permettono di aumentare la sicurezza dei lavoratori, grazie al monitoraggio delle condizioni sul posto di lavoro. Rendono inoltre possibile il risparmio sui costi energetici, sempre grazie al monitoraggio non solo delle apparecchiature, ma anche della temperatura, dell’utilizzo dell’acqua e dell’illuminazione dell’intero impianto.