I sistemi cyber-fisici, o Cyber-Physical Systems (CPS), rappresentano uno dei pilastri fondamentali dell’Industria 4.0. Il concetto, grazie alla crescente disponibilità di connettività, ha permesso una diffusione pratica sempre più ampia di queste tecnologie. Ma di cosa si tratta? E quali sono i loro campi di applicazione? Scopriamolo per gradi.
Cosa sono i Cyber-Physical Systems e perché sono già presenti nelle aziende
Il termine Cyber-Physical Systems identifica sistemi intelligenti che comprendono reti ingegnerizzate di nodi capaci di interagire tra loro, costituiti da elementi fisici e computazionali.
Questa definizione è stata coniata da Radhakisan Baheti e Helen Gill¹. È importante sottolineare come, nella definizione originale, si menzioni anche la capacità di interagire con gli umani in modi innovativi.
Dal punto di vista funzionale, soprattutto nel settore manifatturiero, possiamo definire come sistema cyber-fisico qualsiasi entità fisica capace di connettersi a Internet, come già accade nell’ambito dell’Industrial Internet of Things (IIoT). Tuttavia, per essere classificato come CPS, un dispositivo o un macchinario connessi devono essere in grado di:
- monitorarsi automaticamente;
- generare informazioni sul proprio funzionamento;
- comunicare con altre entità.
Questo deve avvenire in modo autonomo, senza che siano necessarie attività di controllo o estrazione dei dati. In questo senso, i CPS possono essere considerati un’evoluzione operativa dell’IoT industriale, in cui i dispositivi, oltre a essere connessi, godono di un crescente livello di autonomia.
Dove trovano applicazione i Cyber-Physical System nelle aziende
Per chiarire meglio di cosa si tratta, prendiamo un esempio ampiamente riconosciuto: le automobili di ultima generazione possono essere considerate CPS. Questo non vale solo per i modelli a guida autonoma, ma anche per quelli dotati di sensori di parcheggio e anticollisione, capaci di arrestare la marcia se chi guida non interviene in tempo.
In ambito industriale, sia un singolo macchinario connesso e autonomo sia un’intera fabbrica intelligente possono essere considerati CPS. Qui, all’autonomia delle operazioni si affianca la possibilità di controllo e intervento da parte degli operatori, che possono decidere se prendere atto di quanto accade o interagire con il sistema per implementare correttivi.
Come abbiamo accennato, i CPS possono essere intesi come un’evoluzione, o meglio un’ibridazione, dell’IoT industriale con i sistemi embedded, che hanno introdotto per primi l’elettronica e successivamente le tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT) nei macchinari, dotandoli di funzionalità dispositive e strumentali.
Oggi, i sistemi cyber-fisici trovano impiego in tutti gli ambiti in cui è necessario rendere le operazioni più efficienti, dal monitoraggio alla produzione, soprattutto là dove è richiesto un certo livello di discrezionalità. Questi sistemi si inseriscono in quell’area, piuttosto vasta, in cui l’automazione dei processi lineari non è sufficiente, ma che non richiede nemmeno le capacità di problem solving tipiche degli esseri umani.
Abilitare controlli e monitoraggi avanzati
Un altro campo di particolare interesse in cui i CPS trovano ampia applicazione è nella costituzione delle cosiddette smart grids di sensori. Grazie alla combinazione di tempestività nella raccolta delle informazioni, capacità di interazione autonoma e analisi tipica dei big data, è possibile costruire sistemi di controllo altamente efficienti, capaci di effettuare autonomamente interventi di primo livello, basati sulle istruzioni ricevute. Queste caratteristiche rendono la disciplina dei sistemi cyber-fisici particolarmente interessante per la gestione delle infrastrutture critiche, sia in senso assoluto sia per quanto riguarda gli asset aziendali.
Per esempio, all’interno della supply chain, i sistemi cyber-fisici possono regolare il ritmo di produzione in base alle materie prime effettivamente disponibili, tenendo conto di tutte le lavorazioni intermedie e regolandosi sulla base del monitoraggio dei diversi macchinari o reparti coinvolti. Per le filiere in cui l’avvio dei macchinari ha modalità particolarmente dispendiose, la possibilità di evitarli o di gestirli in modo ottimizzato può rappresentare un importante punto di ottimizzazione.
Integrare il mondo fisico e quello digitale è già realtà
I Cyber-Physical Systems incarnano in qualche modo tutte le caratteristiche fondamentali di Industria 4.0 e della fabbrica intelligente, formalizzando il concetto in un progetto in cui i ruoli dei macchinari e dispositivi di nuova generazione sono stabiliti e riconosciuti. L’interconnessione, l’autonomia decisionale basata sui dati e, soprattutto, la capacità di informare gli operatori per decisioni di migliore qualità costituiscono gli aspetti principali di questi sistemi.
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¹: Fonte IEE Control Systems Society
