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Integrazione a portata di ... mano
Articolo tratto da "Automazione e Strumentazione" - numero 49 - Settembre 2001

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Copertina dedicata ad Automa

Prosegue da parte di Automa la messa a punto di nuove soluzioni finalizzate all'integrazione delle due grandi aree tematiche, management e plant, che riguardano rispettivamente la gestione aziendale e l'automazione industriale. Anche se il dialogo tra i diversi livelli presenta ancora qualche difficoltà legata a motivi strutturali o di sistema, il modello di architettura per l'integrazione è ormai prossima all'ottimizzazione.

A cura di Aldo Fiocchi

Il problema dell'integrazione tra il mondo dell'automazione industriale e quello "parallelo" di tipo gestionale, facente capo essenzialmente alla produzione, costituisce ormai da qualche anno il punto focale attorno al quale si concentrano gli studi e le ricerche delle società di settore: il futuro è infatti sempre più incentrato sul concetto di business dinamico per cui il flusso dei dati aziendali deve essere organizzato in maniera tale da risultare il frutto di una corrispondenza biunivoca "forte" tra la logistica (elemento centrale, strategico e insostituibile di un'attività industriale) e le diverse funzioni che concorrono a quel tipo di attività.
In questo contesto, per altro ancora sostanzialmente nuovo, Automa, la nota società di Pedrengo che da anni costituisce un importante punto di riferimento per la realizzazione di sistemi informatici per l'automazione industriale mirati in modo particolare alle applicazioni di supervisione e di interfaccia uomo-macchina, sta concretizzando con soluzioni concrete lo studio avviato qualche anno fa sulla possibilità di integrazione reale dei quattro livelli fondamentali che costituiscono l'ossatura di un sistema informativo di un'azienda.
Tali livelli sono: il controllo o PBC (PLC-PC Based Control) e la conduzione o HMI (Human Machine Interface) facenti parte del Plant; la programmazione o EPS (Enterprise Production Systems) e la pianificazione o ERP (Enterprise Resource Planning), facenti parte del Management. Nasce così l'integrazione, un processo che il product manager Mario Borali definì "tentativo ardito" di gestione di un'architettura e di una problematica di per sé articolate e complesse.
Oggi Mario Borali può dirsi nel complesso soddisfatto, in quanto ben cinque unità di business da sempre "cavalli di battaglia" della società e cioè HMI, MONITEL, CAM, EPS e SPECIALS costituiscono dal punto di vista dell'integrazione una realtà del tutto definita: queste cinque unità di business rappresentano infatti una "convergenza tecnologica" paragonabile all'azione motoria sinergica riscontrabile nelle cinque dita di una mano e, non a caso, il simbolo di questo nuovo modello di sviluppo è proprio una mano aperta.

L'evoluzione di una filosofia
Da sempre Automa è inserita nel novero dei fornitori di automation engineering ad alto livello per quanto riguarda progetti particolari a base HMI e monitoraggio.
Si possono citare, ad esempio, i progetti di monitoraggio strutturale e ambientale realizzati per la società Enel Hydro (ex ISMES) come il progetto INDACO, con cui sono stati realizzati numerosi controlli a bordo diga, i monitoraggi dell'Etna (Poseidon), del bacino del Tevere, della Torre di Pisa, della Basilica di San Marco e della cupola del Brunelleschi e tanti altri ancora nell'ambito del monitoraggio strutturale. Sempre a proposito di monitoraggio, occorre ricordare il software ARGO per il controllo delle emissioni in atmosfera e altri software di monitoraggio/supervisione sviluppati "su misura" per una società che produce sistemi di sicurezza. Tutto ciò ha consentito ad Automa di acquisire nel tempo una notevole esperienza in settori tra loro tecnologicamente abbastanza distanti.
Ma "le cose del mondo non istanno ferme" come scriveva già nel 1400 Francesco Guicciardini.
Infatti, fino a qualche anno fa, la gestione di una centralina antincendio richiedeva una tecnologia completamente diversa rispetto a quella utilizzata, per esempio, per il controllo a bordo diga che, a propria volta era completamente diversa da quella utilizzata per un sistema di automazione: ogni sistema rappresentava una soluzione di "nicchia", anche dal punto di vista tecnologico, per cui si era sviluppata una cultura specifica. Solo recentemente lo sviluppo tecnologico ha fatto sì che il software diventasse il vero punto di riferimento e di aggregazione.
Proprio per questo motivo dal 1991 in poi il concentrare sempre più il know-how dei singoli settori nella parte software, unitamente al fatto che il software si fondava prevalentemente sulle architetture PC, ha fatto si che negli anni Duemila si stia assistendo ad una convergenza tecnologica di settore a dir poco impressionante: oggi è infatti possibile realizzare sistemi completamente integrati basati su architetture PC. Con tali sistemi è possibile effettuare, per esempio, una sorveglianza a distanza con telecamere a circuito chiuso e contemporaneamente gestire semafori, serrande e/o ventilatori secondo una filosofia che Automa aveva già applicato (in parte) nel '95 con la realizzazione (in partnership con Ismes) del monitoraggio del tunnel del Gran San Bernardo, uno dei primi esempi di sistema di supervisione e controllo su base PC dove l'utente è stato direttamente testimone dei notevoli vantaggi ottenibili con la convergenza tecnologica plurisettoriale. Quella che fino a pochi anni fa poteva essere considerata un'eccezione comincia a farsi strada come regola nello spirito, cioè, di rendere "omogeneo" il trattamento di dati che provengono da situazioni differenti. Automa vede nel livello EPS (e non solo MES, ossia Manufacturing Execution Systems) la collocazione ideale per l'implementazione delle funzioni di "omogeneizzazione delle diverse fonti di dati e di interfaccia tra HMI e l'ERP.
In altre parole deve far parte integrante del sistema informativo nel suo complesso non solo la "lavorazione", ma anche la serie di impianti tecnologici a volte definiti impropriamente UTILITIES, ma che spesso risultano legati alla produzione, come il controllo dell'energia, dei servizi, degli accessi e così via: ed è per questo che Automa ha anticipato già da alcuni anni la scelta delle "convergenze tecnologiche" cercando di definire un'architettura sulla quale costruire software e ulteriori competenze con questo preciso obiettivo.
A questo punto non resta che esaminare nel dettaglio l'offerta di questa "mano aperta" cominciando proprio dalla parte HMI.

HMI: piccolo, affidabilissimo e ... compatto
Per quanto riguarda la parte HMI la società di Pedrengo, partendo da Super-Flash e dalla linea di prodotti che riguardano la Supervisione Libera, ha ampliato ulteriormente l'offerta focalizzando il proprio interesse sul settore SoftPLC e, in più, su tutto quanto concerne il cosiddetto "Mondo Embedded": è infatti ben noto il bagaglio di esperienze accumulato nel tempo dalla società nella realizzazione di applicazioni espressamente dedicate alla parte HMI al fine di costruire interfacce uomo-macchina compatte si ma, soprattutto, attivabili, ossia sistemi atti a funzionare su PC molto piccoli ad alta affidabilità, grazie alla messa a punto di un sistema operativo proprietario standard a 32 bit ad ampio spettro basato su DOS, solido e, quel che più conta, ad alte prestazioni.
A proposito di "Mondo Embedded", invece, Automa ha conseguito una prima vittoria concretizzando un'idea basata sull'utilizzazione di una versione realtime del sistema operativo Linux per creare la prima integrazione Linux realtime-embedded, cuore di una serie di architetture hardware e software ulteriormente ampliabili in futuro. Nasce così Scatolinux, acronimo per Scalable To Linux, una chiara espressione riferita ad un oggetto in grado di svolgere una vasto numero applicazioni (multus) come sistema di raccolta, validazione e registrazione dei dati, controllore per applicazioni soft realtime, Web server di campo, router con gestione di I/O locale o remota (per non citarne che alcune). Il tutto concentrato si può dire quasi in un punto, dato che la sua forma "fisica" è quella di un cubo di appena 13 cm di lato (. . . in parvus), ma soprattutto un oggetto che facilita parecchio l'utilizzatore nella realizzazione dei propri sistemi di elaborazione dati o di interfaccia, proprio perché dotato di un hardware "assolutamente" standard e di un sistema operativo "assolutamente" standard (infatti le testate d'angolo del sistema sono lo standard PC104 e Linux). Scatolinux risulta inoltre di affidabilità elevata non disponendo di hard-disk, è inseribile su guida, è predisposto con criteri industriali a livello di PLC ma, nel contempo, è anche in grado di far "girare" internamente anche un sistema supervisore come Super-Flash e si può configurare e programmare facilmente tramite un'applicazione web based o un emulatore di terminale su rete o su seriale.
Grazie alla particolare architettura interna Scatolinux può essere collegato sia verso il processo (bus di campo e building automation, in quest'ultimo caso come centralina per la gestione di impianti di domotica, antincendio, controllo accessi e così via) e sia verso il mondo esterno (ethernet e, in generale internet): la gestione dei dati passa anche attraverso uno "storico", una funzione specifica in grado di memorizzare autonomamente i dati "di campo" anche in assenza del livello superiore. L'accesso è possibile in qualsiasi istante tramite un Web Server (sito Web).

Per la storia
L'interesse di Automa per Linux nasce qualche anno fa, cioè quando Linux era considerato poco più di una curiosità, in seguito all'analogo interesse (accompagnato da cospicui investimenti) che le grosse società di settore cominciavano a manifestare per questo prodotto, nonostante l'applicazione della filosofia di Linux fosse ancora lontana dal "mondo Automa" ma pur sapendo, per contro, quanto il grado di affidabilità di Linux fosse molto più elevato rispetto agli equivalenti sistemi Windows. Linux balza improvvisamente al primo posto nella scala degli interessi primari di Automa quando nascono i primi progetti di realtime per Linux: RTAI, progetto del Politecnico di Milano e RT Linux (Università di Città del Messico).
Ma la caratteristica "intrinseca" di Linux che ha costituito il "turn of tide" nelle scelte di business di Automa è stata proprio quella relativa alla possibilità di realizzare applicazioni embedded per la presenza nel sistema di un microkernel che richiama dei servizi caricandoli e scaricandoli della memoria: questo, unitamente alla successiva comparsa sul mercato di adeguati strumenti di sviluppo che fungono da supporto anche per l'utente meno esperto, consente di "potare" opportunamente il sistema operativo in modo da renderlo il più compatto possibile.
Il valore aggiunto da parte di Automa per quanto riguarda Scatolinux è consistito nel "farci stare" non solo il sistema operativo completo, ma anche un Telnet Server, un FTP Server, i driver per i bus di campo (Canbus, Profibus e così via), i driver per un massimo di 10 porte seriali e i driver TCP/IP. Tutto "compresso" in soli 5 MB di memoria disco, una dimensione facilmente disponibile su disk-on-chip o su dischi flash e su PC di piccole dimensioni: il sistema è inoltre "pronto per l'uso" dall'avviamento dell'applicazione entro una ventina di secondi e può essere "spento" altrettanto immediatamente senza vincolanti procedure di shut-down.
Grazie ad una partnership con VIPA (Gesellschaft für Visualisierung und Prozessautomatisierung mbh), una prestigiosa società tedesca specializzata nella produzione di sistemi Siemens compatibili, le possibilità future di Automa a proposito di applicazioni embedded si moltiplicheranno: con VIPA System 200V Compact IPC-288L si realizzerà uno "Scatolinux" di dimensioni ancora più ridotte (50,8 x 76 x 80 mm). Con i suoi 32 MB DRAM, 32 MB di disk-on-chip, dischi flash, microdrive, interfaccia verso ethernet ed i bus di campo è in grado di offrire la potenza di un processore 486 in un'esecuzione industriale estremamente compatta.

MONITEL: gli occhi dalla vista lontana
In base a quanto si diceva all'inizio, oggi più che mai Automa ritiene assolutamente strategico sviluppare in prospettiva la sezione di monitoraggio e telecontrollo perché questo sarà il supporto naturale sul quale poter costruire un business polivalente. A tutto vantaggio, per esempio, delle grosse Società distributrici di servizi del calibro di Enel, Telecom e così via: a questo proposito, esistono già esempi concreti come la società BAS di Bergamo la quale, avendo gia una struttura distribuita per la città, di cablaggi in fibra ottica che servono i propri impianti di distribuzione gas, è ora in grado di offrire a terzi i propri cavi per servizi di trasmissione dati.
La chiave di volta del cambiamento radicale delle funzioni Monitoraggio e Telecontrollo risiede infatti nella modifica della filosofia di sistema: non si parla più di gestione dei dati provenienti da modem separata e mirata al controllo "locale" dell'impianto, ma del fatto (assai più strategico) che i dati in arrivo vengono elaborati al fine di essere integrati realtime in un modello generale del business, modello che provvederà ad utilizzare tali dati in funzione "multiservizio": in questo spirito Automa è in grado di offrire alle società "multiutilities" prodotti specifici per il monitoraggio strutturale, ambientale e per la sicurezza (ossia sistemi antintrusione, antincendio e così via) strettamente correlati alla produzione e alla componente di automazione (industriale e non) specifica.

CAM: macchine e lavorazioni senza segreti
Automa attualmente sta realizzando software specifici per la simulazione di lavorazioni effettuate dalle macchine utensili (una volta che l'utente abbia messo a punto il progetto della macchina e il pezzo da produrre), anche se dal punto di vista strategico, in prospettiva, è allo studio la possibilità di integrare la progettazione della macchina e il "bordo macchina" (ossia il controllo numerico).
Nell'affrontare il complesso settore delle macchine utensili, la società di Pedrengo si è assunta anche l'impegno della realizzazione "virtuale" della macchina utensile, la qual cosa richiede anche l'effettuazione di una serie di operazioni tipiche del settore CAD per la presenza di un editor la cui funzione è di "disegnare" i solidi (ossia i particolari che costituiscono gli elementi macchina) che, una volta assemblati, daranno forma e figura alla macchina stessa: in questo modo si potrà ridurre sensibilmente la realizzazione dei prototipi, con un'altrettanto elevata riduzione dei costi.
Il sistema messo a punto da Automa è modulare e ciascun modulo svolge determinate funzioni a partire dalla realizzazione degli elementi macchina (ad esempio, un carro ossia un elemento che compie un movimento lineare e che è in grado di reggere un mandrino su cui viene montato il pezzo o l'utensile che effettua la lavorazione) per arrivare all'assemblaggio degli elementi macchina e in seguito al prodotto finito, ossia la macchina vera e propria: si completa così la prima fase, dopo di che la macchina viene trasferita nell'ambito "costruttore" che la personalizzerà in funzione delle richieste dell'utente finale.
Caratteristica basilare del sistema è la semplicità d'uso: i solidi si disegnano in modo naturale e facilitato dopo di che possono essere combinati tra loro in innumerevoli modi con una procedura assolutamente priva di complicazioni. Una volta "creato" l'elemento macchina e dopo aver inserito un'opportuna serie di parametrizzazioni, esiste ovviamente anche la possibilità di simulare il movimento mediante l'animazione.
È chiaro che questo "prodotto Automa" non è un sistema di progettazione ma, secondo Fabio Ghislandi, capo progetto CAM, di "assemblaggio per simulazione". I singoli componenti possono essere disegnati internamente o essere importati direttamente dai disegni quotati elaborati in precedenza dall'ufficio tecnico.
Il programma naturalmente dispone di altre funzionalità aggiuntive di movimentazione e animazione. Il passo successivo (attualmente ancora work-in-progress) è costituito dalla messa a punto della parte "utensile" che va dall'editazione del pezzo grezzo al progetto delle lavorazioni che concorrono alla produzione del pezzo finito.

EPS: l'ottimizzazione di un'idea
Parlando di EPS ci si ritrova nell'area vera e propria dei progetti di integrazione, ossia progetti che si originano dalla schedulazione proveniente dal settore della pianificazione ERP: a questo proposito l'impegno di Automa riguarda la realizzazione di sistemi che si collocano a valle della schedulazione.
Sulla base degli ordini di lavoro schedulati un'applicazione del livello EPS distribuisce sul medesimo impianto i diversi compiti alle varie macchine. La stessa applicazione riceve in seguito da queste ultime le informazioni relative alla movimentazione di materiali e ai processi eseguiti che andranno ad alimentare i data base aziendali al fine di consentire in qualsiasi momento la rintracciabilità delle lavorazioni (ad esempio, per lotti di produzione).
In questo caso, la messa a punto di un sistema di integrazione va ben al di là della realizzazione di un software, in quanto non si tratta solo di mettere insieme competenze aziendali complesse e molto distanti tra loro, nonché problematiche e culture diverse, ma occorre anche fare in modo di organizzare per tutti un flusso di dati coerente e con confini precisi di responsabilità sui diversi dati per le diverse funzioni aziendali (sistemi informativi, programmazione, produzione, manutenzione e ingegneria per quanto riguarda l'automazione).
Affrontare il challenge di cui sopra proponendo un prodotto non rappresenta quasi mai la soluzione del problema: è fondamentale infatti per prima cosa inquadrare il problema del cliente in tutti i particolari e, ovviamente, è altrettanto fondamentale individuarne la soluzione mentre la tecnologia viene per ultima, ossia essa rappresenta il mezzo con cui si raggiunge l'obiettivo. Il prodotto passa quindi in secondo piano, se non nel momento in cui quel prodotto viene scelto perché è "la soluzione" per quel determinato progetto.
La filosofia che fa capo ai progetti di integrazione è relativamente recente dato che solo da poco è maturata la consapevolezza dei vantaggi che se ne possono ottenere.
Un modello di business che preveda un'integrazione a tutto campo può essere ottimizzato nel tempo sulla base di riscontri realtime (questo concetto va applicato ovviamente caso per caso, il che significa un'escursione che può andare dal giorno al millisecondo): in questo modo è possibile rispondere prontamente a qualsiasi richiesta ed è proprio questo il caso, secondo Mario Borali, in cui si parla di vera integrazione con il sistema modellato sulla base delle esigenze del cliente.
A questo punto non si può parlare di integrazione tra livelli come aggregazione di culture diverse senza tener conto della specifica costante di tempo che, per ogni livello, caratterizza il concetto di realtime: per esempio, a livello HMI un operatore è spesso in grado di valutare un problema, capirlo e risolverlo nel giro di qualche minuto (il suo "tempo reale"), mentre a livello ERP per effettuare un intervento di sistema occorre convocare una squadra completa composta da un certo numero di persone ciascuna delle quali è dotata delle diverse competenze orizzontali specialistiche (finanza, controllo, gestione, logistica e così via): in tal caso una reazione di qualche giorno può essere ancora considerata "realtime".
A proposito di integrazione a livello EPS Automa ha al suo attivo parecchie applicazioni già operative e in corso di completamento in Italia e all'estero per i settori più disparati come, per esempio, quello del caffè e della stampa di periodici.

SPECIALS: "non ce la sentiamo di darci un confine"
Il titolo è già di per sé molto chiaro.
Automa mira infatti al raggiungimento di un livello di esperienza e di competenza tale da poter prendere in considerazione qualsiasi tipo di applicazione: ciò ovviamente è da intendersi come un orientamento da parte della società di Pedrengo tendente alla massima disponibilità verso problemi specifici di qualsiasi tipo.
Tra i molti casi già affrontati si può citare, per esempio, la determinazione del punto di linea dell'ETR 440, il che significa riuscire a determinare in qualsiasi momento a che punto del percorso si trova il convoglio e a quale velocità sta viaggiando; la raccolta dati inerente alla reazione da parte di determinati materiali sottoposti ad alta velocità di centrifugazione con susseguente esplosione (centrifuga geotecnica); un sistema sperimentale per l'ecografia del cemento armato tramite dispositivo a ultrasuoni collegato a PC, che consiste nel valutare la bontà della struttura del muro senza effettuare operazioni invasive tipo carotaggio; il progetto "meteor burst", una sofisticata idea nata prima dell'avvento delle trasmissioni satellitari e di internet in grado di sfrutta la ionizzazione di strati dell'atmosfera al passaggio di corpi celesti in modo tale da poter trasmettere segnali a bassissima potenza, in cui Automa ha realizzato il sistema di gestione del traffico dei dati.

Quale futuro per i sistemi SCADA?
Da quanto sopra esposto si evince che l'esperienza Automa si concentra su linee in cui coesistono, così si esprime Mario Borali, forti sinergie per cui tutti questi "componenti" insieme contribuiscono ad una grande base comune dal punto di vista dell'ingegneria del software e della tecnologia (l'immagine della mano).
Si tratta di un'interpretazione nuova del "fare automazione" resa possibile solo per il fatto che le tecnologie hanno reso concreta questa convergenza tecnologica, facendo in modo che settori apparentemente assai lontani fra loro si trovassero poi "magicamente" vicini: ecco il segreto dell'integrazione.
E per finire è interessante focalizzare il punto di vista di Automa a proposito di sistemi SCADA ed HMI: infatti oggi come oggi il concetto di SCADA e di HMI si equivalgono, a differenza di un passato fin troppo recente in cui i due sistemi rappresentavano entità diverse, dato che HMI stava ad indicare in sostanza un semplice terminale che, rispetto allo SCADA, non aveva la capacità di "storicizzare" i dati.
In ogni caso, anche se attualmente lo SCADA sta cercando di spingersi verso il livello EPS, i prodotti che vengono regolarmente immessi sul mercato risentono pur sempre dell'impronta di chi produce SCADA per cui, se i problemi relativi al livello EPS non si risolvono solo in base alla cultura HMI, i fornitori di sistemi SCADA hanno difficoltà nel collocare il proprio prodotto in quanto è "sovrabbondante" per applicazioni HMI e "difettivo" per applicazioni EPS. Lo SCADA, pur essendo in grado di comunicare genericamente col database, non è in grado di operare con efficacia con soluzione database del livello enterprise e di tipo transazionale.
Proprio in base a queste considerazioni Automa ha deciso di prendere le distanze dai sistemi SCADA per puntare decisamente su HMI e sui sistemi integrati: infatti, per esempio, se occorre trasferire i dati di un processo direttamente nell'ufficio del responsabile di produzione può essere sufficiente anche un sistema SCADA, ma nel momento in cui sia necessario integrare questi dati su un database aziendale ove si richiedano elevate caratteristiche di scalabilità, di solidità, di adeguato bilanciamento dei carichi e di architetture client-server a tre livelli lo SCADA, specialmente quello basato su Windows, non è più sufficiente e costituirebbe così l'anello debole della supply chain dei dati, in quanto verrebbe a mancare proprio l'affidabilità ormai indispensabile per i sistemi informativi integrati che sono oggi alla base dei moderni modelli di business.
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