3. CAPITOLO 3: LE TECNOLOGIE ABILITANTI DELL’INDUSTRIA 4.0
3.6 Cloud Computing and Manufacturing
L’avvento di tecnologie innovative, come i Cyber-Physical System, l’Internet of Things, i Big Data e il Cloud Computing, consente di creare un mondo avveniristico, principalmente basato sulla rete, in cui le risorse, le macchine e più in generale “le cose” sono sempre più collegate tra di loro ed intelligenti, ampliando i confini aziendali oltre ogni attuale barriera spazio-temporale. Il Cloud rappresenta “un’infrastruttura IT che permette l’archiviazione, il prelievo e la gestione di dati da una piattaforma condivisa fra più utenti dotati delle opportune credenziali di accesso”93. La diffusione delle tecnologie cloud ha creato nuovi strumenti per fornire risorse informatiche, introdotto nuove modalità per incrementare la condivisione dei dati oltre i confini di uffici e stabilimenti produttivi e garantito una maggiore flessibilità e agilità nello svolgimento delle operazioni di gestione. Tali tecnologie, associate ai metodi di produzione industriali, hanno portato ad una ingegnosa combinazione che ha dato origine ad nuovo modo di pensare e fare industria, il cosiddetto Cloud Manufacturing94. Le tecnologie fondamentali per garantire una produzione incentrata sul cloud sono le tecnologie relative al Web, le tecnologie relative ai servizi e il Cloud Computing. Il Cloud Computing, prendendo come riferimento la definizione proposta dall’ Istituto Nazionale di Standard e Tecnologia
92 Hořejší, P. (2015). Augmented reality system for virtual training of parts assembly. Procedia Engineering,
100, 699-706.
93 Michele Rossi, Marco Lombardi, (2017). La Fabbrica Digitale: Guida all’Industria 4.0, Milano, Tecniche
Nuove.
94 Liu, Y., & Xu, X. (2017). Industry 4.0 and cloud manufacturing: A comparative analysis. Journal of
(NIST) americano, rappresenta “un modello che abilita l’accesso diffuso, conveniente, on-demand a un bacino configurabile di risorse di elaborazione (e.g. reti, server, memoria, applicazioni e servizi) che possono essere rapidamente fornite e rilasciate col minimo sforzo gestionale e/o di interazione col fornitore del servizio (trad.)”95. Vengono, dunque, individuate le caratteristiche essenziali delle quali è composto il modello:
On-demand self-service: ovvero un utente può approvvigionarsi delle capacità di calcolo e di elaborazione senza richiedere l’interazione diretta con ciascun fornitore di servizi come ad esempio l’archiviazione di rete.
Ampio accesso alla rete: possibilità di accedere tramite procedure standard alle funzionalità disponibili in rete.
Pool di risorse: più utenti possono essere soddisfatti contemporaneamente in quanto le risorse informatiche del provider sono raggruppate e messe a disposizione degli stessi utenti mediante appositi meccanismi. L’archiviazione, l’elaborazione, la memoria e la larghezza della banda di rete rappresentano alcuni esempi di risorse virtuali disponibili.
Rapida elasticità: le capacità disponibili per l’approvvigionamento degli utenti, data l’elasticità con le quali vengono fornite, sembrano illimitate e disponibili in qualsiasi momento.
Servizi misurati: i sistemi cloud sono in grado di controllare e ottimizzare l’utilizzo delle risorse attraverso la loro capacità di misura il tipo di servizio erogato in modo da garantire massima trasparenza sia per il provider sia per l’utente.
Inoltre, l’architettura del Cloud Computing può essere strutturata secondo tre diversi livelli che corrispondono ad altrettanti tipi di servizi96: Iaas, ovvero l’Infrastruttura come servizio, rappresenta un servizio cloud in cui i dati e le applicazioni dell’utente vengono ospitati all’interno dell’infrastruttura del provider, mediante la tecnica della virtualizzazione. L’utente ha il pieno controllo e l’esclusivo dominio delle proprie risorse. Il Paas, ovvero la piattaforma come servizio, fornisce un ambiente virtuale e le risorse a livello della piattaforma per garantire agli utenti la possibilità di sviluppare applicazioni, software e servizi e di gestire le impostazioni di configurazione degli stessi. Infine il Saas,
95 Mell, P., & Grance, T. (2011). The NIST definition of cloud computing.
96 Wang, P., Gao, R. X., & Fan, Z. (2015). Cloud computing for cloud manufacturing: benefits and
ovvero il software come servizio, consente all’utente di utilizzare ed accedere ai servizi e alle applicazioni, gestite dal provider, da dispositivi client attraverso un interfaccia thin- client come può essere l’interfaccia Web o di un programma.
Infine vengono individuate quattro modalità di impiego: il primo modello chiamato Private Cloud consente l’utilizzo dell’infrastruttura cloud solo ad una determinata organizzazione e ai suoi utenti come ad esempio un unità aziendale e può essere posseduta, controllata e gestita sia dall’interno che dall’esterno dell’azienda, da terze parti, dall’organizzazione stessa o da una combinazione delle prime due. La seconda modalità prende il nome di Community Cloud e si discosta dalla prima solo per il fatto che l’infrastruttura cloud può essere utilizzata solamente da una specifica comunità di utenti provenienti da organizzazioni che hanno interessi condivisi come ad esempio può essere la mission, la sicurezza ecc. Un terzo modello è rappresentato dal cosiddetto Public Cloud rispetto al quale è previsto un libero accesso all’infrastruttura cloud da parte di un pubblico generico come un azienda, un organizzazione di governo, un accademia ecc. Infine il Cloud Ibrido rappresenta la quarta modalità dove l’infrastruttura cloud è composta da due o più infrastrutture distinte che rimangono entità univoche ma legate tra loro da tecnologie standardizzate che consentono ai dati e alle applicazioni di essere trasferite.
La produzione basata su cloud rappresenta un nuovo paradigma di produzione in rete, dove in base alle esigenze e ai requisiti dei consumatori e degli utenti, le risorse produttive sono organizzate sulla rete, accessibili su richiesta, al fine di offrire una varietà di applicazioni e servizi tramite la rete e piattaforme di servizi di produzione cloud97. Tale modello si serve della rete, del cloud computing e altre IT per trasformare le risorse e le capacità produttive in servizi di produzione che possono essere gestiti e controllati in maniera intelligente e unificata al fine di garantire la piena condivisione e circolazione delle prime. Un sistema di Cloud Manufacturing è composto in primis da risorse, capacità di produzione, cloud di produzione e di tutte le applicazioni che avvolgono l’intero ciclo di vita della produzione ma anche dai processi di importazione ed esportazione, un supporto di base (es. conoscenza) e tre tipi di utenti (operatori cloud, fornitore e utenti di servizi98. Il modello consente, quindi, attraverso la fornitura di risorse, applicazioni e
97 Liu, Y., & Xu, X. (2017). Industry 4.0 and cloud manufacturing: A comparative analysis. Journal of
Manufacturing Science and Engineering, 139(3), 034701.
98 Zhang, L., Luo, Y., Tao, F., Li, B. H., Ren, L., Zhang, X., ... & Liu, Y. (2014). Cloud manufacturing: a
servizi on-demand su internet, di garantire un integrazione tra tutti gli attori della più ampia supply chain, partendo dai fornitori fino ad arrivare ai clienti stessi.
I vantaggi e i benefici che l’applicazione del Cloud Computing e l’utilizzo di servizi basati sul cloud offre, principalmente, al settore manifatturiero sono99:
Aumento dell’elasticità operativa: mentre i sistemi di hosting tradizionali, i quali forniscono un numero fisso di risorse in un determinato periodo, riducono la capacità di adattarsi ai cambiamenti, i sistemi basati sul cloud computing permettono di rispondervi immediatamente, consentendo agli utenti di disporre in tempi rapidi di risorse e servizi condivisi e di averne il controllo sul loro utilizzo. Un esempio è rappresentato dall’applicazione di Amazon EC2 il quale garantisce di rispondere alla richiesta di assistenza in poco tempo. Tale elasticità può ridurre lo spreco di risorse e assicurare una perfetta saturazione delle risorse e degli strumenti condivisi.
Aumento dell’efficienza e dell’economicità: i servizi basati su cloud, oltre a garantire una corretta ottimizzazione delle risorse disponibili, comportano una riduzione degli investimenti iniziali in hardware e software mediante il servizio pay-as-you-go, il quale consente di evitare le spese di manutenzione sui data center (i quali richiedono un ambiente altamente controllato) e infine permette di ridurre i costi operativi, il salario del personale ecc.
Incremento dello scambio di informazioni, disponibilità di dati, possibilità di usufruire di un maggior numero di applicazioni e servizi che garantiscono una più ampia interrelazione tra tutti gli attori dell’integrata supply chain.
Cambio del rischio: il rischio del carico di lavoro, sia in termini di sovra-fornitura che di sotto-fornitura di risorse informatiche, è spostato da un impianto di produzione ai fornitori di cloud. Inoltre la perdita di dati associati a hardware e software viene scongiurata tramite strategie per il ripristino e back up dei dati che riducono efficacemente i rischi in modo tale che un impianto di produzione possa realizzare minori costi e più ampi profitti.
Mentre per quanto riguarda le principali limitazione all’implementazione e la diffusione di tale tecnologie in ambito manifatturiero sono:
99 Wang, P., Gao, R. X., & Fan, Z. (2015). Cloud computing for cloud manufacturing: benefits and
Scarse competenze digitali e ridotte dotazioni strumentali da parte di molte aziende, soprattutto di piccole dimensioni, dovute principalmente agli ingenti investimenti richiesti.
Prestazioni limitate e difficoltà nello svolgimento delle operazioni qualora i dati e le risorse richieste non siano disponibili nell’immediato e il campo di applicazione abbia una notevole estensione.
Rischio di sicurezza informatica: la sicurezza delle informazioni e la loro conseguente vulnerabilità rappresentano solamente alcune delle principali preoccupazioni da parte non solo delle imprese e dei soggetti che intendono adottare il cloud computing come infrastruttura di servizio ma anche dei fornitori e gli utenti stessi, poichè la responsabilità varia a seconda del tipo di servizio considerato. La soluzione sta nel trovare il giusto trade-off tra il filtraggio e la protezione dell’IP, delle informazioni sensibili, di dispositivi e delle risorse in rete e la condivisione delle informazioni stesse.