Il settore industriale in generale si sta avvicinando ai vantaggi delle reti wireless 5G con un ritmo più lento dei veloci salti avanti di questa tecnologia telco. L’eccezione sono alcune grandi multinazionali, dell’automotive, dell’aerospaziale o della logistica, e alcune grandi infrastrutture, quali porti e miniere. Questi settori stanno abbracciando i vantaggi dell’ultra affidabilità, delle bassissime latenze, del tempo reale nell’edge e della ricchezza dello spettro, tra cui le onde millimetriche (mmWave), con importante ricerca e investimenti.
Il 5G è stato progettato dal concepimento, quasi dieci anni fa, per offrire queste funzionalità con una precisione e stabilità del segnale prima non disponibili. La loro combinazione si presta per l’implementazione delle cosiddette reti private industriali. In particolare, la precisione estrema e la stabilità rispondono ai requisiti delle applicazioni di controllo standard e di sicurezza industriali, che prevedono un alto numero di sensori, attuatori e controller, come nell’automazione e nell’IoT industriale (IIoT).
L’ipotesi dei test sotto era di verificare se la tecnologia 5G era una tecnologia praticabile per “aumentare” e persino sostituire le tradizionali connessioni di rete industriale (di tipo Ethernet). Ciò rappresenterebbe una svolta in termini di costi, flessibilità, sostenibilità e time-to-market per le operazioni industriali dovunque nel mondo.
Il test: Ethernet assieme a wireless 5G per l’automazione sono perfettamente compatibili nelle reti private industriali 5G.
La sostenibilità nei vari settori industriali comincia a mostrare i suoi vantaggi sul fronte dei costi e dell’operabilità. Finora, in un’attività industriale, le linee, le macchine o altre attrezzature se collegate via cavo richiedono per ogni nuova installazione una nuova infrastruttura. Essa non è soltanto una quantità di materiale che influisce negativamente sullo sforzo per una maggiore sostenibilità, ma ha un impatto anche sull’agilità delle operazioni industriali. Si pensi all’agilità ormai indispensabile per rispondere a mercati volatili, o per riorganizzare velocemente le catene della fornitura, le supply chain.
Le reti sono un elemento chiave della trasformazione digitale verso una produzione industriale intelligente, e la generazione di wireless 5G nei private industrial networks può fare da innesco per la digitalizzazione in generale e per risultati concreti sul fronte della sostenibilità e dell’agilità. Alcuni importanti casi d’uso dello smart manufacturing riguardano innanzitutto le applicazioni nelle quali gli operatori devono avere la massima visibilità e intelligenza utilizzando, per esempio, analytics, digital twin e realtà aumentata (AR), da una parte. Dall’altra, le reti wireless rispondono ad applicazioni e asset mobili che richiedono una risposta immediata e una efficienza “aumentate”, com’è il caso dei veicoli a guida autonoma (Agv) o dei robot mobili autonomi (Amr).
Un altro esempio sono i macchinari statici o che hanno parti rotanti (tipo anelli a slittamento), o i macchinari mobili che sono operativi quando sono fermi e non operativi durante gli spostamenti. Quando questo tipo di risorsa industriale è connessa in modalità wireless, la riduzione dell’infrastruttura cablata che serve per il loro funzionamento in sicurezza può essere notevole. L’agilità è incrementata con il passaggio al wireless anche nel caso di asset industriali fissi, (linee, macchinari, ecc.) perché si riducono i tempi di riconfigurazione, come il mercato tende a richiedere sempre di più.
La sostenibilità quindi paga, in particolare nell’automazione, perché crea resilienza, come conclude il rapporto Future of Enterprise 3rd edition – Time to rethink resilience.
Per questa ricerca condotta da Rockwell Automation, Ericsson, Qualcomm Technologies Inc. e Verizon sono stati realizzati test sull’automazione industriale con connettività wireless 5G.
L’obiettivo della ricerca era valutare questa tecnologia, nel caso specifico di una rete industriale privata, a partire dalla compatibilità con l’Ethernet/IP ™ di ODVA – che è la tecnologia di comunicazione industriale principale utilizzata da Rockwell Automation. Si è trattato di capire se le reti Ethernet/IP esistenti sono pronte per interagire con il 5G industriale e, al tempo stesso, confermare che il 5G industriale sia pronto per assumere applicazioni nate per Ethernet/PI.
Un caso d’uso (nell’immagine sotto) rappresenta la configurazione di uno dei test per un’applicazioni industriale non mobile costituita da un controller di area e di sicurezza Guardlogix® di Rockwell Automation, da una parte, e di dodici aree distribuite equipaggiate con moduli I/O Flex 5000® per lo standard e la sicurezza a rappresentare trasportatori o macchinari, dall’altra.
Per il Ran, radio access network, della rete 5G è stata montata una stazione base Ericsson a onde millimetriche nella frequenza 28 GHz e nella banda LTE 2, secondo le specifiche per lo standard contenute nella versione 15 della 3GPP (l’organizzazione che fissa gli standard per il wireless).
Qualcomm ha invece fornito una piattaforma mobile per la raccolta dei dati del test e l’analisi del flusso di traffico. Questa piattaforma ha anche svolto la funzione di adattatore tra il 5G industriale e l’Ethernet.
I concetti sviluppati dall’operatore statunitense Verizon hanno rappresentato un contributo cruciale per la definizione dei requisiti, degli obiettivi funzionali e della portata del test. Verizon ha contribuito anche con una tabella di marcia per la definizione dei successivi requisiti per la validazione.
Le conclusioni della ricerca e dei test confermano, innanzitutto, il noto assunto, che i plant, per avere un funzionamento improntato dai dati, hanno bisogno di una solida architettura infrastrutturale di rete industriale.
Più nello specifico, le società partner che hanno realizzato la ricerca – Rockwell Automation, Ericsson, Qualcomm e Verizon – sottolineano che l’Ethernet/IP è pronto per interagire con il 5G industriale sotto forma di rete privata; che allo stato raggiunto, queste reti sono pronte per assumere le applicazioni Ethernet/IP standard e della sicurezza I/O; e che le reti 5G nei private industrial network possono contribuire a risultati concreti a livello di azienda, tra cui una maggiore sostenibilità e più agilità nelle operazioni industriali.
La collaborazione di questa ricerca sarà portata avanti. Per esempio, si sta pianificando la valutazione delle applicazioni di sincronizzazione Ethernet/IP Time (CIP Sync ™) e la Distributed Motion (Motion ™) per le reti private industriali 5G senza collegamento ad altri network esterni secondo le specifiche, come nella versione 16 della 3GPPP (Release 16). Una prova iniziale ha dato risultati promettenti.
In sintesi, la collaborazione tra Rockwell Automation, Ericsson, Qualcomm e Verizon ha permesso di verificare che, nei test, e come ci ha spiegato Gregory Wilcox all’Automation Fair 2022 a Chicago, l’automazione industriale abbinata al 5G funziona come nelle migliori previsioni. In altre parole, mentre le operazioni industriali evolvono verso la produzione intelligente, già oggi lo standard 5G può essere pianificato per una connettività wireless con garanzia delle più alte prestazioni.
