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IoT platform, cosa sono e come scegliere le migliori

Le IoT platform collegano in un’unica architettura i dispositivi smart alle applicazioni: come funzionano, i vantaggi, come sceglierle, le più diffuse

Tutto in una piattaforma: le IoT platform nascono per mettere a sistema e integrare tutti i dati generati dai diversi dispositivi IoT che si trovano nella superficie o nell’impianto di riferimento. Per le soluzioni industriali, si parla di IIoT (Industrial Internet of Things) platform.

Sensori, robot, cobot, veicoli a guida automatica, videocamere di videosorveglianza sono solo alcuni dei dispositivi collegabili a una Iot platform: può essere integrato qualsiasi oggetto “smart”, ovvero dotato di tecnologie che consentono l’interazione con l’ambiente circostante e lo scambio di dati in tempo reale.

Dalla raccolta, l’elaborazione e l’analisi dei dati (IoT Analytics), le IoT Platform generano informazioni utili a prendere decisioni e ottimizzare i processi sulla base delle esigenze aziendali: dal monitoraggio industriale all’efficientamento energetico, dal controllo qualità alla gestione degli asset, dall’automazione alla sicurezza degli impianti fino al post-vendita e la gestione del ciclo di vita del prodotto.

Cosa sono le IoT platform

Le IoT platform, o piattaforme IoT, sono suite software, ovvero un insieme di programmi correlati tra loro in un’unica soluzione, che si possono installare in un unico file in locale (on-premises) o a cui accedere in servizio cloud (IoT Platform as a Service) attraverso connessione Internet.

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Le IoT platform supportano gli endpoint IoT, ovvero i “punti alla fine della rete”, i dispositivi connessi ad Internet che interagiscono e scambiano dati in tempo reale con altri dispositivi e l’ambiente.

In particolare, le IoT platform collegano i dati raccolti “sul campo” alle applicazioni degli utenti finali: ne facilitano la raccolta, l’archiviazione, l’elaborazione, la gestione e la visualizzazione.

Le IoT platform garantiscono il flusso di comunicazione tra le diverse componenti, l’integrazione dei diversi sistemi IoT, il monitoraggio dei punti di accesso alla rete, la gestione delle applicazioni aziendali, la sicurezza dell’architettura.

L’architettura IoT

In un sistema IoT, i dati vengono generati da sensori o attuatori, archiviati nei datacenter, elaborati e visualizzati da appositi software: a seconda di dove, come e quando vengono elaborati e archiviati si possono avere diversi tipi di architettura IoT.

L’architettura IoT più diffusa prevede quattro fasi: sensori/attuatori, edge computing, gateway, cloud computing.

Sensori/attuatori

I dispositivi IoT interagiscono con l’ambiente tramite sensori e attuatori: i primi rilevano le variazioni della grandezza che devono misurare, i secondi sono i motori di controllo e movimento di un sistema meccanico. Esistono sensori di prossimità, induttivi, di temperatura, capacitivi, accelerometri, a infrarossi (pir).

Le implementazioni IoT più semplici raccolgono dati da un solo dispositivo, le industriali (IIoT – Industrial Internet of Things) aggregano dati da centinaia o migliaia di dispositivi: una rete che richiede un’infrastruttura di gestione robusta ed efficiente.

Edge computing e gateway

I dati generati dai diversi dispositivi passano prima al gateway Internet, il dispositivo di rete (spesso un router) posto vicino ai sensori e attuatori. Il gateway aggrega, digitalizza e trasforma i dati in formato comune prima di inviarli. In una parola, li pre-elabora, per non sovraccaricare il datacenter principale.

Le operazioni di pre-elaborazione vicino alla fonte prendono il nome di edge computing, o “elaborazione ai margini” della rete. È la prima fermata dei dati caricati da sensori e attuatori: i sistemi edge si utilizzano per identificare anomalie e dedurre le informazioni più semplici senza aspettare che i dati vengano trasportati altrove.

Oltre che dal gateway, i dati possono essere pre-elaborati in locale anche dai sistemi embedded, posti all’interno dei dispositivi smart. I sistemi embedded, che possono essere microcontrollori, system-on-chip o PLC – controllori logici programmabili, sono infatti microprocessori che gestiscono e monitorano gli oggetti in cui sono integrati.

Se i dispositivi IoT sono connessi in una rete LAN, o Intranet, su questa può essere inserito un ulteriore livello di architettura, il fog computing: mini datacenter decentralizzati, collegati tra loro, che smistano le informazioni da analizzare localmente o sulla “nuvola”.

Cloud computing

Dopo la pre-elaborazione in edge, i dati vengono inviati per l’analisi dettagliata e l’archiviazione, che possono avvenire in un datacenter fisico o, spesso, in cloud. Il cloud computing si basa su un’elaborazione centralizzata dei dati: per collegarsi ai server del data center occorre mettersi “in attesa”: questo intervallo viene chiamato “tempo di latenza”, da ridurre il più possibile per consentire la comunicazione in tempo reale da e verso i dispositivi.

Una volta caricati sul datacenter fisico o il cloud, i dati arrivano al livello della IoT platform più caratterizzante: i software di analisi, gestione, monitoraggio, trasformazione, visualizzazione e archiviazione, generazione di scenari, utilizzo di algoritmi di machine learning e intelligenza artificiale per dedurre correlazioni utili agli obiettivi aziendali.

I vantaggi delle IoT platform

Il vantaggio più rilevante delle IoT platform è l’implementazione di un’unica architettura per la gestione di dati e servizi: un ambiente unico, dove convergono e si integrano tutte le soluzioni IoT utili a raggiungere gli obiettivi di business.

Le IoT platform possono infatti integrare e dialogare con diversi software gestionali, tra cui: EAM – Enterprise Asset Management, PLM – Product Life Management, CMMS – Computerized Maintenance Management System, MES – Manufacturing Execution System, fleet management.

Ma anche solo nell’architettura “standard” a quattro fasi, le IoT platform si caratterizzano per il collegamento tra il livello “edge” e il livello “cloud”, con una migliore accessibilità ai dati provenienti da fonti eterogenee, grazie al supporto e alla traduzione di numerosi protocolli di comunicazione.

Il risultato è una migliore gestione degli asset, ovvero delle risorse aziendali, attraverso il controllo di produzione, quindi il monitoraggio in tempo reale dei processi produttivi; l’analisi del ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione allo smaltimento; il miglioramento della manutenzione e della sicurezza degli impianti.

Le IoT platform abilitano un puntuale controllo di produzione attraverso la gestione in tempo reale dell’inventario delle risorse, dei livelli di fornitura, delle interruzioni del ciclo produttivo, dei fermi macchina, dei resi, delle spedizioni. Consentono di calcolare i costi per ogni singolo articolo, i consumi delle risorse e le condizioni delle macchine, da cui è possibile individuare margini di miglioramento, eliminando gli sprechi e le procedure inefficienti e aumentando la sicurezza aziendale.

Oggi, infatti, la sicurezza industriale comprende la cybersecurity, la sicurezza informatica: un impianto o un macchinario sono sicuri quando garantiscono sia l’integrità psicofisica di chi lavora che la protezione dei flussi informativi di funzionamento. Le IoT platform incorporano gli standard di sicurezza aziendali in ottica di miglioramento progressivo, sia in ottica di smart safety, protezione da incidenti fortuiti, che di smart security, protezione da attacchi sistemici.

Una proattività che arriva alla manutenzione predittiva, la “predizione” del guasto prima che si verifichi, a partire dall’analisi delle condizioni del macchinario e dei guasti precedenti. Un’analisi che consente di intervenire preventivamente evitando infortuni, danni a persone e cose, fermi macchine e interruzioni del ciclo produttivo.

Non ultima, l’integrazione e l’elaborazione di dati eterogenei consentono un’analisi del ciclo di vita del prodotto più realistica: anche senza ricorrere al digital twin, il gemello digitale che simula i comportamenti del prodotto fisico, le IoT platform consentono di analizzare lo storico delle prestazioni, di raccogliere feedback di clienti, partner e tecnici di manutenzione e intervenire sia in fase di progettazione che nella rete di distribuzione e logistica, continuando a testare il prodotto anche dopo la vendita.

Come scegliere le migliori Iot platform

Prima di procedere alla scelta delle migliori Iot platform per le proprie esigenze, è fondamentale procedere ad un’analisi del contesto aziendale e del proprio modello di business: qual è l’area, o le aree, che necessitano maggiore miglioramento? In che modo una piattaforma potrebbe aggiungere valore con un buon ritorno dell’investimento?

Nell’investimento non occorre considerare solo il costo della licenza (on-premises o cloud) ma anche i costi di integrazione ai sistemi IT già presenti e gli eventuali costi di consulenza, formazione o gestione esterna se non si possiedono in azienda le competenze adeguate.

Spesso le piattaforme che consentono una maggiore integrazione sono anche le più costose, viceversa è probabile si verifichi un maggiore risparmio di tempo/lavoro all’inizio ma una minore efficacia nel lungo periodo. È importante quindi trovare un bilanciamento in base alle proprie esigenze.

Un’altra domanda opportuna è capire il modello di business della piattaforma: come guadagna? Dalle licenze o dall’utilizzo dei dati?

Dal punto di vista della sicurezza, diventa strategico domandarsi dove e in che modo vengono memorizzati ed elaborati i propri dati: se un sistema di gestione e sicurezza del cloud è presente, se sono garantite la crittografia o altri sistemi di protezione, nonché la conformità alla normativa di settore.

Non ultimo: una piattaforma di Internet of Things non funziona senza Internet. Occorre quindi calcolare in modo ponderato il livello di connettività e larghezza di banda di partenza e l’investimento necessario a raggiungere quello desiderato.

Quali sono le IoT platform più diffuse

In ordine alfabetico, alcune tra le IoT platform più diffuse.

Amazon AWS IoT Core

IoT platform - Aws IoT Core

Immagine tratta da Aws.amazon.com

Aws IoT Core è il servizio di connettività e controllo di Amazon Web Services. Collega i dispositivi IoT al cloud attraverso crittografia, supporta i protocolli di comunicazione MQTT, HTTPS, MQTT su WSS e LoRaWAN. Comprende il gateway dei dispositivi, un software development kit, una funzionalità di collaudo dei dispositivi durante lo sviluppo. Archivia l’ultimo stato del dispositivo connesso come se fosse online tutto il tempo, si integra con Alexa Voice Service per trasferire audio tra dispositivi. Il modello di pricing (pay per use) si basa sui minuti di connettività, il numero di messaggi trasmessi e le operazioni svolte da e verso il cloud.

Cisco Kinetic IoT platform

Cisco Kinetic IoT platform è la piattaforma IoT di Cisco. Si compone di tre moduli: Gateway Management Module (GMM), Data Control Module (DCM), Edge&Fog Processing (EFM). EFM, on-premises, gestisce i due livelli di Edge e Fog Computing prima del cloud; GMM, in cloud, gestisce i gateway da remoto tramite connessione VPN sicura; DCM, in cloud, trasforma e filtra i dati dei sensori. La piattaforma è progettata con l’approccio defence-in-depth, “difesa in profondità”, e gestita in devops con pipeline di integrazione continua.

IoT platform - Cisco Kinetic IoT platform

Immagine tratta da cisco.com

Google Cloud IoT

Google Cloud IoT è la IoT platform di Google. Tra i moduli principali: Cloud Pub/Sub, il middleware che gestisce il routing dei messaggi; Cloud IoT Core, che raccoglie i dati dei dispositivi e li monitora; Google Big Query per l’archiviazione e l’analisi in tempo reale; AI Platform per l’apprendimento automatico; Google Data Studio per la visualizzazione e i report; Google Maps per la geolocalizzazione degli elementi collegati. Supporta i protocolli MQTT e HTTP, è compatibile anche con il sistema operativo Linux. Il pricing si basa sul volume dei dati da e verso il cloud.

IoT platform - Google IoT Cloud

Immagine tratta da Cloud.google.com

Microsoft Azure IoT Suite

Microsoft Azure IoT Suite è la IoT platform di Microsoft. Si compone di: IoT Hub, che funge da gateway cloud e supporta i protocolli http, AMPQ, MQTT; Stream Analytics, servizio di analisi in tempo reale; Blog Storage per memorizzare i dati; Document DB per gestire i metadati dei dispositivi; una web app di visualizzazione; una logic app per progettare i flussi di lavoro; un set di dispositivi virtuali per simulare il funzionamento del sistema a seconda della configurazione. Le diverse fasce di prezzo si basano sul numero di dispositivi collegati al mese, sul numero di messaggi per unità al giorno e sulla loro dimensione.

IoT platform - Microsoft Azure IoT

Immagine tratta da Azure.microsoft.com

ThingWorx (PTC)

ThingWorx è la IoT platform di PTC. È composta da blocchi pre-configurati personalizzabili, tra cui: ThingWorx Kepware per la connettività dei dispositivi; ThingWorx Flow per la creazione di flussi di dati specifici; ThingWorx Solutions Central per gestire le applicazioni in tutta l’azienda; ThingWorx Asset Advisor per il monitoraggio in tempo reale degli asset; ThingWorx Controls Advisor per la connetttività alle macchine e i PLC; ThingWorx Operator Advisor per gli ordini e le istruzioni di lavoro; ThingWorx Production Advisor per il monitoraggio dello stato di produzione e dei KPI critici come disponibilità, prestazioni, qualità e OEE. Supporta l’integrazione con Vuforia per esperienze in AR a partire dai dati IIoT.

Le Open source più diffuse

Di seguito tre delle IoT Platform open source più diffuse.

Arduino Cloud IoT

Arduino Cloud IoT è la IoT platform di Arduino. Una soluzione in cloud per configurare, programmare e collegare i dispositivi IoT, da poter sviluppare in due ambienti integrati (IDE1 e IDE2). L’integrazione tra hardware e software rende la piattaforma facile da usare e implementare. Tra le funzionalità: OTA (over-the-air), per caricare programmi in modalità wireless sulle schede Arduino; la sincronizzazione delle variabili, per collegare variabili dello stesso tipo tra due o più dispositivi e modificarle su tutti in automatico; il CloudSchedule per programmare l’attivazione di variabili; la gestione delle “Things”, contenitori astratti che raccolgono configurazioni e storia dei dati. A ciascun dispositivo si collega una “Thing”, per poter scambiare l’hardware senza dover riconfigurare daccapo.

OpenRemote

OpenRemote è una IoT platform composta da OpenRemote Controller, il gateway; OpenRemote Manager, per la gestione dei dati; OpenRemote Beehive&Services per l’archiviazione e gli aggiornamenti dati; OpenRemote Designer per il design delle interfacce; User Application Console Android e iOS per connettersi ai servizi telefonici. Supporta i protocolli HTTP, REST e MQTT. Ha un editor di flusso per l’elaborazione di dati e un “Se-allora” per algoritmi basati sugli eventi.

IoT platform open source - OpenRemote

Immagine tratta da Openremote.com

ThingsBoard

ThingsBoard è una stabile IoT platform open source. Supporta i protocolli CoAP, MQTT e HTTP, OPC-UA, nonché NB-IoT, SigFox, LoRaWAN e le implementazioni cloud e on-premises. Costruisce flussi di lavoro a partire dal ciclo di vita del progetto e dalle REST API, ha decine di widget di dashboard personalizzate.

IoT platform opensource - Thingsboard

Immagine tratta da Thingsboard.io
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