Dalla manutenzione predittiva alla gestione automatizzata della logistica: sfide e prospettive future delle applicazioni IoT per l’industria 4.0

Dagli smart watch alle infrastrutture cittadine, dalla domotica alle auto intelligenti, l’Internet of Things è oggi una realtà irrinunciabile per una moltitudine di applicazioni. Grazie al paradigma IoT, infatti, gli oggetti più disparati sono in grado di comunicare tra loro e con un “cervello” centrale, scambiando informazioni su di sé e sull’ambiente circostante: perciò si parla di auto, città e fabbriche intelligenti.

Le applicazioni industriali dell’IoT, in particolare, hanno dimostrato sin da subito un enorme potenziale. Incluso tra le 6 tecnologie alla base della cosiddetta Industria 4.0, l’Internet delle Cose permette trasformare i vecchi impianti di produzione in “Cyber-Physical Systems”, cioè in sistemi in cui computer e reti integrati monitorano e controllano gli oggetti fisici in tempo reale.

Questo significa poter identificare, localizzare e mettere in funzione qualunque macchinario in maniera automatizzata, nonché acquisire dati sulla strumentazione ed eseguire diagnosi di stato in tempo reale. È la cosiddetta quarta rivoluzione industriale, ed è appena iniziata.

L’Internet of Things può cambiare il mondo

Quando il britannico Kevin Ashton definì per la prima volta l’Internet delle Cose era il 1999. Allora, i computer dipendevano quasi completamente dagli esseri umani per ottenere dati. Il problema, così rifletteva Ashton, è che le persone hanno “tempo, attenzione e precisione limitati”, il che significa che non sono molto brave ad acquisire dati sulle cose nel mondo reale.

“Se avessimo dei computer che sanno tutto quello che c’è da sapere sulle cose – utilizzando i dati che raccolgono senza alcun aiuto da parte nostra – saremmo in grado di tracciare e contare tutto, riducendo notevolmente gli sprechi, le perdite e i costi. Sapremmo quando gli oggetti devono essere sostituiti, riparati o richiamati, e se sono freschi o scaduti. L’Internet delle Cose ha il potenziale per cambiare il mondo, proprio come ha fatto Internet. Forse anche di più”.

Così si esprimeva Ashton in quella che è riconosciuta come la prima menzione del concetto di Internet delle Cose. Da allora sono passati 25 anni, e l’intuizione del tecnologo inglese è diventata una realtà assodata. Secondo il rapporto “State of IoT Summer 2024″ di IoT Analytics, alla fine del 2023 i dispositivi IoT connessi erano 16,6 miliardi, in crescita del 15% rispetto al 2022.

Entro la fine del 2024, si legge nel report, il numero dei dispositivi connessi raggiungerà i 18,8 miliardi. Si tratta soprattutto di dispositivi Wi-Fi, Bluetooth e cellular IoT, ma l’Internet of Things cresce anche in ambito industriale: nonostante le incertezze legate all’inflazione e ai conflitti in corso in Europa e nel Medio Oriente, il 51% delle aziende che già adottano l’IoT prevede di aumentare il budget destinato a questa tecnologia nel corso dell’anno.

Smart factory: cosa sono le fabbriche intelligenti?

L’adozione dell’Internet of Things sta svolgendo un ruolo fondamentale nell’evoluzione dell’industria: cardine della quarta rivoluzione industriale, l’IoT sta permettendo di trasformare i vecchi impianti di produzione in fabbriche intelligenti, che sfruttano complesse reti di sensori e software interconnessi per monitorare e ottimizzare il processo produttivo.

Una definizione accurata di smart factory è riportata in un recente studio pubblicato da ricercatori iraniani e ciprioti sulla rivista Internet of Things and Cyber-Physical Systems:

“Una fabbrica intelligente è un impianto di produzione altamente automatizzato nell’ambito dell’industria 4.0 che utilizza tecnologie avanzate, come l’intelligenza artificiale, l’Internet delle cose (IoT) e la robotica per ottimizzare le operazioni e migliorare l’efficienza, la produttività e la qualità”.

Lo smart manufacturing, in questo contesto, si configura come la capacità di risolvere i problemi (esistenti e futuri) tramite un’infrastruttura aperta e interconnessa capace di leggere i dati in tempo reale e trasformarli in valore. Nelle fabbriche intelligenti, sensori e dispositivi possono prevenire i guasti alle macchine, fornire informazioni sui modelli di consumo energetico e tracciare in tempo reale la posizione fisica di strumenti e macchinari, permettendo di intervenire sui tempi di inattività, sui consumi, sull’efficienza dei processi produttivi e sul loro impatto ambientale.

L’Internet of Things, si legge nello studio citato, è una tecnologia chiave dell’Industria 4.0: nelle fabbriche intelligenti, infatti, macchine e apparecchiature devono poter comunicare tra di loro e con un sistema di controllo centrale. Senza l’infrastruttura diffusa dell’Internet of Things, che permette ai macchinari di comunicare senza bisogno di intervento umano, il monitoraggio, l’analisi e il processo decisionale in tempo reale non sarebbero possibili.

Gli utilizzi dei dispositivi IoT nell’industria 4.0

In contesto industriale, i dispositivi IoT possono essere utilizzati per i compiti più vari: dal controllo di temperatura e pressione al monitoraggio in tempo reale delle prestazioni dei macchinari, dal rilevamento di potenziali rischi per la sicurezza alla gestione automatizzata di logistica e magazzini.

I dati ottenuti dalle cose, poi, possono essere analizzati utilizzando algoritmi IA e di apprendimento automatico, in modo da identificare i modelli e ottimizzare i processi. In tal modo, i produttori possono finalmente prendere delle decisioni data-driven, cioè basate su dati e modelli matematici.

Una delle applicazioni più promettenti dell’IIoT (Industrial Internet of Things) è la manutenzione predittiva, cioè la possibilità di individuare potenziali guasti alle apparecchiature prima che si verifichino, consentendo agli operatori di ridurre al minimo i periodi di inattività non pianificati grazie a un programma di manutenzione basato sui dati provenienti dalle stesse macchine.

L’accesso in tempo reale a questo tipo di informazioni permette non soltanto di ridurre i downtime, ma anche di diminuire i costi di manutenzione e prolungare la vita di macchinari e impianti di produzione. Può inoltre aumentare la produttività “utilizzando dati e analisi per stimare i tempi di riparazione di macchine e impianti di produzione”.

Internet of Things e fabbriche intelligenti: sfide e ricerca futura

Lo studio di M. Soori, B. Arezoo e R. Dastres non nasconde alcune criticità che devono essere affrontate per una reale implementazione dell’Industria 4.0. Innanzitutto, spiegano i ricercatori, la trasformazione in smart factory richiede un grande investimento iniziale, cosa che per le imprese più piccole rappresenta un ostacolo significativo.

Sono inoltre necessarie risorse altamente qualificate, in grado di implementare le forti misure di sicurezza necessarie per garantire la protezione dei dati. Con l’aumento dei dispositivi connessi a internet, infatti, aumenta inevitabilmente anche la superficie di esposizione agli attacchi informatici.

La ricerca futura dovrebbe occuparsi di dare risposta a queste problematiche: i ricercatori indicano 12 possibili ambiti di studio, tra cui spiccano la sicurezza delle reti IoT, l’uso dell’IA nelle fabbriche intelligenti, l’interoperabilità tra dispositivi grazie a standard, protocolli e API aperti.

Altri filoni di ricerca da non lasciare indietro sono legati all’efficienza energetica delle architetture IoT, all’integrazione con altri sistemi e all’interazione uomo-macchina. Come si legge nello studio:

“Le fabbriche intelligenti stanno diventando sempre più automatizzate, ma l’uomo svolge ancora un ruolo cruciale nel monitoraggio e nella gestione del processo produttivo. La ricerca può esplorare modi per migliorare l’interazione tra uomo e macchina, ad esempio attraverso la realtà aumentata, l’elaborazione del linguaggio naturale e altre tecnologie”.

La ricerca futura, concludono gli scienziati, avrà un ruolo decisivo nella trasformazione delle fabbriche, ma anche nel garantire che l’Internet of Things diventi infine un beneficio per tutti.

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