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Direttore responsabile: Mauro Bellini

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Il ruolo di Cisco nella Predictive Maintenance dei robot di FANUC con Artificial Intelligence, IoT e Cloud

Case History - Il sistema FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) combina cloud, intelligenza di rete e advanced learning per offrire ai clienti del colosso della robotica industriale funzionalità di manutenzione predittiva. Ridotti i consumi energetici e allungata la vita media dei macchinari

La nipponica FANUC, azienda con sede alle falde del monte Fuji, in Giappone, è una realtà multinazionale di primo piano del mondo dell’automazione delle fabbriche e degli impianti produttivi, della produzione di robot e di robo-macchinari. Con 252 uffici sparsi in 46 nazioni, la società fornisce anche servizi di manutenzione capillare ai propri clienti nei 5 continenti.

Una volta che i suoi robot lasciavano l’impianto di produzione, FANUC America (sussidiaria negli USA di FANUC Corp.) non aveva nessun modo di avere notizie sulla sua operatività fino al momento in cui non si manifestava un problema. Sfortunatamente, il fermo di questi costosissimi macchinari a elevata automazione costa in media ai suoi clienti 20mila dollari al minuto (2 milioni il costo medio per un downtime non pianificato!). Ecco perché prevenire le interruzioni operative è un’esigenza molto sentita in azienda.

Cambia il go-to-market

Il Chief Executive Officer di FANUC America, Rick Schneider, ha intravisto l’opportunità di cambiare la strategia di go-to-market con l’aiuto dell’Internet of Things. I fermi tecnici non preventivati possono essere piuttosto lunghi e dilatare così a dismisura i costi associati, con i tempi necessari per reperire i pezzi di ricambio, programmare gli interventi del personale e riprogrammare sistemi e robot. Risolvendo i problemi proattivamente è possibile ridurre drasticamente i downtime, a tutto vantaggio della continuità operativa.

Collegare nel cloud di Cisco i macchinari venduti grazie alla Cisco Intercloud Fabric ha permesso negli ultimi mesi a FANUC America di monitorare da remoto il suo parco robot. Le tecnologie Cisco – switch e componenti di sicurezza – integrati nei macchinari si combinano con i sistemi di machine learning e le analitiche legate ai Big Data che questi sistemi producono quotidianamente.

Cosa è FIELD?

Il sistema FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) è una piattaforma che fornisce funzionalità analitiche avanzate ai componenti dei sistemi di automazione industriale di FANUC.
Di fatto, si tratta di un’estensione del progetto Zero Downtime, che negli Stati Uniti ha permesso di connettere al software cloud e all’IoT di Cisco gli asset e i macchinari FANUC con l’ausilio di tecnologie dei partner Rockwell Automation e Preferred Networks.

La società utilizza le soluzioni InterCloud di Cisco per collezionare i dati da ciascun robot dell’impianto di Rochester Hills, nello stato del Michigan (USA), dove ha sede la sua sussidiaria americana, e inviarli al data center FANUC presente nella stessa cittadina. Qui, potenti algoritmi di calcolo ed elaborazione sono applicati ai dati per comparare e migliorare le performance dei macchinari. Questo permette non solo di estendere il ciclo di vita dei robot, ma anche di ridurne il consumo energetico che, per gli impianti industriali, rappresenta una voce di costo particolarmente rilevante nel bilancio aziendale.
Al momento, il sistema FIELD è applicabile a tutti i robot, periferiche e sensori Internet of Things utilizzati nei sistemi di automazione FANUC dei soli clienti statunitensi, ma in futuro l’idea è di estendere la portata del progetto su scala globale.

Benefici tangibili

I benefici potenziali di questa tecnologia sono stati stimati da Cisco in concreto, sulla base dei risultati di una recente survey condotta da SCM World su un campione di 400 executive di linee di business appartenenti ad aziende manifatturiere globali: downtime ridotti fino al 48%, difetti ridotti del 49% e miglioramenti dell’efficienza complessiva degli impianti nell’ordine del 16% in più.

Intelligent Manufacturing

FIELD combina tecnologie di machine learning avanzato (edge computing) e AI (Artificial Intelligence), offrendo alle aziende manifatturiere nuovi livelli di produttività ed efficienza in una logica coerente con gli sviluppi e l’organizzazione Industria 4.0. In passato, i guasti potevano essere identificati sono successivamente al manifestarsi del fermo macchina e solo nel momento in cui una connessione fisica al robot permetteva di abilitare un’analisi puntuale dei dati sull’accaduto, utile per comprendere la natura del problema e attivare di conseguenza il servizio di manutenzione più indicato. Con FANUC ZDT e FIELD, il robot è connesso attraverso la rete Cisco con un sistema di analisi interno all’impianto. I dati generati dai robot e dai macchinari sono processati in tempo reale direttamente sulla rete intelligente che collega tra loro i dispositivi. «Questo abilita una miglior collaborazione tra i robot e le linee di produzione, con il risultato di rendere possibili nuove pratiche produttive sofisticate finora impensabili», commenta Schneider.

Le eccezioni e le anomalie generano in automatico notifiche dirette al personale di FANUC e al cliente, così da coordinare gli interventi manutentivi. Nel caso, per esempio, in cui il sistema registri un maggior sforzo su un certo robot, a indicare un problema con un giunto o l’interfaccia strumentale, gli operatori della manutenzione in FANUC vengono avvertiti da un messaggio sul proprio smartphone. Simultaneamente, i server presenti nel data center della società analizzano il warning e, utilizzando la casistica precedente e nuove tecniche di analisi predittiva, identificano il problema, ordinano in automatico le parti (eventualmente prevedendo, per quelle più costose, l’approvazione del cliente finale) in modo che possano arrivare in tempo per l’intervento richiesto e contattano la business unit Motion Controls Robotics, così che si possa inviare direttamente presso la sede del cliente anche una squadra di manutentori.

La tecnologia in campo

Cisco ha messo a disposizione di FANUC, che rappresenta una importante case history nell’ambito dei progetti Industry 4.0,  un’offerta che combina i componenti Connected Machines, ZDT Data Collection e Unified Computing Systems (UCS), per offrire tecnologie computazionali integrate direttamente nei componenti di networking come switch e sistemi di sicurezza. Questo approccio di “edge computingottimizza la banda e le risorse di rete disponibili consentendo di svolgere una prima parte di analisi dei Big Data direttamente all’interno dell’impianto produttivo sviluppato in forma di Industrial IoT. I dati rilevanti ai fini delle attività di manutenzione sono, poi, una volta rielaborati, inviati al cloud Cisco, dove sofisticati algoritmi di analisi sono in grado di isolare le eccezioni rilevate, trasferendole in interventi manutentivi (predittivi) ad hoc. Inizialmente previsto come un’applicazione on premise, FIELD sarà presto disponibile per ambienti cloud ibridi.

Rapporto uomo-macchina in linguaggio naturale: la partnership Cisco, Fanuc, Alascom

La collaborazione tra tra Cisco e Fanuc ha visto ulteriori sviluppi tra i quali la realizzazione di un importante progetto relativo all’utilizzo del linguaggio naturale nella gestione del rapporto uomo macchina. Il progetto per la precisione vede il coinvolgimento di Cisco,  Fanuc e del system integrator Alascom, che ai servizi di  consulenza tecnica nel settore ICT e nelle reti di Tlc e tecnologie IP, ha aggiunto un impegno nell’innovazione di soluzioni negli ambiti dell’Internet of Things, della predictive maintenance associata all’IoT, del digital twin di prodotto e appunto, della robotica collaborativa.

La  logica collaborativa è stata appunto oggetto di dimostrazioni anche nell’ambito del Digital District dell’ultima edizione di Sps Italia a Parma ed è basata su tre grandi assi:

  1. Una applicazione Alascom di elaborazione del linguaggio naturale basata su machine learning e programmazione neurolinguistica
  2. Il robot collaborativo Fanuc CR-7iA/L
  3. Le soluzioni Cisco a partire dalla piattaforma di collaboration Webex Teams (evoluzione di Cisco Spark), dalle soluzioni di cybersecurity e security industriale, dall’Industria network management e dalle soluzioni per il data management.

Collaborazione naturale tra macchine, robot e persone

Nello specifico il robot collaborativo Fanuc CR-7iA/L dialoga con gli operatori, comprendo il linguaggio naturale dell’uomo e rispondendo e fornendo informazioni preziose, sul suo funzionamento, sul suo “stato di salute“, sui carichi di lavoro e sulla qualità stessa del lavoro, sempre nel linguaggio naturale dell’operatore».

Il robot acquisisce cioè un nuovo livello di cooperazione con gli operatori grazie allo sviluppo di applicazioni che girano su infrastruttura Cisco Webex Teams. In questo modo, l’evoluzione tecnologica degli ambienti produttivi si avvantaggia di un’accelerazione speciale, abilitando servizi a valore aggiunto e riducendo i tempi di messa in servizio. E il tema dello sviluppo dell’innovazione sul linguaggio naturale e del rapporto con “linguaggio macchina” è risolto dalla soluzione sviluppata da Alascom che ha focalizzato l’attenzione sulla programmazione neurolinguistica e sull’intelligenza artificiale per costruire un percorso di apprendimento continuo e di lavoro sulle interfacce conversazionali in termini di sviluppo della conoscenza linguistica e semantica e per permettere un rapporto di collaborazione diretto, in linguaggio naturale, tra robot e persone attraverso Cisco Webex Teams.

L’integrazione tra il robot Fanuc con la soluzione Cisco Webex Teams via bot apre anche una nuova prospettiva  in termini di gestione dei dati e del Risk Management, in quanto permette, prima di tutto di sgravare gli operatori dalle operazioni più ripetitive e pericolose, ma consentendo nello stesso tempo la possibilità di attuare forme di produzione flessibile. Il dialogo con i sistemi di automazione apre a sua volta una nuova prospettiva anche in termini di gestione operativa delle logiche produttive. La possibilità offerta dalle applicazioni di analytics e di visual analytics direttamente su Cisco Webex Teams di disporre di servizi a valore aggiunto relativi al monitoraggio di KPI di funzionamento della macchina e di visualizzazione di parametri legati alla produttività, così come delle rappresentazioni grafiche dei dati legati allo stato di salute di componenti della macchina accelerano ulteriormente la possibilità di operatori di assumere decisioni operative.

Big Data Analytics in fabbrica

La Big Data Analytics dei dati Industry 4.0 raccolti, consente di migliorare ad esempio il ciclo di produzione, di gestire al meglio le performance e la vita stessa del robot, di ottenere importanti benefici in termini di risparmio energetico e ancora una volta di agire sulle strategie di Risk Management basate su informazioni precise legate al comportamento della macchina in determinate situazioni con nuove forme di sicurezza e di efficienza a livello di impianti di produzione. E uno dei risultati più importanti è poi rappresentato dalla riduzione del downtime che i partner di questa iniziativa stimano in un valore pari al 48% e un miglioramento complessivo a livello di efficienza degli impianti nell’ordine del 16%.

Questo tipo di soluzioni hanno in ogni caso bisogno di una serie di altri punti di riferimento basilari come le soluzioni per connected factory & machine, come la factory security,  come la Smart Logistics & physical security, come ovviamente  le soluzioni di cybersecurity di stabilimento e di Industrial IoT Cisco, come le soluzioni per la rigorosa protezione della privacy dei dati sensibili relativi alla produzione.

 

 

1 Gennaio 2017

 

Immagini fornite da FANUC e Shutterstock

 

 

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