M2M: PIÙ COMUNICAZIONE SIGNIFICA MIGLIOR AUTOMAZIONE

L’innovazione nell’ambito dell’automazione e dell’integrazione dei sistemi sta rivoluzionando il settore industriale, con un impatto significativo soprattutto nelle aziende meccaniche. La capacità di integrare tecnologie avanzate come le comunicazioni Machine-to-Machine (M2M) rappresenta un fattore chiave per migliorare la produttività, ridurre i costi e aumentare l’efficienza operativa. Questo articolo esamina come l’automazione e l’integrazione dei sistemi, basate sulle comunicazioni M2M, stia trasformando il settore delle aziende meccaniche, descrivendo i benefici, le sfide e le prospettive future.

In cosa consiste l’integrazione dei sistemi

L’integrazione dei sistemi ha come obiettivo la connessione delle diverse macchine o strumentazioni che compongono il processo produttivo. In questo modo è possibile creare una comunicazione fra apparecchiature, detta Machine-to-Machine (M2M), che gli permette di scambiarsi i dati autonomamente, migliorando la sinergia, la flessibilità e la reattività e riducendo di conseguenza la possibilità di errore.

La sua diffusione è stata resa possibile da due fattori altrettanto importanti: la diffusione delle reti IP e delle tecnologie wireless a basso costo e l’evoluzione delle tecniche dei sistemi di supervisione e controllo detti SCADA (“Supervisory Control And Data Acquisition“, lett. “controllo di supervisione e acquisizione dati” in italiano). Infatti, le comunicazioni M2M utilizzano reti di sensori, attuatori e dispositivi intelligenti collegati fra loro tramite reti cablate o wireless così da monitorarli e controllarli automaticamente durante i processi industriali.

Benefici delle comunicazioni M2M

L’adozione delle tecnologie M2M offre numerosi vantaggi tra cui:

• Aumento dell’efficienza operativa: L’automazione dei processi consente di ridurre i tempi di inattività e migliorare l’efficienza complessiva della produzione. Grazie alla capacità di monitorare e controllare i macchinari in tempo reale, è possibile ottimizzare il loro funzionamento, prevenire guasti e ridurre i costi di manutenzione.
• Riduzione dei costi: Automatizzando molte operazioni è possibile ottenere una riduzione dei costi operativi, inoltre, tramite l’adozione di sistemi M2M, è più facile integrare analisi per la manutenzione predittiva, evitando costosi guasti e riducendo il bisogno di interventi di riparazione imprevisti.
• Sicurezza migliorata: I sistemi M2M permettono di monitorare continuamente le condizioni operative dei macchinari, segnalando tempestivamente eventuali anomalie. Questo riduce il rischio di incidenti e garantisce un ambiente di lavoro più sicuro per i dipendenti.
• Efficienza energetica: Grazie all’uso di sensori intelligenti, le aziende possono monitorare e ottimizzare il consumo energetico dei macchinari, riducendo gli sprechi e migliorando la sostenibilità ambientale.

Architettura del sistema M2M

Le comunicazioni M2M si basano su un’architettura complessa suddivisibile in tre macro-domini: il dominio dei dispositivi, il dominio della rete e il dominio delle applicazioni.

• Dominio dei dispositivi: Comprende tutti quegli strumenti che raccolgono dati, come sensori, attuatori e contatori intelligenti, e li trasmettono a un gateway, strumento che riceve i dati e li aggrega in modo intelligente per poi inoltrarli al server. Quando ci sono più gateway in un’area questi possono comunicare direttamente tra loro (comunicazione peer-to-peer) per prendere decisioni collaborative.
• Dominio della rete: Fornisce la connessione tra il dominio dei dispositivi e il dominio delle applicazioni. Può utilizzare reti cablate o wireless come LTE, 5G, WiMAX o reti Ethernet industriali. La sfida in questo dominio è garantire una comunicazione affidabile, con copertura estesa e bassi costi operativi.
• Dominio delle applicazioni: È qui che i dati raccolti dai dispositivi vengono elaborati e analizzati. Il server centrale elabora le informazioni in tempo reale e le rende disponibili alle applicazioni per il monitoraggio e la gestione remota dei processi produttivi.

Figura 1 – Immagine tratta dall’articolo: “VermaPK,etal.Machine-to-Machine(M2M) communications: A survey, Journal of Network and Computer

Sfide tecniche dell’integrazione dei sistemi M2M

L’implementazione delle tecnologie M2M nelle aziende meccaniche presenta alcune sfide tecniche. Tra queste, le principali riguardano l’efficienza energetica, l’eterogeneità degli strumenti, la capacità ed affidabilità delle reti e la sicurezza dei dati.

• Efficienza energetica: Uno dei principali problemi nelle reti M2M è l’efficienza energetica dei dispositivi che operano con batterie, la cui durata è messa a dura prova dalla richiesta costante di raccolta e trasmissione dati. I ricercatori hanno proposto molte metodologie, strategie e tecniche per ridurre la quantità di energia consumata da questi processi. A livello di applicazione, la batteria può passare a una modalità di risparmio energetico, programmare le attività che consumano più energia, comprimere i dati e/o scaricare alcune attività di calcolo sui server per risparmiare energia.
• L’eterogeneità dei dispositivi: le reti M2M sono costituite da un gran numero di dispositivi eterogenei con capacità e funzionalità completamente diverse per una serie di applicazioni diverse, con conseguenti protocolli di rete e formati di dati differenti. Diverse organizzazioni per lo sviluppo di standard (SDO), come 3GPP, ETSI, oneM2M, IETF, ecc. hanno recentemente promosso attività di standardizzazione sulle questioni relative alle comunicazioni M2M.
• La capacità della rete: in questa tecnologia miliardi di dispositivi comunicano per una serie di operazioni, causando congestione e sovraccarico nelle reti e generando vari tipi di traffico dati.
• Affidabilità delle reti: i dispositivi devono operare in ambienti industriali complessi e spesso ostili, di conseguenza le reti devono essere progettate per resistere a guasti e per garantire una trasmissione dati stabile. I canali wireless nelle comunicazioni M2M sono notoriamente inaffidabili a causa delle fluttuazioni del canale, delle interferenze dovute alle macchine vicine, del rumore e delle interferenze del traffico aereo. L’affidabilità dipende anche dal ritardo end-to-end per la trasmissione dei dati dal dominio del dispositivo fino a quello dell’applicazione. Nelle comunicazioni M2M, una delle tecniche efficaci per migliorare l’affidabilità è lo sfruttamento delle tecnologie di ridondanza, tra cui la ridondanza informativa, spaziale e temporale.
• Sicurezza dei dati: i dispositivi intelligenti sono vulnerabili a diversi tipi di attacchi informatici, inclusi hacking, manomissione dei dati e accesso non autorizzato. Per proteggere i dati trasmessi, sono necessarie soluzioni avanzate di sicurezza, come la crittografia e l’autenticazione dei dispositivi. Inoltre, è fondamentale implementare protocolli di sicurezza che garantiscano la protezione dei dati sensibili durante l’intero ciclo di vita delle comunicazioni.

Prospettive future delle comunicazioni M2M

Le prospettive per le comunicazioni M2M sono estremamente promettenti, con applicazioni che continuano a espandersi in diversi settori industriali. Le future evoluzioni tecnologiche, come l’introduzione dell’intelligenza artificiale (AI) e del machine learning (ML), permetteranno di migliorare ulteriormente l’efficienza dei sistemi M2M, rendendo possibile una gestione sempre più autonoma e intelligente dei processi produttivi. In particolare, l’intelligenza artificiale consentirà ai dispositivi M2M di analizzare grandi quantità di dati in tempo reale, prevedere anomalie e prendere decisioni autonome per ottimizzare i processi produttivi. Questo porterà a una maggiore automazione e a una riduzione ancora più significativa dell’intervento umano, permettendo alle aziende meccaniche di operare in modo più efficiente e competitivo.

Conclusione

Le tecnologie M2M stanno trasformando radicalmente l’industria meccanica, consentendo alle aziende di automatizzare i processi, migliorare l’efficienza operativa e ridurre i costi. Tuttavia, per implementare queste tecnologie è necessario superare diverse sfide come la comunicazione fra apparati diversi, l’affidabilità delle reti e la sicurezza dei dati, da cui deriva la necessità di sviluppare soluzioni tecniche avanzate e l’adozione di standard internazionali che garantiscano l’interoperabilità tra dispositivi e sistemi.

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