Fabbriche intelligenti

Indicatori chiave di prestazione vitali per la rete mobile nelle fabbriche connesse wireless

Una fabbrica intelligente è un ambiente critico che deve soddisfare severi requisiti per la connettività e l'affidabilità delle macchine, nonché per la sicurezza dei dati e delle persone, soprattutto se la connettività è fornita da tecnologie wireless.

La ridondanza è un metodo comprovato per aumentare l'affidabilità. Ogni postazione di una fabbrica intelligente deve essere servita da almeno quattro punti di accesso wireless. I test in loco sono l'unico modo per verificare questo accesso, non solo al momento dell'installazione ma anche dopo ogni riconfigurazione dei macchinari o modifica del layout dell'edificio, poiché le modifiche strutturali possono influire sulle condizioni di propagazione delle onde radio.

Per un funzionamento senza problemi, un'accessibilità wireless affidabile e onnipresente è necessaria ma non sufficiente. Un altro requisito sono le prestazioni adeguate misurate non solo in termini di throughput dei dati ottenibile, ma anche, e spesso come aspetto più importante, di latenza, ovvero di tempo necessario ad un segnale per passare attraverso il sistema. Le latenze delle precedenti tecnologie di comunicazione mobile, fino al 4G compreso, non erano sufficientemente brevi per soddisfare i requisiti del controllo in tempo reale. Ciò non vale più per il 5G, che ha latenze di pochi millisecondi.

La latenza si presenta in due forme: andata e ritorno e unidirezionale (fig. 1). I casi di utilizzo della realtà aumentata o virtuale necessitano di una breve latenza di andata e ritorno per aggiornamenti molto rapidi del contenuto dell'immagine quando le persone che indossano gli occhiali AR/VR muovono la testa, al fine di mantenere i dati uniti coerenti con l'immagine dal vivo. Il controllo in tempo reale di una macchina connessa richiede, invece, una bassa latenza unidirezionale. I comandi di controllo, ad esempio un comando di arresto per un robot, devono portare a un'azione immediata.

Le cinque fasi del test della rete

Quando si pianifica una fabbrica nel suo complesso, le reti wireless vengono implementate in fasi basate su un piano di test a cinque fasi. La figura 2 mostra le prime quattro fasi in cui si verifica che la rete soddisfi i requisiti di affidabilità e prestazioni.

Fase 1: preparazione al lancio

In Germania e in altri Paesi, le frequenze 5G sono riservate alle reti dei campus o alle reti private e gli operatori di una fabbrica possono richiedere l'utilizzo di queste frequenze. La configurazione e il funzionamento della rete possono essere organizzati internamente, ma questo compito viene assunto solitamente da fornitori di servizi. Nei Paesi che non dispongono di frequenze dedicate per i campus, la connettività di fabbrica comporta la prenotazione di risorse da parte di un importante operatore di rete, che a sua volta, per soddisfare i requisiti, consolida la propria rete intorno alla fabbrica o installa stazioni base aggiuntive nella fabbrica.

Se la rete utilizza le bande di frequenza del campus, lo spettro necessita di un controllo iniziale per escludere la presenza di interferenze. L'esperienza dimostra che questo non può essere dato per scontato con uno spettro appena assegnato e precedentemente inutilizzato. Le misure necessarie vengono eseguite con scanner di rete R&S®TSMx6, analizzatori di spettro portatili R&S®FPH/R&S®FSH e ricevitori di test portatili R&S®MNT100/R&S®PR200.

Fase 2: test di accettazione del sito

La seconda fase prevede il collaudo e la validazione delle stazioni base appena installate. Questo comprende semplici test funzionali come test di download/upload, misure della latenza di andata e ritorno, analisi dello spettro RF over-the-air (OTA) e decodifica del segnale per verificare i dati PCI, SSB e SIB per i segnali di ancoraggio 5G e LTE.

La decodifica del segnale aiuta anche a risolvere i problemi di parametri specifici in caso di problemi o risultati inaspettati. Il catalogo prodotti Rohde & Schwarz comprende gli strumenti giusti per svolgere questi compiti. QualiPoc Android, un software di misura basato su smartphone, valuta il servizio di rete mobile dal punto di vista dell'utente con test funzionali (DL, UL, ping/TWAMP). L'analizzatore di spettro portatile R&S®Spectrum Rider FPH è ideale per misure dello spettro OTA, mente la soluzione per test in sito R&S®5G fornisce una panoramica completa della situazione della rete mobile, che consente di identificare rapidamente eventuali punti deboli o aree problematiche.

Fase 3: test di copertura e delle prestazioni

Ora arriva il vero test. L'obiettivo è garantire che la rete fornisca le prestazioni richieste in tutta la fabbrica. Gli scanner di rete R&S®TSMx6 misurano l'intero sito della fabbrica per verificare quanti diversi punti di accesso alla rete hanno una buona potenza di ricezione del segnale di riferimento (RSRP) e una buona qualità come rapporto segnale/interferenza e rumore (SINR) in ogni punto. Come già detto, è auspicabile una ridondanza almeno quadrupla. QualiPoc Android può verificare la capacità in tempo reale della connessione combinando il profilo di traffico emulato, la misura della latenza e la qualità della trasmissione in un unico test di interattività (vedi fig. 4 e 5). Il software di ottimizzazione in tempo reale R&S®SmartONE consente la visualizzazione immediata dei risultati di misura e il miglioramento mirato delle aree problematiche.

Fase 4: monitoraggio della qualità del servizio

Le misure di fase 4 sono necessarie nelle fabbriche in cui la rete wireless rappresenta un'infrastruttura critica il cui malfunzionamento comporterebbe grandi perdite di redditività e produttività. Ciò significa che il proprietario della fabbrica necessita di un contratto di manutenzione e assistenza tecnica (SLA) chiaramente definito con l'operatore di rete e della possibilità di verificare costantemente il rispetto dello SLA. I sensori RF personalizzati sono distribuiti in tutta la fabbrica e nei veicoli a guida automatica (AGV) e nei robot mobili autonomi (AMR). Misurano periodicamente la qualità della connessione, compresa la latenza, in ogni postazione e riportano i risultati al centro di monitoraggio (SmartMonitor), dove vengono visualizzati su un cruscotto in tempo reale. Strumenti come SmartAnalytics offrono un'analisi più dettagliata dei dati offline. Il software utilizza l'apprendimento automatico per identificare tendenze e anomalie e segnala tempestivamente eventuali scostamenti dalla norma in modo da poter adottare misure preventive prima che un guasto si verifichi effettivamente.

Fase 5: Verifica della compatibilità prescritta con il mondo esterno

Il completamento della fase 4 segna la fine del processo di configurazione e la rete è operativa. L'ultimo compito è quello di garantire la conformità alle condizioni di licenza per le reti private, che specificano che i segnali di dispersione al di fuori dell'area di copertura prevista devono rimanere al di sotto di limiti definiti. In questo modo si evitano le interferenze con i vicini che utilizzano la stessa banda di frequenza o una banda di frequenza adiacente. Si raccomanda ai proprietari di fabbriche di verificare la conformità utilizzando, a tale scopo, una soluzione di misura a piedi come R&S®Freerider4 o uno scanner di rete montato su un drone.(fig. 3).

Riassunto

Diversi settori industriali dovranno convertire le loro attuali fabbriche in fabbriche intelligenti. Fabbriche che funzionano in modo tradizionale avranno difficoltà a competere con la flessibilità e i vantaggi di costo della nuova generazione di fabbriche. Una caratteristica è la completa connettività delle apparecchiature con comunicazioni wireless a bassa latenza (5G). Il supporto giusto in termini di strumenti di collaudo e misura semplifica l'installazione e la gestione di queste reti. Il portafoglio di prodotti di Rohde & Schwarz offre agli operatori di rete e ai proprietari di fabbriche tutto ciò di cui hanno bisogno.