Il cloud ibrido aiuta il manifatturiero a sfruttare appieno l'edge computing

Il digital manufacturing richiede agilità e sicurezza

Nell'era dell'Industria 4.0, o quarta rivoluzione industriale, e delle tecnologie connesse e agili, le ubicazioni all'edge stanno assumendo un ruolo centrale per la gestione dei dati negli ambienti enterprise. Il settore manifatturiero punta oggi sull'automazione e sull'adozione di procedure moderne e software defined per introdurre metodologie produttive più efficienti che permettano di generare valore più velocemente. Se integrate in maniera efficace, le tecnologie emergenti dell'Industria 4.0 consentono di incrementare la visibilità sui processi e l'adattabilità ai cambiamenti del mercato, restando competitivi.

La convergenza di tecnologia dell'informazione (IT) e tecnologia operativa (OT) è uno degli aspetti essenziali per l'adozione dell'Industria 4.0 e la realizzazione delle cosiddette aziende intelligenti. E con approcci come l'edge computing, l'unione di OT e IT offre vantaggi notevoli:

• Scalabilità globale delle operazioni e dell'automazione per le attività di manutenzione avanzata.
• Integrazione dei dati dell'Internet of Things (IoT) ai sistemi ciberfisici.
• Analisi dei dati efficace e funzionale vicino alle sorgenti di dati.
• Analisi predittiva quasi in tempo reale grazie a un'infrastruttura per l'intelligenza artificiale (AI) on premise.
• Tecnologie di rete e comunicazione a bassa latenza e software defined.
• Cloud computing ibrido che integra data lake e analisi avanzata dei dati.

Con livelli di prevedibilità e ripetibilità superiori, le operazioni incentrate sui dati e automatizzate offrono alle aziende l'opportunità di dedicarsi alle iniziative di innovazione, ottenere processi più efficienti e far crescere il business riducendo al tempo stesso i rischi. Esistono però alcuni aspetti da tenere in conto per limitare ulteriormente i rischi associati alle funzionalità dell'edge computing. La sicurezza informatica costituisce ad esempio una notevole sfida quando si parla di convergenza di IT e OT. Quando i componenti OT esistevano offline nelle fabbriche, la sicurezza si concentrava principalmente sulla separazione fisica delle reti, ma con l'integrazione dell'OT nella rete IT le aziende devono tutelare le operazioni in fabbrica anche dalle minacce digitali.

Un altro aspetto da non sottovalutare per l'integrazione dell'OT nella rete IT è la natura eterogenea dei sistemi OT. Il fatto che i sistemi OT siano solitamente realizzati su misura e che ogni scenario di utilizzo disponga della propria infrastruttura porta spesso le aziende ad avere stabilimenti con infrastrutture obsolete e disomogenee. Tale mancanza di uniformità finisce per ostacolare il consolidamento dell'OT su piattaforme IT moderne.

Red Hat aiuta a integrare infrastrutture IT e sistemi OT scalabili nel manifatturiero

Con la diffusione dell'Industria 4.0, le aziende che desiderano restare competitive devono modernizzare le proprie tecnologie adattandole al nuovo ambiente. La maggior parte delle aziende manifatturiere è favorevole al passaggio a operazioni incentrate sui dati e automatizzate, ma si preoccupa dei tempi richiesti dalla transizione e soprattutto di come riuscire a sincronizzare IT e OT su larga scala in maniera sicura disponendo di un numero limitato di dipendenti esperti in discipline quali OT e sicurezza informatica.

Red Hat aiuta le aziende del settore manifatturiero a modernizzare e far convergere in maniera strategica le infrastrutture IT con i sistemi OT. Offre il supporto, le tecnologie e l'infrastruttura necessari a creare sistemi basati su dati ed eventi che permettono alle organizzazioni di migliorare la gestione e la scalabilità dei nuovi flussi di lavoro delle fabbriche intelligenti. Tra gli altri vantaggi, le soluzioni Red Hat permettono di:

• Supportare la produzione automatizzata.
• Perfezionare la robotica e migliorare la progettazione dei prodotti grazie all'analisi dei dati.
• Creare comunicazioni tra dispositivi (Figura 1).
  
  

Ottieni processi di produzione più efficienti con l'edge computing

Negli ambienti di produzione tradizionali in genere i dati vengono raccolti localmente su sistemi a ciclo chiuso isolati e proprietari non integrati nei sistemi analitici principali dell'organizzazione. E solo se dispone di un sistema per l'esportazione dei dati, l'azienda è in grado di estrapolare le informazioni rilevanti con un processo batch o manualmente e inviarle poi a una posizione centrale per ulteriori analisi.

Per creare un'aggregazione di dati pertinenti, le funzionalità come l'analisi predittiva e i sistemi completamente automatizzati, due componenti essenziali per le operazioni in tempo reale e basate sui dati, hanno bisogno di accedere alle informazioni archiviate su questi sistemi a ciclo chiuso isolati. Agli albori dell'Industria 4.0 le soluzioni integravano i flussi di dati dell'OT nei sistemi dei fornitori di servizi cloud che trasferivano poi l'archiviazione, l'analisi e le attività decisionali ai processi centralizzati. Questo approccio aveva senso per i primi utenti che puntavano a risparmiare sui costi e a sfruttare al massimo la potenza di elaborazione, ma affidarsi a sistemi centralizzati anziché fornire capacità di elaborazione a livello locale ostacola la scalabilità delle operazioni. 

Uno dei problemi principali riguardo alla scalabilità orizzontale delle funzionalità dell'Industria 4.0 sta nel fatto che molte fabbriche operano come sistemi a ciclo chiuso. Nonostante ciò devono comunque assicurare un elevato livello di disponibilità sia per le connessioni off site che per quelle on site. Un obiettivo irrealizzabile quando si dipende esclusivamente da operazioni remote o cloud. L'introduzione di cicli ad alta latenza nei sistemi dei reparti di produzione solleva un altro problema: se è vero che questi cicli vanno bene per i flussi di dati più piccoli, non sono però adatti a supportare funzionalità avanzate come l'analisi di video o foto e finiscono quindi per compromettere i benefici previsti per tali scenari di utilizzo. 

Per far fronte a queste due problematiche, Red Hat ha sviluppato tecnologie avanzate per il cloud ibrido e aperto che permettono di sfruttare le capacità di elaborazione in qualunque ambiente e quando necessario. Queste includono anche funzionalità di edge computing moderne con cui è possibile estendere l'uso di un cloud ibrido non vincolato a fornitori specifici al reparto di produzione e migliorare così l'operatività dei sistemi sensibili alla latenza. Grazie alle architetture edge completamente integrate in un ambiente cloud ibrido e aperto le aziende manifatturiere sono in grado di ottenere fabbriche intelligenti. L'aggregazione sicura dei dati raccolti da sensori, controller e robot presenti nel reparto di produzione e l'esecuzione dell'analisi vicino alle sorgenti di dati consentono di avere informazioni utili praticamente in tempo reale.

Pensiamo alle centinaia o addirittura migliaia di componenti che in una fabbrica raccolgono ed elaborano dati. L'edge computing offre alle attività industriali un livello di visibilità senza precedenti sui sistemi dei loro impianti e sul comportamento delle risorse. Inserita all'interno di una strategia di cloud ibrido e aperto, una maggiore visibilità assicura un significativo miglioramento dei processi e garantisce quindi un vantaggio competitivo.

Ad esempio negli ambienti OT quando la pressione di un sistema idraulico supera la soglia di allarme, il sistema viene arrestato automaticamente dal suo modulo di sicurezza. Questo è un livello di automazione tipico dell'Industria 3.0. Le tecnologie di edge computing permettono invece di migliorare l'efficienza complessiva delle apparecchiature, ad esempio rallentando l'utilizzo di un sistema in modo da arrivare al termine del batch o addirittura riconfigurando la macchina per evitare l'arresto. E questo per un singolo processo. 

Di norma i processi di produzione sono dati dalla somma di diversi sottoprocessi. Pensiamo ad esempio alla produzione dei sistemi di illuminazione per il settore automotive che comprende la creazione dei modelli, l'illuminazione e l'assemblaggio. Un ambiente di edge computing integrato con funzionalità dell'Industria 4.0 è in grado di monitorare tutti i sottoprocessi in tempo reale e agire tempestivamente per regolare la velocità, notificare quando serve un intervento di manutenzione e se necessario arrestare l'intero processo di produzione end to end. Permette anche di integrare e regolare il comportamento di processi esterni come ad esempio la linea di rifornimento in modo da rallentare la fornitura di parti al sistema compromesso.

Questo scenario presuppone che il sistema incorpori solo i dati dei componenti integrati del processo. Grazie alle funzionalità dell'Industria 4.0 però i sistemi edge possono introdurre anche i dati raccolti al di fuori dei classici sistemi OT, come il consumo di energia, la qualità dell'aria (ad es. il rilevamento dell'ozono), la sicurezza dei lavoratori, ecc. Questo consente loro di avere un quadro completo di tutti i fattori che influenzano i processi OT e di agire di conseguenza.

L'edge computing migliora l'impiego dell'automazione nel reparto di produzione, consente ai sistemi di prendere decisioni in tempo reale e di controllare i sistemi di produzione alla sorgente. Ad esempio un nodo edge è in grado di regolare in modo proattivo l'output di un generatore ed evitare così un sovraccarico lungo la catena. Interventi automatizzati come questo, se moltiplicati su molti nodi in più fabbriche, assicurano vantaggi operativi considerevoli.

Red Hat semplifica la convergenza di OT e IT grazie a gestione e automazione

Red Hat supporta l'edge computing mettendo a disposizione una piattaforma e un ecosistema espressamente concepiti per semplificare le operazioni attraverso l'automazione di provisioning, gestione e orchestrazione. Questo approccio aiuta le aziende a realizzare un'infrastruttura comune capace di soddisfare tutte le esigenze di elaborazione, storage e rete dei loro carichi di lavoro. Inoltre, considerando che nei siti all'edge il personale IT scarseggia o manca del tutto, Red Hat offre ai suoi clienti la possibilità di gestire le soluzioni centralmente utilizzando gli stessi strumenti e processi dell'infrastruttura cloud centralizzata, anche nei casi in cui la connessione sia limitata, intermittente o assente, come ad esempio su piattaforme petrolifere o veicoli.

Cloud ibrido: l'infrastruttura fondamentale per integrare l'edge computing

In un ambiente di produzione intelligente un deployment edge può arrivare a centinaia di migliaia di sensori collegati a un livello di aggregazione dei dati. Un modello architetturale di questo tipo permette di avere feedback in tempo reale sui processi monitorati dai sensori ma richiede un piano di controllo coerente e condiviso per la gestione dei dispositivi connessi, che altrimenti sarebbe impossibile. Connettendo i dispositivi all'infrastruttura cloud ibrida si crea uniformità tra i dispositivi edge, la rete e il datacenter centralizzato, si fanno convergere OT e IT e si beneficia di una base comune per tutti i componenti. Questo elevato livello di coerenza permette ai team IT di gestire decine di migliaia di dispositivi collegati alla rete proprio come farebbero con l'IT centralizzato.

Red Hat® OpenShift® amplia le funzionalità di Kubernetes all'edge della rete grazie al modello operativo "sviluppa una volta, distribuisci ovunque". La gamma di topologie che offre favorisce l'esecuzione di operazioni coerenti tra i siti che possono variare in termini di dimensioni, ubicazione o ambiente. In questo modo le organizzazioni sono libere di collocare le applicazioni ovunque desiderino, anche nelle posizioni più remote, e soddisfare così le necessità specifiche dell'intera architettura edge. Le aziende manifatturiere possono trarre vantaggio da un approccio DevOps in cui gli stessi strumenti e applicazioni consentono agli sviluppatori di distribuire le ultime funzionalità sfruttandone la scalabilità e aiutano i team operativi IT a mantenere controllo, visibilità e gestione coerenti su centinaia o persino migliaia di nodi edge.

Stabilità e operatività sono aspetti imprescindibili per l'OT. Un'interruzione della linea di produzione infatti può causare danni economici ingenti. Red Hat OpenShift è in grado di offrire ai reparti di produzione la resilienza delle moderne tecnologie cloud.

Red Hat Enterprise Linux all'edge

L'edge è un'estensione del footprint del datacenter che supera gli ambienti bare metal, virtuali, cloud privati e pubblici dove è contenuta l'infrastruttura centralizzata. In un certo senso l'edge computing è una fusione degli ambienti appena citati che, integrando alcune caratteristiche di ognuno di essi, dà vita a un'infrastruttura capace di rispondere alle richieste specifiche dei clienti a cui i modelli IT centralizzati non sono in grado di far fronte.

Le dimensioni ridotte, le ubicazioni remote e la connettività limitata dei dispositivi edge rappresentano degli ostacoli notevoli per i sistemi operativi tradizionali con funzionalità complete. Red Hat Enterprise Linux® 8.3 invece è un sistema operativo flessibile che si presta ad essere adottato sia nei datacenter principali che in server remoti con spazi limitati. È progettato inoltre per fornire livelli di supporto e stabilità che rispondono perfettamente alle esigenze dei deployment edge del settore manifatturiero.

Dopo aver garantito per anni prestazioni ottimali per i deployment dei datacenter, ora Red Hat Enterprise Linux porta la sicurezza informatica di livello enterprise anche ai sistemi edge. Le funzionalità per l'edge computing di Red Hat Enterprise Linux includono:

• Creazione rapida di immagini del sistema operativo per l'edge grazie al generatore di immagini. La funzionalità di creazione delle immagini permette alle organizzazioni IT di generare immagini ad hoc che siano al contempo ottimizzate per le esigenze architetturali globali legate all'edge computing e personalizzate per i bisogni specifici di ciascun deployment.
• Mirroring per gli aggiornamenti dei dispositivi remoti che permette di organizzare e applicare gli aggiornamenti al successivo riavvio o ciclo di spegnimento/accensione così da limitare i tempi di fermo e gli interventi manuali.
• Rollback intelligenti sviluppati a partire dalle funzionalità OSTree che permettono agli utenti di controllare l'integrità dei carichi di lavoro e rilevare eventuali conflitti o errori nel codice. In caso di problemi l'immagine viene riportata automaticamente all'ultimo stato valido per evitare tempi di fermo non necessari all'edge.
• Controllo degli accessi basato sui ruoli che contribuisce a migliorare la sicurezza dei deployment edge limitando i privilegi di accesso e amministrativi.

Funzionalità di edge computing integrate dall'ecosistema di partner Red Hat

Oltre a fornire un'ampia gamma di tecnologie per il cloud ibrido, Red Hat collabora con un vasto ecosistema di partner che mette a disposizione delle aziende soluzioni di livello enterprise per i deployment edge. I partner che sviluppano soluzioni software offrono funzionalità di edge computing capaci di integrarsi perfettamente nella rete edge tramite Red Hat OpenShift. Tra queste sono incluse:

• Analisi predittiva sui dati IoT in tempo reale grazie all'intelligenza artificiale e al machine learning che consente di migliorare l'efficienza, la disponibilità e la redditività.
• Visibilità che permette alle aziende manifatturiere di gestire ed eseguire soluzioni altamente distribuite su centinaia di migliaia di dispositivi ed endpoint in maniera più sicura.
• Soluzioni verticali specifiche come il Manufacturing Operations Management (MOM) e il Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA).

Red Hat collabora anche con partner che sviluppano soluzioni hardware per soddisfare le esigenze degli impianti di produzione nella rete edge. Ad esempio, la collaborazione tra Red Hat e Intel offre l'avvio sicuro basato su hardware ai team responsabili della tecnologia operativa tra le cui priorità spicca l'aspetto della sicurezza fisica. La collaborazione con produttori di apparecchiature originali (OEM) come Siemens offre ai clienti Red Hat PC industriali robusti progettati per ambienti complessi, come i reparti di produzione o le piattaforme petrolifere, e certificati per l'uso con Red Hat Enterprise Linux e Red Hat OpenShift.

I vantaggi dell'open source

Le soluzioni Red Hat per il cloud computing, lo sviluppo applicativo, la virtualizzazione e lo storage favoriscono la creazione di processi produttivi innovativi, migliorano l'efficienza delle operazioni della catena di distribuzione e le funzionalità di edge computing.

Con la diffusione delle tecnologie dell'Industria 4.0 per rimanere competitive le aziende manifatturiere necessitano di soluzioni che agevolino i processi decisionali autonomi e siano in grado di monitorare le risorse e i processi in tempo reale. L'approccio open source di Red Hat fornisce ai produttori reti connesse, con reattività praticamente istantanea e capaci di generare valore grazie all'integrazione verticale e orizzontale precoce.

Incorporando l'innovazione open source, rispondendo alle esigenze delle aziende e costruendo soluzioni con le procedure consigliate per la tecnologia dell'informazione e quella operativa, le soluzioni Red Hat per il cloud ibrido sono in grado di supportare sistemi di produzione e distribuzione moderni, flessibili e interoperabili.

I modelli convalidati di Red Hat forniscono una configurazione architetturale completa, incluso il codice, per il deployment automatizzato e le attività di manutenzione sia nel datacenter che nelle fabbriche intelligenti. Supportati dal Red Hat Quality Engineering, i modelli vengono continuamente testati per garantire l'affidabilità futura.

Best practice e tecnologie open source per una fabbrica intelligente

Red Hat OpenShift, Red Hat Enterprise Linux, le architetture cloud ibride e aperte, le principali community open source, i partner che sviluppano soluzioni software e hardware, tutti svolgono un ruolo importante nell'era dell'Industria 4.0 e per la trasformazione digitale del settore industriale. Questo approccio unico che aumenta la sicurezza, l'affidabilità e la visibilità permette al personale IT e OT di sviluppare e distribuire rapidamente soluzioni digitali innovative e scalabili.

Per scoprire come accelerare l'adozione delle tecnologie di edge computing moderne in ambienti cloud ibridi e sfruttarne la scalabilità, leggi i vantaggi dell'approccio di Red Hat al cloud ibrido.