Lettori AutoID in era digitale nella visione di Leuze

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Per Leuze l’evoluzione della produzione e della logistica verso fabbrica intelligente e digitale di Industria 4.0 richiede un adattamento dei sistemi di identificazione automatica, o AutoID, come lettori di codici a barre 1D/2D e RFID, di per sé tecnologie ampiamente collaudate e indispensabili per il controllo dei processi e dei flussi logistici.

Il classico codice a barre come sistema di identificazione ottica è stato introdotto negli anni Settanta. Nel frattempo, diversi tipi di codice a barre sono in uso in tutto il mondo (ad esempio GS1-128, Data Matrix, QR Code, Aztec Code). Il codice a barre, ad esempio sotto forma di etichetta stampata, deve la sua semplicità d’uso, il suo costo estremamente ridotto e la sua completa standardizzazione a livello mondiale alla sua importanza come mezzo di identificazione più importante al mondo. Il codice a barre è diventato il nostro compagno quotidiano, quasi inosservato, nel nostro ambiente personale, ma anche, naturalmente, nelle applicazioni industriali.

L’identificazione a radiofrequenza (RFID) opera nella gamma delle radiofrequenze e utilizza l’interazione elettromagnetica tra i supporti di dati RFID, per lo più passivi (i cosiddetti tag), e un’antenna che genera il campo elettromagnetico. Le prime applicazioni pratiche sono arrivate sul mercato alla fine degli anni ’80 (ad esempio, l’immobilizzatore elettronico dei veicoli). La tecnologia si è poi diffusa nei primi anni 2000 con la disponibilità di nuove gamme di frequenza (HF e UHF), quando sono stati introdotti i sistemi di carte contactless e le etichette RFID a basso costo, in particolare nel mercato della vendita al dettaglio, hanno aperto nuove possibilità per i processi logistici automatizzati.

I vantaggi dell’RFID rispetto al codice a barre sono evidenti: a differenza del codice a barre, l’RFID non richiede una linea visiva diretta tra il supporto dati e il lettore. E un altro punto spesso importante: sul supporto dati RFID possono essere memorizzati dati aggiuntivi, in modo che, oltre a un codice individuale (il cosiddetto ID univoco o codice elettronico del prodotto (EPC)), a ogni oggetto possano essere assegnate informazioni aggiuntive, memorizzate a livello decentrato, sulle sue proprietà, sulla sua storia o sul suo stato attuale. Dopo molti anni di sviluppo tecnico mirato e con un’ampia esperienza in diversi settori industriali e applicazioni praticamente in tutti i processi di produzione industriale e nella catena di fornitura, la RFID si è trasformata in una tecnologia di identificazione consolidata e affidabile. I suoi vantaggi rispetto al codice a barre si manifestano ovunque le condizioni di applicazione e il calcolo dei costi-benefici consentano l’uso della RFID.

Oggi le due tecnologie convivono pacificamente, in particolare nelle applicazioni track-and-trace. Ad esempio nell’industria automobilistica, dove i processi di produzione devono essere costantemente monitorati e allo stesso tempo è necessario tenere d’occhio tutti i flussi di materiali necessari per la fornitura dei componenti. A ciò sono collegate ulteriori informazioni sullo stato delle macchine e dei sistemi, nonché il controllo dei cicli di container e la gestione del magazzino. Come ‘tecnologia abilitante’, sia i sistemi di identificazione ottica basati su laser o telecamere che i sistemi RFID danno oggi un contributo importante all’automazione end-to-end e alla tracciabilità dei processi. E non solo: forniscono i dati di base per una mappa digitale del sistema produttivo, compresi tutti i componenti coinvolti e i processi logistici. Allo stesso tempo, l’evoluzione della produzione classica verso la ‘fabbrica intelligente’, la logistica e il ‘flusso di materiali intelligenti’, che è stata messa in moto dall’Industria 4.0 e dall’Industrial IoT, richiede l’adattamento dei sistemi AutoID consolidati ai requisiti avanzati dei sistemi digitali in rete in officina. Gli sviluppi necessari per raggiungere questo obiettivo riguardano la funzionalità, la capacità di comunicazione e le prestazioni dei sistemi AutoID.

Funzionalità
Un passo importante verso l’ottimizzazione dei sistemi AutoID rispetto alla digitalizzazione dei processi produttivi è il monitoraggio delle condizioni. Ciò richiede l’integrazione di sensori nei dispositivi AutoID. Questi sensori consentono il monitoraggio delle condizioni del lettore e forniscono informazioni cicliche sullo stato del dispositivo, avvertono di irregolarità nella qualità del processo di acquisizione e, tramite analisi a valle, consentono un intervento tempestivo o una manutenzione predittiva del sistema. L’integrazione di sensori esterni per determinare lo stato attuale contemporaneamente all’identificazione dell’oggetto e collegarlo all’ID dell’oggetto memorizzato sul supporto dati offre inoltre un notevole vantaggio per l’ottimizzazione della trasparenza del processo. Operando come master IO-Link, un dispositivo AutoID può, ad esempio, raccogliere i dati da più sensori IO-Link installati nel luogo di lettura in modo molto semplice e – con un’adeguata dotazione hardware – inoltrarli a un sistema di controllo o addirittura pre-elaborarli nel dispositivo stesso utilizzando applicazioni software adeguate.

Capacità di comunicazione
La capacità di comunicazione dei sistemi AutoID è di fondamentale importanza perché è responsabile dello scambio di dati digitali sia a livello di controllo che con i sistemi amministrativi e di pianificazione di livello superiore.
In genere, per il controllo dei processi in tempo reale si utilizzano da tempo interfacce fieldbus basate su Ethernet, come Profinet o Ethernet/IP. La necessità di combinare le procedure di identificazione dei processi con il monitoraggio degli stati operativi e dei dispositivi determinati simultaneamente aumenta le esigenze delle interfacce di comunicazione dei sistemi AutoID. In particolare, OPC UA, uno standard aperto per lo scambio di dati, è oggi sempre più utilizzato nei dispositivi AutoID di molti produttori di automazione. L’interconnessione dei dispositivi all’interno di una rete, da un lato, e la comunicazione con i sistemi di controllo e IT, dall’altro, attraverso le cosiddette OPC UA Companion Specifications, sono possibili indipendentemente dal produttore. Per i sistemi AutoID in particolare, dal 2019 esiste la OPC UA AutoID Companion Specification che fornisce modelli informativi per l’utilizzo di sistemi di identificazione ottica e RFID.

La capacità dei sistemi AutoID di fungere da server OPC UA consente a tutti i sistemi coinvolti nel processo, ad esempio macchine, robot, carrelli industriali e sistemi di stoccaggio, di essere integrati in modo interoperabile in un sistema di produzione e intralogistica uniforme basato su OPC UA. Il flusso di materiale viene controllato in modo dinamico e flessibile in base ai dati degli ordini del piano di produzione e ai dati di processo più recenti ottenuti dal processo di identificazione (gli ‘eventi di lettura’) e agli stati operativi acquisiti simultaneamente.

Prestazioni
Come è generalmente noto, l’uso dei sistemi RFID nella gamma di frequenze UHF è soggetto a determinate restrizioni rispetto alle bande di frequenza autorizzate nelle regioni e nei paesi interessati. A questo proposito, soprattutto l’incompatibilità tra le norme dell’UE e le normative degli Stati Uniti costituisce un ostacolo all’utilizzo trasversale dei sistemi RFID da parte delle aziende e quindi alla completa messa in rete e alla trasparenza di una catena di fornitura. Per eliminare questo inconveniente, nel 2018 la Commissione europea ha deciso di rilasciare una cosiddetta ‘banda superiore’ da 915 a 921 MHz in aggiunta alla banda di frequenza esistente da 865 a 868 MHz. Oltre all’armonizzazione almeno parziale con la gamma di frequenze nordamericane, sono state migliorate anche la larghezza di banda dei canali di trasmissione e la potenza di trasmissione massima consentita, consentendo un aumento significativo dell’utilizzabilità di questa tecnologia, in particolare nei processi logistici.

Un piccolo inconveniente: in Germania e in alcuni altri Paesi europei, la decisione di attuazione dell’UE non è stata finora applicata a causa delle restrizioni nazionali. Ciononostante, in tutta l’UE si può notare uno sviluppo positivo per quanto riguarda l’utilizzabilità funzionale dei sistemi RFID.
 Nei processi logistici, in particolare, si verificano spesso grandi quantità di dati, ad esempio se si utilizzano camion industriali per il trasporto di merci e si rileva un pallet carico di un gran numero di contenitori mentre passa attraverso un cancello RFID. Questi processi di identificazione vengono utilizzati per catturare e contabilizzare automaticamente i movimenti dei materiali, creando così una trasparenza completa sullo stato degli ordini e sulla disponibilità dei materiali. Per fornire a un sistema di gestione delle merci solo gli insiemi di dati essenziali e utilizzabili, l’uso di sistemi middleware adeguati su server esterni e IPC che filtrano, aggregano e valutano le spesso grandi quantità di dati grezzi provenienti dai lettori RFID e li inoltrano come eventi aziendali tramite interfacce e protocolli di comunicazione compatibili con l’IT, si è dimostrato efficace per le applicazioni RFID. Le prestazioni hardware dei dispositivi AutoID sono già aumentate a tal punto che è possibile installare middleware o altre applicazioni software direttamente nel dispositivo, consentendo così la comunicazione diretta con i sistemi di controllo delle strutture e la comunicazione nel cloud, ad esempio tramite OPC UA o altri protocolli di rete come MQTT.

In sintesi, per Leuze le prestazioni dei sistemi AutoID sono destinate ad aumentare ulteriormente e, grazie alla moderna connettività di rete, sarà possibile sfruttarle per implementare casi d’uso individuali. Di conseguenza, in futuro l’AutoID svolgerà un ruolo ancora più cruciale nella digitalizzazione e nell’ottimizzazione della produzione industriale e dei processi intralogistici, anche in combinazione con altre tecnologie come RTLS (UWB) o 5G e 6G. I futuri sistemi di identificazione sono controllori intelligenti e interoperabili che supportano protocolli di comunicazione moderni e compatibili con Internet, acquisiscono e valutano i dati sensoriali e li rendono disponibili a molti client in una rete. L’installazione di app specifiche per il cliente nel dispositivo consente l’adattamento a casi d’uso individuali e offre quindi un ulteriore potenziale per l’ottimizzazione dei processi industriali.

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