Reti private 5G per le smart factory: vantaggi, casi d’uso, soluzioni “in a box”

Il 5G rappresenta una vera e propria rivoluzione per il settore industriale, in particolare per le cosiddette Smart Factory o fabbriche intelligenti, che si avvalgono di tecnologie avanzate per ottimizzare i processi produttivi.

Le ragioni per investire in una rete privata 5G per generare maggiore efficienza, rafforzare la sicurezza dei lavoratori e delle operazioni, nonché ottimizzare tempi e costi operativi sono molteplici: dalla garanzia di una copertura veloce e affidabile in luoghi con condizioni operative difficili o dove la copertura della rete pubblica è limitata o inesistente, al pieno controllo sulla rete, ad esempio per applicare configurazioni non supportate in una rete pubblica e/o incrementare la sicurezza della stessa.

Inoltre, le reti private 5G possono operare su uno spettro dedicato, evitando i problemi di interferenza propri delle reti che funzionano su una condivisa e non gestita, e possono collegare molti più dispositivi senza compromettere la qualità del servizio.

Tuttavia, è importante sottolineare che l’implementazione di reti private 5G richiede una pianificazione e una strategia accurata. Le aziende devono considerare fattori come la copertura, la capacità, la sicurezza e la gestione della rete. Inoltre, potrebbe essere necessario collaborare con fornitori di servizi di telecomunicazioni o consulenti esperti per garantire un’implementazione efficace.

Esploriamo allora i benefici offerti dalle reti private 5G nel contesto della smart factory e le loro applicazioni.

5G per le smart factory: un salto generazionale per produttività e sicurezza

Il 5G offre una velocità di trasmissione dati fino a 20 volte superiore rispetto alle soluzioni precedenti, raggiungendo i 10 GB/s². Questo permette una comunicazione più rapida e efficiente tra i dispositivi all’interno della fabbrica, una latenza ridotta e alla possibilità di connettere un numero massiccio di sensori, fondamentali per le applicazioni IoT.

L’introduzione del 5G nelle Smart Factory può quindi portare a una vera e propria rivoluzione industriale, con un impatto significativo su produttività, flessibilità e sostenibilità.

Le aziende che adottano questa tecnologia possono aspettarsi di migliorare la qualità dei loro prodotti, ridurre i tempi di inattività e rispondere più rapidamente alle esigenze del mercato. Inoltre, il 5G può contribuire a creare nuovi modelli di business e a promuovere l’integrazione tra i diversi attori della catena del valore industriale.

Le reti private 5G rappresentano quindi un salto generazionale per la produttività e la sicurezza di tutte le operazioni aziendali.

Caratteristiche del 5G rilevanti per le Smart Factory

Il 5G offre diverse caratteristiche che risultano rilevanti per le Smart Factory. Ecco alcune delle principali:

• Latenza ridotta: una delle caratteristiche più importanti del 5G è la riduzione significativa della latenza, ovvero il ritardo temporale tra l’invio di un comando e la ricezione della risposta. Mentre il 4G può avere una latenza di circa 50 millisecondi, il 5G mira a ridurla a meno di 1 millisecondo. Questo è fondamentale per applicazioni critiche dove il tempo di risposta deve essere quasi immediato, come nel controllo di macchinari industriali o in sistemi di sicurezza.
• Connettività massiva: il 5G può connettere fino a 1 milione di dispositivi per chilometro quadrato, un aumento del numero di dispositivi connessi per chilometro quadrato fino a 10 volte maggiore rispetto al numero attuale. Ciò è cruciale per l’IoT e le Smart Factory, dove migliaia o addirittura milioni di sensori e dispositivi devono operare in rete. Il 5G può gestire densità di connessione molto più elevate rispetto al 4G, permettendo a ogni dispositivo di mantenere una connessione stabile e affidabile.
• Tecnologia MIMO massiccia: MIMO sta per “Multiple Input, Multiple Output” e si riferisce all’uso di più antenne trasmettitrici e riceventi per inviare e ricevere più flussi di dati simultaneamente. La versione “massiccia” di questa tecnologia, utilizzata nel 5G, impiega un numero ancora maggiore di antenne, potenzialmente centinaia, per aumentare significativamente la capacità di trasmissione e l’efficienza spettrale. Questo significa che più dati possono essere trasmessi contemporaneamente, migliorando le prestazioni in ambienti ad alta densità come le fabbriche.
• Beamforming: questa tecnica consente di dirigere i segnali radio direttamente verso i dispositivi specifici piuttosto che irradiare l’energia in tutte le direzioni come nelle tradizionali antenne omnidirezionali. Il beamforming migliora l’efficienza della rete focalizzando la potenza del segnale dove serve, riducendo l’interferenza e aumentando la portata e la velocità di connessione.
• Affidabilità e disponibilità: le Smart Factory richiedono connessioni di rete estremamente affidabili per garantire che i processi di produzione non subiscano interruzioni. Il 5G promette una maggiore affidabilità e una disponibilità quasi costante, essenziale per operazioni critiche che richiedono una connettività continua.
• Banda larga migliorata: il 5G offre velocità di download e upload molto superiori rispetto al 4G, il che è importante per la trasmissione di grandi quantità di dati generati dai sensori IoT e per il supporto di applicazioni che richiedono un ampio passaggio di banda, come la realtà aumentata e la realtà virtuale, che possono essere utilizzate per la manutenzione predittiva o la formazione degli operatori in una Smart Factory.
• Slicing e Mobile Edge Cloud: il 5G offre la possibilità di creare più reti virtuali sulla stessa infrastruttura fisica, sfruttando le tecniche di virtualizzazione. Inoltre, l’integrazione strutturata dell’Edge Computing nella rete trasforma quest’ultima in una piattaforma di calcolo per le applicazioni e i servizi degli utenti

Le applicazioni del 5G nelle Smart Factory

Grazie a tutte queste caratteristiche, il 5G può supportare una vasta gamma di applicazioni industriali. Proviamo a indicarne alcune fra le più significative in termini di miglioramento della gestione e ottimizzazione dei processi produttivi.

Gestione avanzata dei processi produttivi

Il 5G permette la connessione di un numero molto elevato di dispositivi IoT con una larghezza di banda molto superiore rispetto alle tecnologie precedenti. Ciò significa che sensori e dispositivi intelligenti possono essere implementati su larga scala all’interno delle fabbriche, fornendo dati in tempo reale su ogni aspetto del processo produttivo. Questi dati possono essere utilizzati per monitorare la qualità, ottimizzare l’efficienza energetica, ridurre gli sprechi e personalizzare la produzione in base alle richieste specifiche, con una flessibilità senza precedenti.

Robotica collaborativa

I cobots, o robot collaborativi, sono progettati per interagire con gli esseri umani in un ambiente di lavoro condiviso. Grazie al 5G, la comunicazione tra cobots e operatori umani può avvenire quasi in tempo reale, riducendo i rischi di incidenti e migliorando l’integrazione delle attività. Inoltre, la capacità di processare grandi quantità di dati in tempo reale permette ai cobots di adattarsi rapidamente a nuovi compiti o a cambiamenti nell’ambiente di produzione.

Ispezioni tramite droni

L’uso dei droni nelle ispezioni industriali consente di accedere a punti critici che altrimenti sarebbero difficili o pericolosi da raggiungere per gli ispettori umani. Con il 5G, i droni possono trasmettere video e dati ad alta risoluzione in tempo reale ai tecnici, che possono valutare le condizioni delle strutture o dei macchinari senza essere fisicamente presenti sul posto. Questo non solo aumenta la sicurezza, ma può anche ridurre i tempi di inattività dovuti a ispezioni programmate.

Manutenzione predittiva

La manutenzione predittiva è una strategia che utilizza i dati dei sensori per prevedere quando un macchinario potrebbe guastarsi. Il 5G facilita la raccolta e l’analisi di grandi volumi di dati in tempo reale, consentendo ai sistemi di intelligenza artificiale di identificare modelli che precedono un guasto. Questo permette di pianificare la manutenzione in momenti non critici per la produzione, riducendo i costi e migliorando l’affidabilità complessiva delle attrezzature.

Le reti private 5G: esempi d’uso in Italia

Secondo i dati dello “European 5G Observatory”, le reti private 5G implementate in Italia sono 4, a fronte delle 94 totali in Ue, dove Germania e Francia fanno la parte del leone, in virtù di un tessuto produttivo non già incentrato sulle piccole e medie imprese, bensì su grandi industrie che possono contare proprio in virtù delle loro dimensioni, su ben più importanti risorse economiche.

Vodafone

Tra i progetti italiani si segnala l’accordo raggiunto tra Vodafone Business e Snam per l’implementazione del 5G allo scopo di monitorare e controllare le attività degli impianti di stoccaggio e distribuzione del gas sul suolo italiano. Si tratta della prima iniziativa di rete mobile privata 5G ibrida nel settore dell’energia in Italia: garantirà una copertura dedicata nei 23 siti nazionali di Snam, rendendo possibile la connessione di un elevato numero di dispositivi contemporaneamente.

Tra questi, ci sono sensori di campo come ad esempio misuratori di pressione, vibrazione e altri strumenti in grado di raccogliere grandi quantità di dati localmente e di inviarli al centro di controllo; telecamere e sensori antintrusione; applicazioni per la telediagnostica e il monitoraggio degli impianti; soluzioni di realtà aumentata e virtuale per la formazione dei tecnici e per l’assistenza remota.

Lo scorso dicembre, inoltre Vodafone Business e Porsche hanno annunciato la costruzione di una private network 5G ibrida presso il Nardò Technical Center (NTC) di Porsche. La rete copre una superficie di 7 chilometri quadrati e l’obiettivo è di fornire al settore automotive una rete di comunicazione in tempo reale.

WindTRE

Altra iniziativa significativa riguarda l’avvio della collaborazione tra WindTre Business e il terminal Psa Italy di Genova Prà, con l’obiettivo di creare uno Smart Port a Genova.

Il progetto mira a sviluppare una rete privata 5G ad alta efficienza, progettata per offrire connessioni di alta qualità con bassi tempi di latenza, soddisfacendo le necessità specifiche degli ambienti portuali e industriali che richiedono semplicità d’uso e massima affidabilità. Questa rete privata 5G ibrida garantirà una copertura esclusiva nei terminal di Psa Genova Prà, Psa Sech e Psa Venice – Vecon, coprendo un volume di oltre 2 milioni di TEUs (misura standard dei container) gestiti annualmente e impiegando direttamente in Italia più di 1.000 persone.

TIM

La collaborazione tra TIM e Intel per EXOR International ha portato, nel 2021, alla realizzazione della prima Smart Factory italiana connessa in 5G. La fabbrica si trova a Verona ed è dotata di una rete privata 5G. La soluzione adottata da Exor, supportata da TIM, comprende una rete “5G On-Premise” con un core network integrato e una componente di accesso radio in architettura NSA (Non Stand Alone).

Inoltre, la Smart Factory si avvale delle tecnologie di Intelligenza Artificiale di Intel e comprende un laboratorio 5G all’interno dello stabilimento che consente alle aziende manifatturiere clienti di testare le proprie applicazioni all’interno di una rete privata e di integrarle con le soluzioni esistenti, permettendo, per esempio, di sperimentare l’efficacia del 5G nel favorire la comunicazione di robot industriali connessi.

Un altro esempio pratico a dimostrazione dell’efficacia di questa tecnologia in un ambiente industriale è la rete mobile privata 5G implementata da Nokia per la smart factory di Volkswagen. Ericsson, AWS e Hitachi hanno invece collaborato per fornire le reti cellulari private che sono state fondamentali per stabilire i modelli di machine learning all’interno del complesso di produzione di Hitachi.

Network in a box: la soluzione Minsait

Per venire incontro alle esigenze di connettività delle aziende che desiderano implementare rapidamente la connettività 5G senza dover affrontare la complessità di costruire e gestire una rete da zero, esistono sul mercato soluzioni 5G “in a box”.

Una proposta di Network in a box arriva ad esempio da Minsait, società che raggruppa il business IT del gruppo Indra, e offre un’implementazione end-to-end che va dalla definizione delle esigenze industriali all’infrastruttura necessaria, fino alla gestione e supervisione dell’intera rete privata. Questa soluzione si basa su apparecchiature di dimensioni ridotte con componenti pre-integrati, come il core di rete mobile virtualizzato e l’Edge Computing, consentendo implementazioni rapide a costi inferiori.

La soluzione “5G in a Box” di Minsait può essere utilizzata nelle imprese industriali per fornire reti private 5G all’interno degli stabilimenti produttivi, consentendo una connettività ad alte prestazioni e bassa latenza. L’obiettivo è quello di accelerare la trasformazione digitale all’interno delle imprese, collegando il mondo fisico con le soluzioni digitali e sfruttando il potenziale abilitante del 5G per tecnologie come l’Internet of Things (IoT) e l’analisi dei dati.

La soluzione “5G in a Box” di Minsait presenta diversi casi d’uso nelle imprese industriali, tra cui:

• Reti Private 5G: la soluzione è dedicata alla fornitura di reti private 5G all’interno degli ambienti industriali, consentendo connettività ad alte prestazioni e bassa latenza
• Trasformazione Digitale: favorisce l’accelerazione della trasformazione digitale all’interno delle imprese industriali, collegando il mondo fisico con le soluzioni digitali e sfruttando il potenziale abilitante del 5G per tecnologie come l’Internet of Things (IoT) e l’analisi dei dati
• Ottimizzazione dei Processi: l’utilizzo della soluzione network in a box 5G all’interno degli stabilimenti produttivi può contribuire ad ottimizzare processi e costi, creando nuove opportunità di efficienza e innovazione

Il prototipo 5G in a box di Vodafone per le piccole imprese

Anche Vodafone ha sviluppato una soluzione chiamata “5G in a box”, che consiste in una stazione base 5G portatile delle dimensioni di un normale router Wi-Fi domestico.

Questa soluzione utilizza un computer delle dimensioni di una carta di credito, il Raspberry Pi 4, e un chipset in silicio avanzato. Può eseguire qualsiasi stack di software core 5G e software RAN che sia adeguatamente dimensionato per un piccolo dispiegamento di rete. Secondo Vodafone, il sistema SDR, che è compatibile con le specifiche Open RAN, può “trasformare qualsiasi piattaforma di calcolo in una mini stazione base 5G” e consentirà a piccole imprese e famiglie di estendere la copertura 5G in modo semplice ed economico, creando reti private 5G in luoghi pubblici o estendendo la copertura della rete pubblica a luoghi remoti.

Il prototipo è stato sviluppato presso il nuovo Centro R&S europeo di Vodafone a Malaga ed è stato presentato lo scorso anno al Mobile World Congress di Barcellona.

L’obiettivo dell’azienda è di rendere le reti private 5G più accessibili, riducendo i costi e le risorse necessarie per sperimentare le nuove possibilità offerte da questa tecnologia sebbene abbia affermato di non aver ancora deciso cosa fare con il dispositivo da un punto di vista commerciale.