NI Trend Watch 2015 I trend tecnologici che accelerano la produttività

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1 NI Trend Watch 2015 I trend tecnologici che accelerano la produttività

2 I trend tecnologici del 2015: la piattaforma, la regina dell era dell IoT La prossima volta che fai una passeggiata, fermati un attimo e guardati intorno. Scommetto che la maggior parte delle persone che vedrai starà utilizzando un dispositivo per parlare, mandare un messaggio, un tweet o connettersi con qualcuno. Da tempo il mondo si compone di sistemi connessi o intelligenti, ma non con entrambe le caratteristiche (basti pensare alle unità HVAC, alle automobili o alle griglie elettriche). I sistemi connessi, come le linee telefoniche o gli interruttori della luce, sono in grado di trasmettere informazioni o stati, ma non sono dotati di intelligenza o ne presentano poca. I sistemi intelligenti, invece, come le unità di controllo motore e i termostati, possiedono l intelligenza, ossia la parte di elaborazione dati, a bordo scheda, ma non sono in grado di comunicarla al di fuori del circuito stesso. Oggi le persone che si connettono intorno a te utilizzano sistemi che sposano i due concetti, l intelligenza e la connettività. Quel che vedi camminando è l Internet delle Cose: una commistione di sistemi, in passato disparati. Questa connettività, soprattutto negli spazi industriali e di consumo, pone sempre più domande alla progettazione tradizionale e ai sistemi di test per la produzione. Le opzioni una volta in auge, come la strumentazione black-box a funzioni fisse e i preconfigurati per il salvataggio dei dati, non riescono a stare al passo con il numero di standard, di protocolli e funzionalità, che le aziende moderne richiedono. Queste piattaforme di sistemi hanno bisogno di un software, capace di soddisfare le esigenze base: prototipi per la distribuzione, flessibilità e processo decisionale sul singolo nodo. Oggi, se realizzi un sistema, hai bisogno di pilastri a cui affidarti, in grado di adattarsi e persino anticipare i requisiti in continuo cambiamento. Noi crediamo che quei pilastri siano costituiti dall approccio basato su piattaforma. Nel libro The Power of Product Platforms, Meyer e Lehnerd delineano un quadro per lo sviluppo di piattaforme di prodotti. Per una determinata applicazione, al posto della realizzazione di ciascun prodotto da zero, è opportuno investire in una serie di blocchi fondamentali comuni, da poter aggregare in modi diversi, così da creare una piattaforma di prodotti e applicazioni specifiche. Ai programmatori di software si insegna parallelamente a modularizzare il codice, per ottimizzarne il riutilizzo nei progetti. Per il fornitore c è senza dubbio un effetto leva nella ricerca e lo sviluppo, mentre per l utente finale è fondamentale l innovazione rapida. Funzionalità comuni, come la concessione delle licenze, i protocolli per la comunicazione dei dati e la visualizzazione dei dati, possono essere sviluppate come blocchi fondamentali, permettendo ai team di sviluppo di concentrarsi sulla segmentazione delle funzionalità, come i flussi di progettazione unici, l IP o la connettività da realizzare. Pensa alla progettazione della batteria riutilizzabile Black and Decker. Il team che si occupa degli utensili da taglio e quello per le macchine spazzafoglie non investono in modo indipendente nell architettura della batteria. Al contrario, una squadra si dedica al miglior riutilizzo della batteria, mentre il team degli utensili da taglio si focalizza su valori specifici per la sega elettrica. Il caso d uso principale di un approccio basato su piattaforma e ciò che originariamente definiva la strumentazione virtuale ruotavano intorno all utilizzo di una piattaforma standardizzata (PC) per automatizzare la raccolta dei dati provenienti dagli strumenti da banco. La strategia di progettazione attuale basata su piattaforma è caratterizzata dalla combinazione di componenti hardware modulari, che l utente può programmare utilizzando ottimi software configurabili, definendo le funzioni che meglio si adattano alle esigenze della propria applicazione. Come i leader del mercato, NI si impegna a restare in testa alla curva tecnologica, andando oltre le sfide attuali, fornendo soluzioni e tecnologie flessibili, con un approccio basato su piattaforma che consente ai software di progettare l ignoto futuro. Non è possibile realizzare sistemi futuri basati sull infrastruttura energetica odierna o sugli standard wireless che attualmente conosciamo. Noi creiamo innovazioni per il futuro in base ad architetture di sistema che non conosciamo ancora, tecnologie non ancora definite e protocolli di comunicazione non approvati. Per far questo, dobbiamo interpretare e comprendere i trend odierni, considerarli più di semplici fuochi di paglia o tecnologie al momento in voga. Dobbiamo apprendere ciascun trend e applicarlo, così da modellare la sua traiettoria a nostro favore. Questo report è dedicato all IoT e a tutte le altre tendenze che saranno influenzate da un approccio all ingegneria basato su piattaforma. Eric Starkloff Executive Vice President of Global Sales and Marketing

3 Contenuti 4 6 5G: internet per tutti e tutto L introduzione dello smartphone ha reso i dati wireless un elemento indispensabile al giorno d oggi. Molti equiparano banalmente i dati wireless e l internet mobile ai video in streaming di YouTube, visibili sempre e ovunque, dimenticando i grandi cambiamenti che hanno portato nelle nostre vite. Esposti all IoT, i sistemi ATE di grandi dimensioni si deterioreranno Anche se la creazione dei dispositivi intelligenti è lasciata agli inventori e ai progettisti, gli ingegneri di test devono assicurare che le esigenze di sicurezza e affidabilità siano soddisfatte, garantendo i requisiti di un modello aziendale dirompente L Internet delle Cose industriale Ingegneri e tecnici stanno già implementando sistemi all avanguardia per l IIoT ma tante cose devono essere ancora definite. Entrando a far parte della generazione dell IIoT, gli ingegneri possono delineare il futuro e garantire che le imprese si concentrino sull innovazione, non soltanto sull integrazione. Il mondo da costruire è nostro: l impatto del movimento Maker I l movimento maker sta trasformando l ingegneria in una tendenza collettiva. Questo tipo di innovazione virale popolare sta distruggendo lo status quo. Che sia l inizio della prossima rivoluzione industriale?

4 5G: internet per tutti e tutto L introduzione dello smartphone ha reso i dati wireless un elemento indispensabile per molti al giorno d oggi. Eppure, quando Apple e altri produttori introdussero i propri dispositivi intelligenti e altamente funzionali, pochi riconobbero l impatto trasformativo dell internet mobile. Ci siamo semplicemente goduti tutte le novità tecnologiche che i nostri dispositivi mobili erano capaci di fare. Molti equiparano banalmente i dati wireless e l internet mobile ai video in streaming di YouTube, visibili sempre e ovunque, dimenticando i grandi cambiamenti che hanno portato nelle nostre vite. Oggi le reti 4G includono le più moderne tecnologie, continuano a offrire accessi ai dati sempre più veloci, ma la strada oltre gli standard LTE e LTE-A è tutt altro che chiara. Il rapido consumo dei dati wireless continua a superare la capacità del settore di soddisfare la domanda. Dati e accessi più rapidi rappresentano, tuttavia, solo parte del problema. L internet mobile ha dato il via a una continua innovazione, ispirando i ricercatori di tutto il mondo a non pensare soltanto a dati sempre più veloci e a capacità superiori. Queste nuove reti, definite di quinta generazione o 5G, sono in grado di trasformare ancora una volta le nostre vite e liberare un enorme potenziale economico. Cos è il 5G? È chiaro: le reti 5G devono ospitare molti più utenti e dispositivi, fornendo, allo stesso tempo, un maggior numero di dati a ciascun utente, in qualsiasi istante. Sin dagli albori della comunicazione digitale negli anni Novanta, la roadmap della tecnologia cellulare ha seguito un percorso rigido, incentrato sull aumento della capacità e sulla velocità di trasmissione dei dati, per arrivare, infine, al punto in cui siamo oggi. Ora che l internet mobile è una realtà, si è fatta strada una nuova visione. I ricercatori immaginano non solo una rete 5G con un accesso mobile e velocità di trasferimento senza precedenti, ma anche un opportunità per ridefinire la rete e ospitare una vasta gamma di dispositivi nuovi e diversi. La rete 5G si presenta dunque come una sfida per i ricercatori: far fronte alle più conosciute, ma non meno importanti, problematiche relative all uniformità di copertura in un area e creare più reti a basso consumo energetico. Velocità di trasferimento 1000 volte superiore Il 5G mira a una velocità massima di trasferimento dati per utente di circa 10 GB/s (più di 1000 volte superiore al 4G). Per fornire un quadro di riferimento, un utente è in grado di scaricare un video HD in 40 minuti utilizzando reti ad altissima velocità in buone condizioni. Con il 5G si può scaricare lo stesso video in pochi secondi. Un accesso ai dati più rapido è di certo entusiasmante, ma ci sono sfide da superare per raggiungere questo obiettivo. Lo spettro che gli operatori di servizi pagarono ai governi miliardi di dollari per l acquisizione è del tutto esaurito. Dovunque oggi le reti utilizzano lo spettro da 700 MHz a quasi 3 GHz, e un gran numero di entità pubbliche e private richiedono già questo spettro. Il problema può essere affrontato in due modi: (1) esplorare un nuovo spettro o (2) sviluppare nuove tecnologie per poter inviare più bit agli utenti nello spettro attualmente assegnato. Miliardi di dispositivi connessi Entro il 2020 gli analisti del settore prevedono che nel mondo 50 miliardi di dispositivi saranno connessi alle reti mobili, e che non si tratterà semplicemente di dispositivi mobili personali. Entro il 2020, gli analisti del settore prevedono che nel mondo 50 miliardi di dispositivi saranno connessi alle reti mobili, e che non si tratterà semplicemente di dispositivi mobili personali. Dispositivi embedded che inviano bit di informazioni ad altri dispositivi, server, o il cloud rappresenteranno una grande percentuale di dispositivi. L esplosione dei dispositivi connessi a internet è stata chiamata l Internet delle Cose (IoT). Questi apparecchi possono incorporare sensori per misurare la pressione, la temperatura o la tensione, e probabilmente attuatori per accendere o spegnere i dispositivi o apportare modifiche in tempo reale. Un esempio sono i semafori non solo sincronizzati, ma connessi e controllati da remoto, che permettono di conoscere immediatamente e scaricare i siti di congestione del traffico. Se i veicoli fossero connessi direttamente a un controller per il traffico, i semafori potrebbero anche non essere più necessari. La salute strutturale di edifici, ponti e strade potrebbe essere monitorata di continuo. Le aziende e i governi potrebbero servirsi dei dati di monitoraggio dell inquinamento atmosferico per regolare le emissioni e applicare azioni correttive. I dati sui segni vitali dei pazienti potrebbero essere registrati e monitorati per comprendere meglio le cause e gli effetti di determinate condizioni di salute. Le possibilità sono infinite. I sistemi 5G necessari per trasformare queste possibilità in realtà sono composti da dispositivi eterogenei, che includono una larghezza di banda sia bassa che alta con sfide di progettazione importanti. Per sbloccare il potenziale dell IoT, la tecnologia 5G deve dedicarsi ai tempi di risposta della rete (latenza). Il controllo senza tempi di risposta deterministici limita l utilità e l adozione di queste tecnologie. 4

5 Si stima che, attualmente, sulle reti la latenza è mediamente di decine di millisecondi con una deviazione standard molto ampia. Se i ricercatori riuscissero a ridurre la latenza e a migliorare il determinismo, le applicazioni di controllo, ovvero i dispositivi connessi con sensori, attuatori e così via, potrebbero essere controllate e gestite da remoto o autonomamente nel cloud. 5G all orizzonte Con allocazioni dello spettro fisse inferiori ai 3 GHz, i ricercatori stanno studiando forme d onda, in grado di sfruttare al meglio lo spettro esistente e incrementare sostanzialmente il numero di bit in una data quantità di spettro. Gli standard odierni, basati sulla trasmissione OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) richiedono una frequenza maggiore per separare i dati di trasmissione e ricezione in modo abbastanza efficiente. Le nuove forme d onda 5G tentano di concentrarsi sull efficienza dello spettro utilizzando l infrastruttura della rete esistente per accogliere più utenti, dispositivi e ottenere più bit per hertz. L Università Tecnica di Dresda (TU-Dresden) ha prototipato una di queste nuove forme d onda chiamate GFDM (Generalized Frequency-Division Multiplexing) e un collegamento completo. La TU-Dresden ha migliorato le velocità di trasferimento dei dati del 30% rispetto alla tecnologia 4G. Un altra opzione è la densificazione, ovvero l aumento del numero di punti di accesso, delle macro celle, delle celle di piccole dimensioni e delle pico celle distribuite in una regione geografica. La densificazione si basa sulla teoria che l aggiunta di più punti di accesso all area servita divide lo spettro geograficamente, non lo spettro stesso. Oltre la densificazione, le nuove topologie di rete come la Cloud RAN e la C-RAN consentono agli operatori di servizi di posizionare la propria attrezzatura nel Cloud, riducendo notevolmente i costi di riscaldamento e raffreddamento degli impianti distribuiti localmente, così come il consumo dell energia della rete. Una sfida importante per il controllo delle reti distribuite è la latenza. I ricercatori del progetto CROWD (Connectivity management for energy Optimised Wireless Dense), finanziato dall Unione Europea, hanno presentato prototipi di successo grazie a queste nuove architetture. Significa, quindi, che è possibile il controllo distribuito all interno di una rete densa. Le nuove tecnologie delle stazioni base, come la massive MIMO (Multiple Input and Multiple Output) promettono più banda larga ed efficienza energetica. Le stazioni base con massive MIMO includono centinaia di elementi antenna per concentrarsi sull energia per utente, che aumenta le velocità di trasferimento e migliora la qualità del link delle comunicazioni, in particolare a bordo cella. Esperimenti recenti svolti in Svezia dall Università di Lund mostrano che la massive MIMO è in grado di aumentare le velocità di trasferimento di 100 volte o più. Sono state esplorate nuove frontiere nella gamma di frequenza a onda millimetrica (mmwave), a 28 GHz, 38 GHz, 71 GHz, fino a 72 GHz. Queste bande di frequenza poco autorizzate offrono un ampio spettro a banda elevata. In passato, la comunicazione a queste frequenze si immaginava possibile grazie alle caratteristiche di propagazione delle onde elettromagnetiche e ai costi di sviluppo e implementazione delle reti in queste bande. Il NYU WIRELESS ha però condotto misure di stima sul canale. I profili del canale mostrano che le comunicazioni mmwave possono essere realmente fattibili. La Nokia Networks ha prototipato un link di comunicazione mmwave, ottenendo velocità di trasferimento 100 volte superiori rispetto a quelle attuali del 4G con latenza deterministica. Trasformare la visione in realtà La tecnologia 5G arriverà e il suo impatto sarà di trasformazione. I ricercatori, però, hanno bisogno di strumenti e tecnologie in grado di progettare e prototipare più rapidamente i loro concetti, accelerare il lancio sul mercato e, infine, i tempi di distribuzione. Le nuove forme d onda del 5G, la densificazione della rete, la massive MIMO e le comunicazioni mmwave possono essere distribuite incrementalmente lungo una curva del tempo, dal momento che non si escludono a vicenda e possono essere complementari. Le tecnologie 5G stanno facendo progressi e ogni giorno l idea di un internet per tutti e per tutto diventa più vicina alla realtà. NAVIGATING 5G TECHNOLOGY CHALLENGES 10 anni di durata della batteria per M2M Sopra i 10 Gb/s IL WIRELESS CHE VERRÀ Ascolta il dott. Gerhard Fettweiss, esperto in 5G, spiegare quali soluzioni wireless gli ingegneri devono proporre per far fronte alle esigenze del mondo del Tactile Internet. youtube.com/nationalinstruments CONSUMO ENERGETICO VELOCITÀ DI TRASMISSIONE DATI Alta affidabilità LE SFIDE DELLA TECNOLOGIA 5G COPERTURA L internet mobile profila scenari di continua innovazione e sta ispirando i ricercatori a pensare CAPACITÀ ben al di là di dati più veloci e capacità maggiori. La nuova rete 5G potrebbe implicare un enorme potenziale economico. Incremento del traffico di 10,000X e dei dispositivi tra X LATENZA Sotto 1 ms COSTI Costi ridotti ni.com/trend-watch/i

6 Esposti all IoT, i sistemi ATE di grandi dimensioni si deterioreranno Quando furono rilasciati i primi frigoriferi intelligenti all inizio del 2000, ai consumatori non era ben chiaro il ruolo che avevano. Con la diffusione del termostato intelligente Nest, abbiamo assistito, però, a una vera e propria rivoluzione. La presenza dell uomo non era più necessaria, perché il termostato imparava da solo quali erano le temperature desiderate, come rinfrescare o riscaldare velocemente l abitazione. Inoltre, era già in grado di sincronizzare le sue operazioni meglio di quanto sarebbe riuscito a fare un uomo programmandolo. I consumatori hanno iniziato così a capire di cosa era capace un dispositivo intelligente. E, anche se la creazione di questi dispositivi è lasciata agli inventori e ai progettisti, che ne garantiscono un funzionamento sicuro e affidabile, soddisfare i requisiti di un modello aziendale così dirompente è compito degli ingegneri di test. Si potrebbe affermare che il termostato Nest abbia rappresentato la prima esemplificazione dell obiettivo originale dell Internet delle Cose (IoT) e sappiamo tutti che non sarà l ultima. Secondo Gartner presto sul pianeta ci saranno più dispositivi connessi che uomini, ed entro il 2022 ogni casa potrebbe contenere più di 500 dispositivi connessi. Anche se la società continua a raccogliere i frutti dei dispositivi connessi, permettendo all uomo di pensare a cose più produttive dell ottimizzazione dei termostati, i test automatizzati saranno costantemente messi alla prova affinché tengano il passo con le innovazioni in termini economici. I sistemi ATE (Automated Test Equipment) tradizionali sono stati ottimizzati per testare la tecnologia che ha sfruttato l influenza della legge di Moore, soprattutto dal punto di vista digitale, incrementando il numero dei transistor, riducendo l ingombro, con ottimi risultati. Negli ultimi decenni, però, un leggero cambiamento, apportato per integrare più tecnologia analogica nei circuiti, si è rivelato una sfida nell ambito del test molto più della legge di Moore. Le innovazioni per l IoT hanno costretto gli ingegneri di test a controllare i sistemi a segnale misto, che comprendono sia i segnali digitali, che i segnali analogici provenienti da sensori, antenne RF e altro ancora, il tutto a volumi di consumo e prezzi più bassi possibile. I sistemi ATE tradizionali non sono all altezza delle sfide future nell ambito del test. Gli ingegneri di test hanno bisogno di sistemi ATE intelligenti per fronteggiare i dispositivi intelligenti dell IoT. La stessa strumentazione dalla caratterizzazione alla produzione Ogni settimana è importante nel ciclo consueto di progettazione di 12 mesi di un IC. La correlazione dei dati diventa, quindi, un esercizio costoso per i test engineer che devono effettuare la correlazione dei dati a causa della natura spesso isolata delle prove di caratterizzazione e produzione, implementati in luoghi diversi, da team differenti e con configurazioni diverse. La caratterizzazione, generalmente, viene condotta in un laboratorio, utilizzando una serie di strumenti a funzionalità fisse, mentre il test di produzione consiste nell utilizzo di una serie di strumenti per verificare la qualità dei prodotti finiti. Ogni configurazione dispone di più strumenti, provenienti da I sistemi ATE tradizionali non sono all altezza delle sfide future nell ambito del test. Gli ingegneri di test hanno bisogno di sistemi ATE intelligenti per i dispositivi intelligenti dell IoT. fornitori differenti, connettori e cavi diversi, di lunghezza variabile. Il risultato finale di queste combinazioni è una permutazione infinita di variabili, in grado di causare disallineamenti nelle misure, tra il test di caratterizzazione e produzione. Gli innovatori dell IoT hanno tre opzioni per ridurre le variabili nell equazione. In primo luogo, possono spostare il test di produzione nel laboratorio di caratterizzazione. Ciò richiede ulteriori investimenti di capitale in attrezzature più costose. In secondo luogo, possono portare la strumentazione nella linea di produzione per il collaudo, danneggiando, però, la trasmissione delle misure, che si traduce in colli di bottiglia nei test. L ultima opzione è investire in una piattaforma ATE più intelligente, che fornisca ai test engineer la flessibilità per avere la stessa strumentazione in diversi ambiti, per la caratterizzazione e per i test di produzione. Anche se le preoccupazioni relative alla correlazione dei dati non vengono mai eliminate del tutto, gli ingegneri possono servirsi della modularità della piattaforma ATE per semplificare questo processo, dal momento che l IoT riduce i tempi di commercializzazione e i costi dei test. Il dispositivo di test che si adatta alle innovazioni del prodotto Se l obiettivo finale è rilevare, calcolare, comunicare e connettere ogni cosa, i dispositivi intelligenti realizzati per l IoT devono evolversi a un ritmo estenuante. Secondo teardown.com, quando Samsung ha lanciato lo smartphone Galaxy S5 ha ridotto il costo dei test di 0,09 dollari rispetto all S4, aggiungendo cinque nuovi sensori (umidità, infrarossi, prossimità/gesti, frequenza cardiaca e impronte 6

7 digitali). Com è possibile? Un approccio è quello di creare una strategia di test su standard aperti con la massima interoperabilità. Con un approccio modulare, basato su piattaforma nei confronti dei dispositivi di test intelligenti, gli ingegneri possono costruire un sistema partendo da strumenti commerciali per le esigenze iniziali. In questo modo, possono scegliere gli strumenti da una vasta gamma di fornitori specializzati, ma ciò richiede anche un interoperabilità tra gli elementi della piattaforma e attribuisce grande importanza al software, la fonte massima di intelligenza nella progettazione di sistemi di test. Con un approccio del genere, gli ingegneri possono aumentare le funzioni di un test aggiungendo moduli se necessario, evitando così gli elevati costi per il riattrezzamento dell hardware o per la riscrittura dei livelli inferiori del software. Indipendentemente dall approccio, i costi e i tempi di commercializzazione sono fattori determinanti nella scelta della piattaforma per il dispositivo di test nell IoT. Alcune aziende, in particolare quelle che eseguono test sulla memoria e i microcontrollori, sono soddisfatte dai test con funzionalità fisse. Le aziende, invece, che fanno innovazione per incrementare le funzionalità dei propri dispositivi, necessitano di una piattaforma ATE più intelligente, capace cioè di adattarsi adeguatamente alle innovazioni. Dispositivi di test con software a prova di futuro Quando, di recente, la Federal Aviation Administration ha deciso di consentire ai passeggeri l utilizzo di dispositivi elettronici portatili, purché in modalità aereo, non ha dovuto richiedere che il proprio telefonino fosse inviato al produttore per uno swap out dell hardware (si è trattato di un aggiornamento software). Quando Tesla Motors ha scoperto che, a velocità più elevate, la macchina viaggiava un po troppo vicina al suolo, non ha attuato un richiamo del prodotto, ha inviato un aggiornamento del firmware over-the-air per rinforzare le sospensioni dell auto a velocità più elevate. Una volta gli utenti erano costretti ad acquistare un nuovo dispositivo per ottenere nuove funzionalità. Smartphone, televisioni, computer e ora persino le automobili sfruttano la tecnologia del firmware riprogrammabile per ampliare o migliorare le funzioni dei dispositivi hardware dopo il primo rilascio. Il mercato continua a evolversi e ad aumentare in complessità. Saremo obbligati ad abbracciare il cambiamento e ad attendere l inaspettato. Così come i dispositivi intelligenti accrescono la propria intelligenza mediante software aggiornabile, altrettanto dovrebbero fare gli strumenti di test. Grazie ai dispositivi di test definiti via software, le aziende possono investire in una piattaforma, in grado di soddisfare le sfide di test odierne, ma anche di adeguarsi a nuove esigenze, mitigando le spese di capitale. L hardware modulare svolge, senza dubbio, un ruolo in questo caso, ma è il software a legare tutto insieme in un approccio ATE intelligente, basato su piattaforma. Ogni anno, un azienda simile a Nest o Tesla rivoluzionerà un mercato e cambierà il modo in cui interagiamo (o non interagiamo) con un dispositivo. Ogni anno sarà creata una nuova tecnologia dotata di sensori, capace di intuire il mondo circostante. Ogni anno sarà definito un nuovo protocollo di comunicazione per inserire più dati in meno byte. E ogni anno saranno richiesti ingegneri di test per confermare che tutti questi nuovi dispositivi distribuiti nell IoT funzionino in modo sicuro, affidabile e conveniente. Sempre più aziende adottano un approccio intelligente, basato su piattaforma nei propri dispositivi di test per far fronte a queste sfide. Dal momento che i costi e i tempi di commercializzazione si riducono di continuo, le aziende innovative non possono permettersi di avere dispositivi più intelligenti dei propri ATE. A PROVA DI FUTURO Scopri come IDT ha ridotto i costi dei sistemi ATE ingombranti e datati tramite il metodo trial and error, realizzando sistemi e cercando soluzioni modulari. youtube.com/nationalinstruments 3G 4G 2G LTE Un sistema ATE più smart permette a tecnici e ingegneri di anticipare e integrare anche a livello economico innovazioni tecnologiche nei sistemi di test realizzati tramite una piattaforma aperta di hardware modulare e software scalabile. ni.com/trend-watch/i

8 L Internet delle Cose industriale L idea di un mondo più intelligente, in cui i sistemi con sensori e di elaborazione locale saranno connessi per condividere le informazioni, sta prendendo piede in ogni singolo settore. Questi sistemi saranno connessi su scala globale tra loro e con gli utenti, per consentire di prendere decisioni più consapevoli. Quest idea omnicomprensiva è stata etichettata in modi diversi, ma l espressione più diffusa è Internet delle Cose (IoT). L IoT include tutto: case intelligenti, dispositivi mobili per il fitness, giocattoli connessi fino all Internet delle Cose industriale (IIoT) con l agricoltura intelligente, le città, le fabbriche intelligenti e le Smart Grid. L IIoT può essere pensato come un vasto numero di sistemi industriali connessi, che comunicano e coordinano analisi dei dati e azioni per migliorare il rendimento dell industria e giovare alla società nel suo insieme. I sistemi industriali che connettono il mondo digitale al mondo fisico mediante sensori e attuatori, risolvendo problemi di controllo complessi, sono comunemente definiti sistemi cyber-fisici. Combinati con soluzioni per i Big Analog Data, ottengono intuizioni più profonde attraverso i dati e l analisi. Immagina sistemi industriali, capaci di adeguare i propri ambienti o persino la propria salute. Piuttosto che adottare la strategia run to failure, le macchine programmano la manutenzione o, meglio ancora, adattano dinamicamente gli algoritmi di controllo, così da compensare un elemento usurato e comunicare i dati ad altre macchine e alle persone che si affidano a quelle macchine. Rendendo le macchine più intelligenti, mediante l elaborazione locale e la comunicazione, l IIoT potrebbe risolvere problemi con soluzioni prima inconcepibili. Ma, come afferma il detto, se fosse così semplice, tutti lo farebbero. Con il progresso aumenta anche la complessità, rendendo l IIoT una sfida molto impegnativa, che nessuna azienda può affrontare da sola. La sfida dell IIoT La sfida diventa ancor più ardua e complicata se si confrontano le esigenze dell internet industriale a quelle dell internet di consumo. Entrambi riguardano la connessione di dispositivi e sistemi in tutto il mondo, ma l IIoT aggiunge alle reti locali requisiti di latenza, determinismo e larghezza di banda più rigidi. Quando si lavora con macchine di precisione, che possono presentare guasti se la sincronizzazione viene bloccata per un millisecondo, aderire a requisiti severi diventa fondamentale per la salute e la sicurezza degli operatori, delle macchine e dell azienda. Adattabilità e scalabilità Con l arrivo dell IIoT un grande cambiamento investirà i sistemi industriali storici. La progettazione tradizionale e l aumento dei sistemi industriali sono definiti (1) dalla progettazione di una soluzione end-to-end proprietaria o personalizzata o (2) dall inserimento di Rendendo le macchine più intelligenti, mediante l elaborazione locale e la comunicazione, l IIoT potrebbe risolvere problemi con soluzioni prima inconcepibili. funzionalità, aggiungendo ripetutamente scatole nere definite dal fornitore. La soluzione che aggiunge funzionalità può essere veloce da implementare, ma a che costi? Uno dei più grandi vantaggi dell IIoT è che i dati vengono condivisi e analizzati con facilità, permettendo di prendere decisioni migliori. Ad esempio, in una soluzione per il Condition Monitoring definita dal fornitore, i dati acquisiti e analizzati non sono facilmente utilizzabili. Il sistema si limita a inviare semplici allarmi per prevenire guasti catastrofici. I dati possono essere accessibili dopo un evento, per analizzare e determinare cosa non ha funzionato, ma, a questo punto, tempo, denaro e molto altro potrebbero essere già andati persi. Se i dati del Condition Monitoring non venissero analizzati e resi disponibili di continuo mediante un interfaccia aperta, standardizzata, non è possibile adeguare gli algoritmi di controllo in base ai dati raccolti o mettere in correlazione i dati acquisiti con gli eventi di controllo per migliorare l efficienza o evitare tempi di inattività nel sistema. Per le soluzioni end-to-end, invece, vale l opposto. Tutti i componenti e la soluzione end-to-end sono in grado di funzionare in armonia, ma il problema di fondo resta. Quando si realizza una soluzione end-to-end, i protocolli di comunicazione sono uniformi e i dati possono essere condivisi facilmente. In questo caso, la soluzione stessa diventa sostanzialmente la scatola nera, grazie ai protocolli di comunicazione proprietari. Appena è necessario un aggiornamento, l ingegnere si trova davanti a un dilemma: aggiungere una soluzione che potrebbe non comunicare bene con l intero sistema o riniziare il processo e creare una nuova soluzione end-to-end. I sistemi dell IIoT devono essere adattabili e scalabili, mediante software o funzionalità aggiuntive da integrare facilmente all intera soluzione. Quando tutto il sistema è una scatola nera, ciò non può accadere. Ci deve essere un modo migliore per integrare sistemi diversi e ridurre la complessità del sistema, senza sacrificare l innovazione. Sicurezza Adattabilità e scalabilità sono solo le prime di tante sfide presentate dall IIoT. Anche la gestione e la sicurezza dei sistemi sono di primaria 8

9 importanza. Quando si mettono online enormi reti di sistemi, è necessario che questi sistemi comunichino tra loro e con l azienda, spesso a grandi distanze. Sia i sistemi che le comunicazioni devono essere sicuri per non mettere a rischio attività da milioni di dollari. Uno degli esempi più comuni sull importanza della sicurezza è la Smart Grid, elemento avanzato dell IIoT. Non appena le informazioni sulla griglia diventano più accessibili si rischia un guasto legato alla violazione della sicurezza. Manutenzione e aggiornamenti Oltre a essere sicuri, questi sistemi devono essere continuamente modificati e mantenuti in efficienza, per soddisfare i requisiti in perenne mutazione relativi alle funzionalità e alla manutenzione del sistema. Inserendo più funzionalità è necessario aggiornare il software o aggiungere più sistemi. Si inizia così a formare un groviglio di componenti interconnessi. Il nuovo sistema deve integrarsi non soltanto con il sistema originale, ma anche con gli altri sistemi. Immagina di modificare e aggiornare migliaia o milioni di sistemi dislocati in tutto il mondo, alcuni in località remote. L investimento dell IIoT Lo sviluppo e la distribuzione dei sistemi che andranno a comporre l IIoT rappresentano un enorme investimento per i decenni a venire. L unico modo per far fronte alle esigenze di oggi e domani non è predire il futuro, ma sviluppare una rete di sistemi abbastanza flessibili da evolversi e adattarsi. La strada da seguire prevede un approccio basato su piattaforma. Una singola architettura hardware flessibile, distribuita su più applicazioni elimina gran parte della complessità dell hardware, rendendo ogni nuovo problema essenzialmente una sfida software. Lo stesso principio deve essere applicato agli strumenti software per creare una piattaforma hardware-software potente, in grado di realizzare una soluzione unificata. Un approccio basato su piattaforma efficace non si concentra sull hardware o sul software, ma sull innovazione all interno dell applicazione stessa. Oggi sono disponibili piattaforme per sviluppare l IIoT. Le piattaforme che i progettisti di sistemi scelgono devono basarsi su un sistema operativo IT-friendly, per poter essere erogate e configurate in tutta sicurezza, per autenticare e autorizzare in modo corretto gli utenti a mantenere l integrità del sistema e a massimizzarne la disponibilità. Le piattaforme possono raggiungere questo obiettivo grazie a un sistema operativo aperto, che permetta agli esperti della sicurezza di tutto il mondo di collaborare e sviluppare le ultime novità sulla sicurezza embedded. Devono, inoltre, basarsi su tecnologie Ethernet standard e includere standard in evoluzione per avere una rete più aperta e deterministica, in grado di soddisfare i requisiti di latenza, determinismo e banda dell IIoT, sfruttando al massimo l interoperabilità tra i fornitori di sistemi industriali e l IoT di consumo. Organizzazioni come l IIC (Industrial Internet Consortium) documentano casi d uso e garantiscono l interoperabilità. L IEEE ha formato il gruppo di lavoro Time Sensitive Network per sviluppare l IEEE e soddisfare questi requisiti. Il progetto in corso dell IIoT è un enorme opportunità tecnologica ed economica per tutti. Associazioni come l IIC, IEEE e AVnu stanno lavorando duro per definire IIoT, raccogliendo attivamente casi d uso per capire meglio come realizzare più innovazioni. Ingegneri e tecnici stanno già implementando sistemi all avanguardia per l IIoT, ma tante cose devono essere ancora definite, tanto lavoro deve essere ancora fatto. Inizia a dedicarti a un approccio basato su piattaforma, entra a far parte della generazione dell IIoT unendoti a questi gruppi per delineare il futuro e garantire che le imprese si concentrino sull innovazione, non soltanto sull integrazione. L ERA DEI SISTEMI Sai quanti amici hanno gli strumenti che usi? Scopri tutto il possibile sulla natura interconnessa delle macchine di oggi. youtube.com/nationalinstruments Per soddisfare i requisiti in continuo cambiamento, i dispositivi che supportano l IIoT richiedono una piattaforma integrata hardware-software e una rete real-time che possa adattarsi alle nuove tecnologie. PROGETTAZIONE BASATA SU PIATTAFORMA ARCHITETTURA APERTA ETHERNET REAL-TIME ni.com/trend-watch/i

10 Il mondo da costruire è nostro: l impatto del movimento Maker Il movimento maker sta trasformando l ingegneria in una tendenza collettiva. I maker di tutto il mondo si ispirano l uno all altro per creare (o fare ) gadget intelligenti, congegni robotici, droni autonomi e dispositivi indossabili. Queste innovazioni non sono più monopolizzate da aziende multimilionarie. I maker lavorano nei garage di casa o insieme ad altri colleghi in postazioni di lavoro comuni. Ma, soprattutto, condividono le proprie scoperte online per ispirare le nuove invenzioni di altri maker. Questo tipo di innovazione virale popolare sta distruggendo lo status quo. Che sia l inizio della prossima rivoluzione industriale? L Homebrew Computing Club fu fondato nel 1970 da un piccolo gruppo di hobbisti che realizzavano PC nei garage. Si incontravano regolarmente nella Silicon Valley per condividere invenzioni e discutere nuove idee. Nessuno si rese conto delle implicazioni storiche che avrebbe avuto l incontro quando due membri del club, Steve Jobs e Steve Wozniak, presentarono i loro nuovi computer. Si trattava dell Apple I, la soluzione che ha permesso poi di distribuire i PC alle masse, dando inizio all era dell informazione. I maker di oggi sono uguali agli hobbisti del 1970, ma su scala molto più ampia. Quasi hanno partecipato a due eventi Maker Faire di punta a San Francisco e a New York, noti anche come i Greatest Show and Tell on Earth. Internet sta alimentando una comunità di maker, molto più vasta di quella possibile negli anni Settanta. Il movimento continua a crescere e attirare l attenzione di tutto il mondo. Per questo motivo è essenziale valutare l impatto che avrà sulle innovazioni, la crescita economica e le generazioni future. Innovazioni orientate al consumo Il PC ha creato una nuova generazione di sviluppatori software, in grado di innovare il mondo digitale, senza le limitazioni del mondo fisico. Grazie alla sua natura intrinseca di costo non marginale, il software è diventato per le innovazioni il grande equalizzatore. Il software è un cantiere aperto alla creatività, consente alle persone di realizzare prodotti di grande valore, con la possibilità di scardinare i classici prodotti e modelli imprenditoriali. In nessun altro momento della storia è stato più semplice per un idea aver origine nell immaginazione di un singolo individuo e diffondersi nel mercato di massa. e del cloud computing, inoltre, consente ai maker di contribuire all Internet delle Cose (IoT). L IoT descrive un mondo di dispositivi interconnessi, che utilizzano i sensori per interagire con le persone, l ambiente e i dispositivi circostanti. Questa interconnessione aggiunge funzionalità, fornendo una comprensione più profonda del numero illimitato di dispositivi, nuovi ed esistenti. Combinando hardware e software, il movimento maker creerà l IoT, così come la piattaforma aperta per lo sviluppo di applicazioni mobili ha generato una nuova economia attorno agli smartphone. Esempi, come il distributore automatico per il cibo per gatti, il condizionatore d aria intelligente capace di adattarsi a modelli di vita, e l ombrello che allerta in base al bollettino meteorologico locale, mostrano i miglioramenti nello stile di vita e le soluzioni di nicchia che l IoT porterà. Mentre le macchine stanno sostituendo gli uomini nei lavori manuali e procedurali, i sistemi di formazione di tutto il mondo hanno bisogno di trasformarsi da lezioni a senso unico e a memoria meccanica in ambienti collaborativi, creativi, con approcci al problem-solving. Apprendere attraverso esperienze, iterare le idee e collaborare con i colleghi sono i tratti distintivi del movimento maker. La democratizzazione dell imprenditorialità L E-Paper Watch di Pebble vale 10M di dollari. La lampadina a LED LIFX che si controlla mediante smartphone raggiunge 1,3 M di dollari. Cosa hanno in comune questi prodotti? Entrambi hanno ottenuto finanziamenti da Kickstarter, un sito web crowd-funding che sta cambiando le regole del gioco per gli imprenditori. Entrambi i prodotti sono stati creati da maker che tentano di commercializzare le proprie invenzioni. Questi maker in startup iterano sui prototipi con strumenti esclusivi e in makerspace professionali, come TechShop e FabLab. Ingegneri e artisti collaborano per creare prodotti, che non utilizzano soltanto tecnologie avanzate, ma hanno anche estetiche raffinate. Si procurano poi fondi mediante siti crowd-sourcing, in cui il successo del prodotto si basa sulla valutazione del suo consumo di massa, piuttosto che sul giudizio di pochi capitalisti avventurosi. I progressi nella stampa 3D, i microcontrollori a basso costo e l ubiquità dei sensori avanzati permettono ai maker di collegare i software al mondo fisico. La proliferazione delle connessioni wireless Il movimento maker è un catalizzatore per la democratizzazione dell imprenditorialità. Per rimanere competitive, le aziende devono 10

11 abbracciare il movimento maker, altrimenti rischiano di diventare vulnerabili. I dirigenti GE, di recente, hanno lanciato FirstBuild, un makerspace per invitare studenti, imprenditori e maker alla co-creazione di applicazioni per il futuro. FirstBuild ha già realizzato nuovi progetti: frigoriferi dotati di strumenti, sportelli per microonde a chiusura dolce e una brocca per l acqua intelligente che si riempie automaticamente una volta messa in frigorifero. Unendo l ingegnosità dei suoi dipendenti con quella del pubblico, GE sta dando vita a un nuovo processo di sviluppo, catturando l energia creativa che circonda i suoi prodotti. La trasformazione nel mondo dell istruzione Se ascolto, dimentico. Se vedo, ricordo. Se faccio, capisco. Proverbio cinese Mentre le macchine stanno sostituendo gli uomini nei lavori manuali e procedurali, i sistemi di formazione di tutto il mondo hanno bisogno di trasformarsi da lezioni a senso unico e a memoria meccanica in ambienti collaborativi, creativi, con approcci al problem-solving. Apprendere attraverso esperienze, iterare le idee e collaborare con i colleghi sono i tratti distintivi del movimento maker. Questa filosofia è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno per migliorare il nostro sistema educativo. Molti genitori, infatti, hanno deciso di far parte del movimento maker insieme ai figli perché sanno che il sistema scolastico non li preparerà adeguatamente al XXI secolo. Il mondo dell istruzione è pronto alla trasformazione. I PC, internet, i dispositivi mobili hanno cambiato ogni aspetto della nostra vita, ma non l istruzione. L adozione della tecnologia nelle scuole non ha cambiato le lezioni e i test a scelta multipla che costituiscono l elemento principale con cui insegniamo e valutiamo i nostri studenti. Tuttavia, si iniziano a vedere i primi segnali di una tendenza globale nella formazione. Le scuole, a tutti i livelli, stanno trasformando le aule e le librerie tradizionali in makerspace per i lavori di gruppo. Il MIT (Massachusetts Institute of Technology), ultimamente, ha iniziato ad accettare i portfolio maker negli esami di ammissione, la UC Berkeley ha creato un makerspace per gli studenti, e organizzazioni non-profit come la Maker Education Initiative promuovono progetti per le scuole elementari che desiderano realizzare ambienti di apprendimento maker. E questo solo nel mondo dell istruzione classico. I portali di istruzione online, come Coursera e edx, propongono lezioni gratuite. Con un accesso a internet chiunque può apprendere e realizzare progetti a casa. Uno spostamento culturale verso i valori del movimento maker probabilmente, alla fine, porterà una grande trasformazione nel nostro sistema educativo. L impatto futuro Gli esseri umani sono geneticamente predisposti a essere maker. Il movimento maker è semplicemente il risultato della creazione di potenti strumenti di costruzione e comunicazione accessibili alle masse. È una subcultura popolare, che permette alle innovazioni ingegneristiche di raggiungere una scala globale. Democratizzando il processo di sviluppo dei prodotti, aiutando queste scoperte ad arrivare al mercato e trasformando il modo in cui formiamo la generazione di innovatori futura, inaugureremo la prossima rivoluzione industriale. Il mondo da costruire è nostro. BOOM! L IMPATTO DEL MOVIMENTO MAKER Quando realizzi qualcosa all interno di una community, non solo raggiungerai i tuoi obiettivi, ma li supererai. Ascolta Mark Hatch, CEO di Techshop, mentre commenta la community dei maker di oggi. youtube.com/nationalinstruments Tradizionalmente il sistema educativo ha continuato a sfornare laureati che lavorassero in aziende che inventano nuovi prodotti, successivamente proposti ai consumatori. Oggi sono gli stessi consumatori a guidare il processo innovativo e, per questo motivo, a richiedere formazione, innovazioni e supporto al business in grado di accogliere i propri fabbisogni. I maker sono al centro di questo processo trasformativo. FORMAZIONE BUSINESS Vecchio paradigma INNOVAZIONE CONSUMATORI CONSUMATORI MAKER INNOVAZIONE BUSINESS FORMAZIONE Nuovo paradigma ni.com/trend-watch/i

12 ni.com/trend-watch/i 2015 National Instruments. Tutti i diritti riservati. Big Analog Data, National Instruments, NI ed ni.com sono marchi registrati di National Instruments. Altri prodotti e nomi aziendali citati sono marchi commerciali delle rispettive aziende

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