Definizione di Soluzioni innovative basate su IoT per l'Interoperabilità in Industria 4.0

Nowadays, we are facing a new industrial revolution, referred as the fourth one, introducing the application of modern concepts of ICT in industrial contexts to create more flexible products and introducing new business models and added value. Traditional automation cannot achieve the required degree of flexibility. Instead, modular factories composed by smart devices, also known with the term Cyber-Physical Systems (CPS), can overcome the currently rigid planning and production processes. From digitalization point of view, communication protocols, semantic technologies and operational models must be specified and implemented to guarantee that components and systems can be smoothly connected and that they can interoperate performing own operations and fulfilling business objectives. The goals of this thesis is to point out how interoperability can be achieved by means of the concept of Asset Administration Shell (AAS) defined in Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI4.0) and how such a digital representation of a physical asset can be exploited in real industrial scenarios to fulfil Industry 4.0 aims. We present an implementation of the AAS metamodel using the standard OPC UA defined as the only technology available for the realisation of a communication layer in RAMI4.0, exploiting the results to address interoperability issues in two real industrial scenario such as the representation of real PLC programs based on IEC 61131-3 and the definition of Predictive Maintenance solutions in the context of flexible manufacturing.

Al giorno d'oggi, stiamo affrontando una nuova rivoluzione industriale, indicata come la quarta, che introduce l'applicazione di moderni concetti di ICT nei contesti industriali per creare prodotti più flessibili e introdurre nuovi modelli di business e valore aggiunto. L'automazione tradizionale non può raggiungere il grado di flessibilità richiesto. Invece, le fabbriche modulari composte da dispositivi intelligenti, conosciuti anche con il termine Cyber-Physical Systems (CPS), possono superare l'attuale rigidità dei processi di pianificazione e produzione. Dal punto di vista della digitalizzazione, i protocolli di comunicazione, le tecnologie semantiche e i modelli operativi devono essere specificati e implementati per garantire che i componenti e i sistemi possano essere collegati senza problemi e che possano interoperare eseguendo le proprie operazioni e realizzando gli obiettivi di business. L'obiettivo di questa tesi è quello di evidenziare come l'interoperabilità possa essere raggiunta attraverso il concetto di Asset Administration Shell (AAS) definito nel Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI4.0) e come tale rappresentazione digitale di un asset fisico possa essere sfruttata in scenari industriali reali per soddisfare gli obiettivi di Industry 4.0. Presentiamo un'implementazione del metamodello AAS utilizzando lo standard OPC UA definito come l'unica tecnologia disponibile per la realizzazione di uno strato di comunicazione in RAMI4.0, sfruttando i risultati per affrontare i problemi di interoperabilità in due scenari industriali reali quali la rappresentazione di programmi PLC reali basati su IEC 61131-3 e la definizione di soluzioni di Predictive Maintenance nel contesto di una produzione flessibile.