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SETTEMBRE 2019 73
LA COPERTINA SPECIALE di EMBEDDED Applicazioni industriali, SECO festeggia 40 anni cosa può fare il machine di crescita ed evoluzione learning elettronica
EMBEDDED 73 | SETTEMBRE ’19 | SOMMARIO
6 SI PARLA DI … www.elettronica-plus.it 7 EDITORIALE SETTEMBRE 2019 73
LA COPERTINA SPECIALE di EMBEDDED Applicazioni industriali, 8 LA COPERTINA DI EMBEDDED SECO festeggia 40 anni cosa può fare il machine di crescita ed evoluzione learning elettronica 8 SECO festeggia 40 anni di crescita ed evoluzione elettronica – Giorgio Fusari
IN TEMPO REALE
12 Flash sicure per la memorizzazione esterna di dati e codice – Emanuele Dal Lago
13 Reference kit per Cyclone 10 LP di Intel – Alessandro Nobile
14 Microcontrollori a 32 bit per applicazioni IoT e dispositivi edge – Emauele Dal Lago
15 Sistema di bordo senza ventole Mobile360 M820 – Alessandro Nobile
16 Sensori, power management e bus di comunicazione come driver Dai primi PC industriali, alla piattafor- dei megatrend globali – Stefan Steyerl ma IoT Edgehog, che verrà lanciata sul mercato a fine anno, con funzionalità 22 Sistemi embedded e IoT: la sicurezza è la maggior criticità – Giorgio Fusari d’intelligenza artificiale e algoritmi di machine learning specializzati per sin- 26 Industria 4.0: un esempio di applicazione – Alessandro Nobile goli casi d’uso industriali: Daniele Con- ti, presidente e AD di SECO, ripercor- 28 Con la realtà mista non cambia solo la percezione – Christian Ries re con Embedded le tappe chiave di evoluzione e innovazione della società di Arezzo. SPECIALE Seco SpA 34 Applicazioni industriali, cosa può fare il machine learning – Giorgio Fusari Via Achille Grandi, 20 52100 Arezzo Tel. 0575 26979 HARDWARE Fax 0575 350210 www.seco.com 38 Manutenzione predittiva: come implementarla in maniera efficace – Stephan Menze [email protected] 42 Sistemi embedded, sviluppo più rapido con starter kit e tool di prototipazione – Giorgio Fusari
45 L’IoT industriale inizia dai sensori – Cliff Ortmeyer
48 Soluzioni di alloggiamento per computer industriali – Stephan Leng
SOFTWARE
52 Come utilizzare l’emulazione hardware per verificare i progetti di AI – Jean-Marie Brunet 55 Embedded Linux e sistemi real-time proprietari: confronto dei cicli di sviluppo – Marcus Nissemark 58 FreeRTOS: come visualizzare i tempi di risposta di un sistema operativo real-time – Dr. Johan Kraft
PRODOTTI
63 Prodotti Embedded
5 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 www.elettronica-plus.it www.tech-plus.it EMBEDEDD www.fieramilanomedia.it 73
Redazione Carlo Antonelli Direttore Responsabile INSERZIONISTI SOCIETÀ PAG. Filippo Fossati Coordinamento Editoriale [email protected] - tel: 02 49976506 ANALOG DEVICES ...... III COPERTINA Segreteria di Redazione - eo@fieramilanomedia.it CONGATEC ...... 13 CONTRADATA ...... 21 DIGI-KEY ELECTRONICS ...... II COPERTINA EUROTECH ...... IV COPERTINA KEVIN SCHURTER...... 25 Collaboratori: Jean-Marie Brunet, Emanuele Dal Lago, Giorgio Fusari, MACK BROOKS ESHIBITION ...... 37 MICROCHIP TECHNOLOGY...... 4 Johan Kraft, Stephan Leng, Stephan Menze, Marcus Nissemark, Alessandro Nobile, MOUSER ELECTRONICS ...... 43 MOXA ...... 3 Cliff Ortmeyer, Christian Ries, Stefan Steyerl SECO ...... I COPERTINA WIBU SYSTEMS ...... 53
Pubblicità Giuseppe De Gasperis Sales Manager [email protected] SI PARLA DI... tel: 02 49976527 - fax: 02 49976570-1 ADLINK TECHNOLOGY ...... 66 ADVANTECH...... 26 Nadia Zappa Ufficio Traffico ALIBABA ...... 34 [email protected] - tel: 02 49976534 AMAZON WEB SERVICES ...... 34-42 ANALOG DEVICES ...... 16 ARM ...... 38-58 International Sales ARROW ELECTRONICS ...... 13-65 U.K. – SCANDINAVIA – NETHERLAND – BELGIUM BOEING ...... 34 CAPGEMINI ...... 34 Huson European Media CINCOZE ...... 63 Tel +44 1932 564999 - Fax +44 1932 564998 CONTRADATA ...... 63 Website: www.husonmedia.com CUI ...... 65 SWITZERLAND - IFF Media DASSAULT SYSTEMES ITALIA ...... 28 Tel +41 52 6330884 - Fax +41 52 6330899 DELL TECHNOLOGIES ...... 34 Website: www.iff-media.com ECLIPSE FOUNDATION ...... 22 USA - Huson International Media FARNELL ...... 45 Tel +1 408 8796666 - Fax +1 408 8796669 FLEX POWER MODULES ...... 65 FRAUNHOFER INSTITUTE ...... 48 Website: www.husonmedia.com GE DIGITAL ...... 34 TAIWAN - Worldwide Service co. Ltd GREEN HILLS SOFTWARE ...... 55 Tel +886 4 23251784 - Fax +886 4 23252967 HEITEC ...... 48 Website: www.acw.com.tw HEWLETT PACKARD ENTERPRISE ...... 34 INFINEON TECHNOLOGIES ...... 38-42 INTEL ...... 34-38-63 KOE-KOOHSIUNG OPTO ELECTRONICS ...... 63-66 Grafica e fotolito Emmegi Group – Milano KONTRON ...... 63-64 LEMO ITALIA ...... 64 LINEAR TECHNOLOGY ...... 16 MCKINSEY & COMPANY ...... 34 Aderente a: MENTOR GRAPHICS ...... 52 MICROSOFT ...... 34 NORDIC SEMICONDUCTOR ...... 38 PERCEPIO ...... 58 Proprietario ed Editore PICKERING ELECTRONICS ...... 66 Fiera Milano Media RENESAS ELECTRONICS ...... 14-42 Enio Gualandris Á Presidente RUTRONIK ...... 38 Carlo Antonelli Á Amministratore Delegato SCHNEIDER ELECTRIC ...... 45 Sede legale Á Piazzale Carlo Magno, 1 - 20149 - Milano SECO ...... 8 Sede operativa ed amministrativa SICK ITALIA ...... 34 SS. del Sempione, 28 - 20017 Rho (MI) SIEMENS ...... 34 tel. +39 02 4997.1 fax +39 02 49976573 - www.tech-plus.it STMICROELECTRONICS ...... 38-42 TEXAS INSTRUMENTS ...... 42 VIA TECHNOLOGIES ...... 15 Fiera Milano Media è iscritta al Registro Operatori della Comunicazione n° 11125 del 25/07/2003. WIBU SYSTEMS ...... 64 WINBOND ELECTRONICS ...... 12 Tutti i diritti di riproduzione degli articoli pubblicati sono riservati. Manoscritti, disegni e fotografie non si restituiscono.
6 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 EDITORIALE
Sbc e intelligenza artificiale: uno sguardo al futuro
Negli ultimi due decenni i computer su scheda singola hanno subito una profonda trasformazione: da semplici Cpu a 8 bit con limitate risorse di memoria si sono trasformati in sistemi quad core che abbinano elevate prestazioni di elaborazione a dimensioni estremamente contenute. Adesso, con la sempre più massiccia diffusione del concetto di edge computing, quale ruolo può rivestire un SBC? Un ruolo decisamente importante in quanto la tendenza è spostare l’intelligenza artificiale all’esterno dei data center e rendere gli SBC ‘AI-friendly’. L’intelligenza artificiale, è un dato incontrovertibile, è sempre più pervasiva, anche se la sua integrazione in un dispositivo può risultare un compito abbastanza arduo. Il metodo classico per implementare l’intel- ligenza artificiale è quello che prevede il ricorso al cloud. Un approccio di questo tipo non è scevro da problemi, tra cui privacy, latenza e accesso a Internet. Una soluzione è senza dubbio rappresentata dal concetto di edge computing, in quanto permette di ridurre i problemi legati alla privacy, così come la ‘dipendenza’ da Internet, mentre consente di eseguire algoritmi di intelligenza artificiale su un dispositivo indipendente da un data center. In sintesi, l’edge com- puting sposta l’esecuzione degli algoritmi di intelligenza artificiale da un data center a un dispositivo. Sembra tutto perfetto, ma sorge un problema. Le reti neurali alla base degli algoritmi di intelligenza artificiale risultano solitamente molto complesse e la loro esecuzione su un microcontrollore come ad esempio Arduino può risultare incredibilmente lenta. Fortunatamente sono iniziati ad apparire sul mercato co-processori in grado di far girare in maniera efficiente algoritmi di intelligenza artificiale. Ovviamente, trattandosi di co-processori, il processore principale può occuparsi dell’esecuzione di altri task. Sul mercato sono sempre più numerosi gli SBC in grado di implementare il concetto di edge computing, tra cui ad esempio Jetson Nano di Nvidia in grado di far girare più reti neurali simultaneamente e particolarmente indicato per applicazioni di rilevamento degli oggetti e riconoscimento del parlato e Compute Stick di Intel, il più piccolo SBC al momento disponibile in grado di trasformare un display Hdmi in un computer. In definitiva, l’integrazione in un progetto di sistemi embedded di un Sbc con co-processore in grado di gestire algoritmi di intelligenza artificiale può comportare un gran numero di vantaggi.
Filippo Fossati filippo.fossati@fieramilanomedia.it
7 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 LA COPERTINA DI EMBEDDED SECO
SECO festeggia 40 anni di crescita ed evoluzione elettronica
Dai primi PC industriali, alla piattaforma IoT Edgehog, che verrà lanciata sul mercato a fine anno, con funzionalità d’intelligenza artificiale e algoritmi di machine learning specializzati per singoli casi d’uso industriali: Daniele Conti, presidente e AD di SECO, ripercorre con Embedded le tappe chiave di evoluzione e innovazione della società di Arezzo
Giorgio Fusari
Storia di SECO, i punti di svolta Negli anni Ottanta, dopo svariate attività, spe- 1979-2019: quarant’anni non sono pochi, rimentazioni, e la progressiva affermazione nel- soprattutto se si pensa alla la fornitura di sistemi elettronici progressiva accelerazione dei per alcuni settori di mercato ver- progressi tecnologici in elettro- ticali, la società arriva a un pun- nica e informatica. Questi sono to di svolta, con la realizzazione anche gli anni che racchiudono, del suo primo personal computer. À - “Stiamo parlando della metà degli zione di SECO. La società tosca- anni Ottanta - esordisce Conti -. A na fondata, proprio nel 1979, ad differenza di molti, che si compra- Arezzo, da Daniele Conti, oggi vano la scheda madre negli Stati attuale presidente e ammini- Uniti o in Taiwan, noi ce la siamo stratore delegato dell’azienda, costruita, ed è stata un’esperien- e dall’amico Luciano Secciani, za che ha segnato la nostra cono- oggi amministratore delegato. scenza tecnologica, portandola a È Daniele Conti a raccontare, un livello importante. Dopodiché in un’intervista a Embedded, abbiamo trasferito queste nostre come la loro passione per l’elet- Daniele Conti, presidente e competenze nel mondo industria- tronica, la costante dedizione, e amministratore delegato di SECO le, realizzando il primo PC indu- la continua capacità di trasfor- striale basato su formato singolo mazione del business, abbiano permesso di man- Eurocard”. Negli anni a venire SECO si dedica tenere sul mercato, e far crescere, un’impresa che allo sviluppo di computer industriali, dotati di di- oggi si posiziona nel mondo dei computer embed- splay e interfaccia touch, per applicazioni in dif- À ferenti settori: tra questi le attrezzature biome- alto livello tecnologico e di respiro internazionale. dicali; gli strumenti per il mantenimento e lo svi- 8 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SECO
À À i sistemi visuali computerizzati, adottati nel settore dei trasporti per fornire informazioni ai viag- giatori. “Il 2008 demarca per noi un altro passaggio chiave, con la À del form factor Qseven, un ‘com- puter-on-module’ ormai divenuto de facto uno standard per tutto il mercato mondiale. Sempre ri- percorrendo la nostra storia, un anno importante per SECO è anche il 2013, quando, assieme ad AiDiLab, lanciamo sul merca- to le schede SBC UDOO, ideate per i maker”. Gli artigiani digi- La sede centrale di SECO, ad Arezzo tali sono gli amanti del fai-da-te, gli appassionati di elettronica in fase di appren- À dimento delle conoscenze: ma, fa notare Conti, livello, indirizzate ad accrescere la capacità di pe- tra queste persone vi sono coloro che, negli anni netrazione nel mercato americano”. successivi, entreranno nell’industria elettronica. Tra i fatti più recenti, va anche segnalato, nel Il progetto open source UDOO nasce, appunto, 2018, l’investimento di dieci milioni di euro che dalla collaborazione tra SECO e AiDiLab, una il fondo FII Tech Growth, promosso da Cassa De- startup dell’Università di Siena, oggi diventata parte integrante del gruppo di Arezzo. Nel 2013, d’Investimento SGR, ha fatto su SECO. Obiettivo il progetto UDOO, creato con l’obiettivo di por- rafforzare la capacità dell’azienda di sviluppare tare aria fresca e innovazione nel mondo indu- il proprio mercato, non solo a livello nazionale, striale, soprattutto in ambiti come il paradigma ma anche internazionale. “Scopo di tale investi- tecnologico Industria 4.0 e la Internet of Things mento è far crescere SECO nel settore hi-tech, e il fondo ha individuato in noi un’azienda che poteva di crowdfunding Kickstarter, ri- scuotendo rapidamente successo, e generando nel tempo una gran- de comunità di sviluppatori a li- vello mondiale.
Espansione internazionale SECO mantiene tuttora la pro- pria attività produttiva in Italia: tuttavia, nel quadro di espan- sione commerciale a livello in- ternazionale, in paesi come In- dia, Taiwan, Germania, spicca l’apertura, circa otto anni fa, di À - ston. “Qui - chiarisce Conti - c’è stata un’evoluzione importante, perché negli ultimi mesi abbia- mo deciso di potenziare la forza I componenti di Edgehog, la piattaforma industrial IoT di SECO 9 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 LA COPERTINA DI EMBEDDED SECO
portare risultati in tempi relativamente rapidi. insieme il cammino d’innovazione tecnologica. Da parte nostra, avevamo bisogno d’investire per Contemporaneamente, Fannal è divenuta anche crescere velocemente, e il fondo ci è servito, sia un nostro punto di riferimento in Cina, mercato per favorire la crescita nel mercato interno, at- in cui abbiamo intenzione di allargare la nostra traverso lo sviluppo di tecnologie e investimenti presenza. Tornando all’integrazione di sistemi, À oggi essa è fondamentale, ad esempio in compar- fare acquisizioni e, come dicevo prima, approccia- ti di mercato come le ‘vending machine’, ossia le re in modo più aggressivo i mercati internaziona- macchine di distribuzione del caffé, sempre più li”. In questo quadro d’investimenti s’inserisce in dotate di differenti tipologie di display touch, e effetti anche l’acquisizione, completata a giugno per le quali in Italia rappresentiamo un fornitore di quest’anno, di Fannal Electronics, azienda ci- tecnologico di primo piano, con clienti come Evo- nese specializzata nelle tecnologie d’interazione z à - Sul territorio italiano la presenza di SECO è raf- duzione di touchscreen di alta qualità, che costi- forzata anche attraverso la fondazione, sempre tuiscono un componente fondamentale per otte- ad Arezzo, della nuova sede, già operativa: sede À zz v Á v - rica nella produzione delle schede e nelle opera- Sempre più verso l’integrazione di sistemi zioni logistiche, ma soprattutto a sviluppare le Che valore porta a SECO l’acquisizione di Fan- attività di system integration. “Tenga presente nal? “Negli ultimi anni, un passo evolutivo im- che, dal 2018, abbiamo assunto oltre 60 persone, portante dell’azienda è stato diventare anche un la maggior parte delle quali sono entrate a far system integrator: i clienti cominciavano a chie- parte della nuova struttura, dedicata alla system dere soluzioni che non fossero più, banalmente, integration. Del resto, l’integrazione di sistemi la singola scheda embedded. Cercavano prodotti è un’area in cui stiamo crescendo molto: stiamo dotati di un display, di un touchscreen, di una davvero ricevendo moltissime richieste, e sva- componente meccanica, di strutture di conteni- riati clienti stanno rivolgendosi a noi proprio in mento: in altre parole, soluzioni integrate. E, ov- virtù di questa nuova specializzazione, perché ciò viamente, per rispondere a tali esigenze, aveva- permette loro di riferirsi a un unico interlocuto- À re in questo ambito, e di concentrarsi sul proprio avere conosciuto Fannal, abbiamo cominciato a core business”. La strategia è quindi continuare lavorare con questa azienda. In due anni di col- a sviluppare sistemi integrati personalizzati, per z v À v soddisfare esigenze degli utenti aziendali sempre di qualità, ottenendo risultati molto positivi. A ù v À quel punto, le abbiamo proposto se fosse interes- sata a far parte del gruppo SECO, per proseguire IoT: la piattaforma Edgehog pronta Se l’integrazione di sistemi è un ambito in forte crescita, il mondo IoT, o meglio la industrial IoT T  A D L - cializzata nel settore IoT e impegnata ad affron- tare con forte determinazione questo mercato, stiamo creando un pacchetto completo di soluzio- ni integrate, hardware e software, per rispondere alle esigenze degli utenti nell’ambito della IoT Á z À e del machine learning”. La piattaforma integrata di hardware e softwa- re, spiega Conti, è molto evoluta e si chiama Ed- Il primo PC industriale in formato singolo Eurocard, gehog. “Siamo vicini al lancio della piattaforma, lanciato sul mercato da SECO nel 1985 vv À Á E - 10 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SECO LA COPERTINA DI EMBEDDED
irà la base attorno a cui andremo a creare so- La prima scheda della famiglia UDOO, ideata z T v À- per il segmento di mercato dei ‘makers’, e lanciata su Kickstarter nel 2013 che esigenze dei clienti. Ancora una volta, poter ottenere, anche nel settore IoT, un pacchetto completo di hardware Algoritmi di machine e software rappresenta learning specializzati un vantaggio importan- Quando si chiede cosa pos- te per gli utenti azienda- sa differenziare in particolare li, che spesso non possiedono la piattaforma IoT Edgehog da al- competenze in entrambi gli ambiti e tre soluzioni IoT e di edge computing, zz À z ad esempio disponibili sul mercato attra- integrata”. In termini d’integrabilità con le nu- verso i principali cloud provider, Conti spie- vole pubbliche, Edgehog è una piattaforma IIoT ga: “In genere, tali soluzioni, tendono ad essere À Á  v ‘general purpose’ e non rendono, propriamente, tipologie di servizi cloud, perché in grado di con- banale realizzare la connessione con gli ambienti nettersi a qualunque nuvola, indipendentemente industriali. A livello di dispositivi, la nostra piat- dalla tipologia di cloud provider selezionato. taforma IoT fornisce ampia scelta, integrandosi con la gamma di schede embedded basate su ar- Interoperabilità a 360 gradi x86 AR  è v - per le applicazioni IIoT ritmi specializzati per singoli casi d’uso e differen- Uno dei punti di forza della piattaforma IIoT di A q À v SECO, spiega Conti, è la sua interoperabilità con esperti che lavorano nel team AiDiLab, tramite le le tecnologie, i dispositivi PLC, e i sistemi indu- competenze interne, stanno sviluppando con im- striali preesistenti negli ambienti di fabbrica e di pegno sia la piattaforma, sia tutta la componente produzione delle diverse organizzazioni; nonché w  z À - la sua capacità di comunicazione con le macchi- chine learning. Dunque, questo gruppo di lavoro ne e i dispositivi installati negli ambienti ester- sta creando forti specializzazioni, in un campo ni. A questo proposito, Conti ricorda l’accordo di in cui, com’è noto, non è facile reperire le compe- collaborazione recentemente siglato da SECO z À à V T x À z Edgehog, oltre ad essere installabile in ambienti propria piattaforma per l’industrial IoT: in so- Linux o Windows, è anche in grado di sfruttare stanza, la piattaforma ‘all-in-one’ di SECO è in tecnologie software di ultima generazione, come i grado d’integrarsi con le soluzioni di connettivi- container e i microservizi, per aumentare la por- tà gestita dei dispositivi IoT che fanno leva sul Á  z - v z G S T - le infrastrutture IT delle imprese utenti. Come nexion. Quest’ultimo ha lo scopo di assicurare SECO immagina il futuro digitale? “Abbiamo fat- l’accesso a molte e differenti reti radiomobili, a to un grande investimento nel settore Internet of livello globale, per arrivare a fornire connettivi- T z À z À  - conclude Conti - perché crediamo che, nel breve, comprese, ad esempio, le necessità di comunica- medio periodo, l’utilizzo di tutte queste tecnologie zione delle vending machine distribuite sul terri- À - torio. Tali soluzioni di connettività vanno quindi : A L v a completare l’offerta di hardware industriale non solo nello sviluppo e nell’ottimizzazione dei w y v processi industriali, ma anche nella gestione qua- w A L SE O litativa dei prodotti lanciati sul mercato”. consente di abilitare nelle differenti applicazioni IIoT servizi evoluti, come l’analisi dei big data, la SECO manutenzione predittiva, o la gestione in remoto www.seco.com degli asset e dei consumi energetici. 11 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | NOVITÀ/TECNOLOGIE
Flash sicure per la memorizzazione esterna di dati e codice Emanuele Dal Lago Winbond Electronics ha di recente proposto una soluzione per risolvere le problematiche di memorizzazione che devono affrontare i progetti- sti di applicazioni critiche dal punto di vista della sicurezza utilizzate in nodi IoT, autovetture, di- spositivi mobili e altri tipi di prodotti connessi. L Á S F W75 W77 T E W - morizzazione del codice e dei dati caratterizzata da un livello di sicurezza confrontabile con quello Á zz S Sy v L W76 S E zz U - bili, autenticazione biometrica e altre applicazio- Le flash sicure W75 e W77 di Winbond Electronics proteggono i dati dei dispositivi IoT e connessi da una ni critiche dal punto di vista della sicurezza. La vasta gamma di attacchi condotti da hacker e da altri Á W75F è v - tipi di minacce alla sicurezza mentre l’elemento sicuro W76 mette a disposizione una soluzione certificata per Á À eUICC, pagamenti mobili e numerose altre applicazioni v EAL5+ E è critiche dal punto di vista della sicurezza À D E T - G  À z v  PSA P S A - AR Q Á ò zz z X P Ex P v zz  v T U - S w S y zz z A À A v L Á W77F/W77 À z v EAL2 è z 4 B resistente ai tentativi di manomissione. Grazie al supporto della cifratura della memoria e della connes- S  v zz  - z U S Q v À v z v T zz v D z Ã Â Ä q v k w Á Á - v O SSL TLS Á À  z k v T
Un elemento sicuro L W76S 4 B Á A S S 000 v EAL5+ À E V NFR W76S è  z z - vv S B z  z W76S  U z S W J v w v OS U A z S è v W - v W75 W z ù S z À v v v v y k 12 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 NOVITÀ/TECNOLOGIE | IN TEMPO REALE
À h . E b W75 W77 h . M ù 1x - Á h b 40 . q b à Á h b ù - h q O ROM . W75 W77 4 M h  à - - b q Á h b . Reference kit per Cyclone 10 LP di Intel Alessandro Nobile
Arrow Electronics h k à b GA y 10 L b b . k y 10 L k - b q À À . k h GA y 10 L 55kLE h
13 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | NOVITÀ/TECNOLOGIE
Il reference kit Cyclone 10 LP sviluppato da Arrow con Trenz Electronic accelera lo sviluppo e riduce il time to market
applicazioni in campo industriale, automotive, sistemi di visione, LÁFPGA - D D E À z z FPGA L è P Y 10/100 E v E A w S A G zz E - ù PROF NET RT RT E N / P E AT È T P T zz Á - S w Á - tegrazione fra i protocolli supportati e il relativo dialogo. L’immagazzinamento dei dati, come il loro À Á v y RA 64 B SDRA 256 B F 64 B P v - P OD A È Á y VGA AD /DA /GP O x Á /O P z ÁFPGA ÁUSB P 2 A w è zz w z Q P U UART USB À z Á z P R K A w y 10 LP v À Á À : è v zz z Microcontrollori a 32 bit per applicazioni IoT e dispositivi edge Emanuale Dal Lago
Renesas Electronics ha annunciato l’introduzione dei nuovi microcontrollori U RX651 32 k 64 BGA k LQFP 64 pin che permettono di ridurre gli ingombri 59% 49% k LGA 100 QFP 100 v I nuovi microcontrollori sono destinati ad applicazioni che richiedono elevate doti di sicurezza a livello di comunicazione e di elaborazione endpoint quali sensori com- patti e moduli di comunicazione utilizzati in ambito industriale, del controllo delle Á z À smart metering che devono operare a li- I nuovi microcontrollori a 64 pin RX651 di Renesas mettono v T a disposizione dei progettisti un footprint ridotto, alte prestazioni e caratteristiche per la gestione della sicurezza dei v RX651 dati che sono necessarie per salvaguardare le loro applicazioni v w connesse dagli attacchi informatici 14 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 NOVITÀ/TECNOLOGIE | IN TEMPO REALE
[ ] LA H [ Á h ] À w - . L h h h À w [ - h - air (OTA)]. L À b à - M RX651 64 . RX651 b h b À - w À h . Sistema di bordo senza ventole Mobile360 M820 Alessandro Nobile
VIA Technologies h V A M b 360 M820 b - tole, ultracompatto, progettato per aggiornare le Á di assistenza alla guida e di sicurezza. À V A M b 360 M820 - w h A A A A V w V M M k A A y M Obj - Il sistema di bordo senza ventole VIA Mobile360 MO . L M820 accelera l’integrazione dei sistemi di sicurezza ADAS, Surround View e Driver Monitoring per i w À h segmenti della flotta commerciale le operazioni di trasporto e consegna, trasporto bb . V A M b 360 M820 è è b b b . A À b M820 è - b b -20 ° 70 ° . L 9-36 V A / GN. V A M b 360 M820 240 x 53 x 180 AKRA 3.0 M 2.0 O OM H M 2.0 AN b . L à w 4G L E è M h M W - 802.11 h 4.1 G / GN G b E h . V A M b 360 M820 è b b - . L V A M b 360 b V A M b 360 M820 OV-40 OV-180 AKRA y h h - 4G. 15 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | AUTOMOTIVE
Sensori, power management e bus di comunicazione come driver dei megatrend globali
Gran parte delle innovazioni che al giorno d’oggi troviamo a bordo di un veicolo si possono attribuire all’uso di elettronica moderna, compresi i semiconduttori. Gli esperti del settore ritengono che, in un prossimo futuro, i componenti elettronici saranno responsabili di oltre il 90% delle innovazioni presenti in una vettura e che questi, con ogni probabilità, continueranno a far crescere con decisione il mercato dei semiconduttori per automotive
Stefan Steyerl l’ambiente tramite un’infrastruttura, in altre pa- Direttore Vendite, Mobility and Transportation, role la connettività. Analog Devices, Inc. Per permettere ai produttori di automobili e rispet- tivi fornitori di implementare sui veicoli le ultime innovazioni seguendo i megatrend globali, e per ren- dere questi veicoli sempre più sicuri ed economici in termini di consumi, a bordo di ogni vettura sarà ne- L’ À cessario utilizzare un numero sempre più elevato di di crescita dell’elettronica automotive nei mega- componenti a semiconduttore. Mentre l’attuale va- trend della guida autonoma, ovvero nei veicoli a lore dei semiconduttori si aggira, in media, sui 250 Á À z w - dollari a veicolo, la quota destinata al silicio per le train e nella creazione di una rete tra veicoli e con vetture di nuova generazione dovrebbe invece arri- v À 2 000 per veicolo. Per le sole funzioni di guida auto- ma, a seconda del livello (da 1 a 5), sarà necessa- v À 1 000 dollari per i semicon- duttori. Come produttore di ef- À v v - luzioni a semicondut- tore, che creano nuove possibilità per sviluppi À v applicative, Analog Devices (ADI) sta tra- À q - sto continuo aumento 16 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 AUTOMOTIVE | IN TEMPO REALE
nell’utilizzo dei semiconduttori sui veicoli. Come ri- Drive360, con sensori radar altamente integrati sultato, nel 2018 i ritorni economici dell’azienda in in un chip prodotto con la conveniente tecnologia campo automotive hanno raggiunto quasi 1 miliardo CMOS RF da 28 nm. I sensori dispongono di tre ca- di dollari, ovvero il 16% dei ricavi complessivi. La nali di trasmissione e quattro di ricezione e offrono regione dell’EMEA è quella in cui ADI ha registrato prestazioni RF più elevate, per riconoscere tempe- À v stivamente anche gli oggetti più piccoli a lunga di- stanza. Questo fa sì che il sistema abbia più tempo Guida autonoma a disposizione per eseguire interventi sul veicolo o Uno dei megatrend che stanno realmente rivolu- generare avvisi. zionando l’industria automotive è rappresenta- Sulla base dei sensori radar possono essere svilup- to dalla guida autonoma, il cui scopo primario è z À quello di consentire al veicolo di riconoscere l’am- distanza, come nel caso dei sistemi avanzati di guida biente che lo circonda, in modo da evitare inciden- assistita (per esempio, il controllo di velocità adatti- zz Á À v vo o, in breve, ACC); per media distanza come per la più facile ai guidatori. frenata assistita di emergenza, sistemi anticollisio- Per far sì che un veicolo a guida autonoma sia ne, assistenti per il cambio di corsia e monitoraggio in grado di rilevare l’ambiente che lo circonda in dell’angolo cieco; e assistenti di parcheggio a breve À v distanza. radar, lidar (light detection and ranging) e tecno- Nella primavera del 2018, attraverso l’acquisizione logie basate su telecamere. Tuttavia ognuna di di Symeo, azienda con sede a Monaco di Baviera, queste tre possibili risorse presenta degli svantag- ADI ha acquisito ulteriori conoscenze per la realiz- gi in diverse condizioni meteorologiche e di visibi- zazione di sistemi a sensori radar per il mercato au- lità. Per citare un esempio, nel caso di un sistema v w À Á - Per poter offrire soluzioni innovative nel settore del À À z lidar e rafforzare, per il futuro, la propria posizione forti effetti di controluce. in quello della sicurezza dei sistemi automotive, ADI Al contrario, in queste situazioni i sensori radar fun- ha fatto propria anche la tecnologia laser, attraverso zionano in modo completamente indipendente dalla l’acquisizione di Vescent Photonics, grazie alla quale luce, ma possono dare problemi, ad esempio, in caso renderà la tecnologia lidar più compatta e robusta di nebbia. Nei veicoli quali la nuova Audi A8, con ma, soprattutto, meno costosa. capacità di guida autonoma di livello 3, per coprire tutte le possibili eventualità è necessario utilizzare Sicurezza dei dati l’insieme di queste tre tecnologie. Con l’incremento della complessità del veicolo, au- ADI affronta gli aspetti del rilevamento radar nel menta anche il rischio di attacchi esterni. Gli hacker contesto della sua strategia per la guida autonoma potrebbero accedere ai dati, trasferirli, elaborarli, di- 17 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | AUTOMOTIVE
struggerli o manipolarli: per questo, per ADI, il tema Analog Devices e B-Secur stanno anche lavorando della sicurezza dei dati gioca un ruolo chiave. sullo sviluppo di tecnologie di autenticazione biome- Per affrontare in modo ottimale questo aspetto, da trica destinate all’industria automotive. Le soluzioni circa due anni ADI ha acquisito la divisione spe- individuate uniscono la tecnologia di elaborazione di cializzata in soluzioni di Cyber Security di Sypris AD w E G - Electronics L w w - trici di B-Secur, permettendo l’autenticazione certa sociate sono a loro volta in via di implementazione in di guidatori e passeggeri. Con l’aiuto delle tecnologie prodotti destinati al settore automotive. di autenticazione si possono implementare funzioni quali l’accesso al veicolo o la personalizzazione dei Monitoraggio dei segni vitali sistemi di infotainment. Un altro importante aspetto di sicurezza, per scon- giurare incidenti e salvare vite durante la guida, Sensori MEMS IMU (Inertial Measurement Unit) consiste nel monitoraggio dei segni vitali. In stretta Analog Devices è stata la prima azienda a sviluppa- cooperazione con B-Secur, ADI ha sviluppato una re accelerometri in tecnologia MEMS per sensori ad soluzione nella quale i sensori incorporati nel volan- alto G e a far adottare questo tipo di sensore in nu- te registrano di continuo i segni vitali del guidatore merosi sistemi di gestione per airbag. Attualmente – per esempio, frequenza cardiaca o livello di ossi- ADI sta concentrando i propri investimenti in questo genazione del sangue – e ne controllano lo stato di campo su encoder rotanti di alta precisione e sensori salute. Attraverso questo sistema, giramenti di testa inerziali che utilizzano la tecnologia MEMS. Questi o potenziali attacchi cardiaci possono essere rilevati sensori sono caratterizzati da una deriva molto bas- À À é v - sa e lavorano in cooperazione col sistema di geo-loca- traprendere le misure appropriate attraverso il si- lizzazione del veicolo. Nei veicoli a guida autonoma, stema avanzato di assistenza alla guida (ADAS). In questi sensori vengono utilizzati nelle versioni con il caso di problemi seri, l’ADAS potrebbe, ad esempio, livello di precisione più elevato, proprio per ottenere ridurre la velocità del veicolo o eseguire un’operazio- z À z ne di frenata automatica di emergenza. Con l’ausilio del monitoraggio dei segni vitali, la sicurezza di chi Soluzioni complete guida e di tutti coloro che viaggiano può essere mi- per il power management gliorata in modo sostanziale. Per il secondo dei megatrend citati in precedenza – Â À z w - Á Â À z - tica del sistema del veicolo e il risparmio di energia elet- trica che si può ottenere giocano un ruolo fondamen- tale. La gestione ottimale dell’alimentazione può au- À v - te il risparmio energetico, estendendo l’autonomia di tutti i veicoli elettrici. I w - ment è decisamente sentito in ADI e viene affrontato, tra l’altro, con soluzioni per la combinazione dei sistemi energetici a bordo. Alcu- ni esempi, presi dal vasto portafoglio prodotti di ADI, sono rappresentati dai con- 18 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 AUTOMOTIVE | IN TEMPO REALE
trollori buck-boost bidirezionali LT8708/LT8708-1 che superiori nella precisione di misura. Quest’ulti- v À z 98% ma viene raggiunta attraverso l’impiego di una fonte sono destinati all’impiego in sistemi di alimentazio- di tensione di riferimento costituita da un diodo Ze- ne ridondanti 12 V/12 V a bordo di veicoli a guida au- À q v - tonoma e l’LTC3871, mediante il quale i progettisti sione altrimenti reperibile soltanto in strumenti da sono in grado di realizzare convertitori dinamici ad laboratorio di alta qualità. I prodotti BMS corrispon- À z 48 V 12 V kW denti, da una famiglia di 6, 8, 12, 15 e 18 canali, sono l’impiego in veicoli ibridi di tipo “plug-in”. disponibili e già in uso nei veicoli ibridi e elettrici. Oltre a quanto sopra, per garantire alla batteria un’autonomia prolungata, è necessario usare semi- Infotainment: le tecnologie Automotive Audio Bus 2 2 conduttori con corrente a riposo molto ridotta. Qui (A B) e Car Camera Bus (C B) è dove Analog Devices può guadagnare punti e of- In campo infotainment, ADI si è affermata come for- frire soluzioni per lo sviluppo di sistemi automotive nitore automotive orientato al futuro. che devono essere alimentati con continuità, ovve- Per esempio, in collaborazione con una casa auto- ro anche a veicolo fermo. La famiglia di regolatori mobilistica europea, l’azienda ha iniziato lo svilup- w S Sw po dell’Automotive Audio Bus (A2B) e dimostrato di di 2,5 μA e basso rumore, supera di gran lunga le essere in grado di riconoscere le esigenze del cliente, migliori prestazioni dell’industria. Alcune possibili fornendo le soluzioni necessarie. applicazioni includono sistemi di accesso keyless, si- L’innovativa tecnologia adattata sull’applicazione stemi di sicurezza e d’infotainment, così come GPS A2B permette la trasmissione di audio digitale in per navigazione e localizzazione. q À q - q À 75% Sistemi di Battery Management (BMS) quanto il peso dei collegamenti, con l’impatto che A À é v v Á quest’ultimo può avere nella riduzione dei consumi. una vita utile e duratura, e garantire un lungo per- L’A2B viene già utilizzato da produttori quali Ford corso, i limiti di carica e scarica della batteria de- e, grazie ai suoi vantaggi, continuerà a diffondersi vono essere determinati con precisione attraverso la in futuro. misura assolutamente esatta della tensione di cella. L’automotive audio bus è progettato per applicazio- Con l’acquisizione di Linear Technology, Analog ni audio come quelle che utilizzano diversi microfoni Devices ha esteso il proprio portafoglio prodotti per connessi all’interno del veicolo che, in confronto ai BMS, conosciuti da lungo tempo per le caratteristi- sistemi a collegamento analogico, forniscono qualità 19 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | AUTOMOTIVE
per il sistema di segnalazione acustica per veicoli elettrici EVWSS - tori di automobili la possibilità di adeguarsi alle future norma- tive di sicurezza.
Previsioni Guardando al futuro, ADI vede aprirsi numerose strade e pos- sibilità per ricavare dai sensori molto più di quanto sia avve- nuto in precedenza. La prima che mi viene in mente riguarda l’interfaccia utente (HMI) at- zz B W e altri produttori per risponde- audio superiore a costi sostanzialmente più bassi di re al controllo gestuale. Altre soluzioni, tra cui per quelli associati agli attuali standard a bus digitale. esempio i sistemi di monitoraggio del conducente Tipici componenti A2B v AD2426W (DMS), potrebbero tenere sotto controllo l’abitaco- AD2427W AD2428W v z - lo per ragioni di sicurezza. Un’applicazione attua- À le consiste nell’adattare la direzione di attivazione Per trasferire a basso costo video HD al sistema di dell’airbag alla postura del passeggero per ridurre, infotainment di un veicolo, attraverso cavi a coppie À - intrecciate e connettori non schermati, ADI ha svi- mi DMS hanno già il potenziale per essere adottati luppato la tecnologia Car Camera Bus (C2B). I pri- come standard in un veicolo, e a maggior ragione lo mi componenti C2B ADV7990 avranno in futuro. ADV7991 é v ADV7380 ADV7381 Con la guida autonoma è particolarmente impor- che mettono gli OEM nelle condizioni di convertire tante riconoscere, con l’aiuto di sensori adatti, se chi facilmente sistemi esistenti passando da telecamere guida sia in grado di riprendere il controllo del veico- SD a HD e di raggiungere così la qualità di imma- lo dopo averlo precedentemente lasciato al sistema. gine ad alta risoluzione delle applicazioni video dei Nel futuro, monitorare i segni vitali del guidatore e veicoli odierni. dei passeggeri giocherà un ruolo importante, dato Nello sviluppo dei componenti C2B, ADI ha dedicato v v 3 v 4 v un’attenzione particolare alle tecniche per la ridu- grado di tornare automaticamente in condizioni di zione dell’interferenze elettromagnetiche (EMI) e al sicurezza se chi guida non può riprendere il controllo miglioramento della compatibilità elettromagnetica per motivi di salute. (EMC). I componenti sono utilizzati in veicoli di fa- scia bassa nei quali, ad esempio, le telecamere poste- I trend in breve riori funzionano attraverso un sistema a bus analo- Una molteplicità di sensori con i rispettivi sistemi gico, non digitale. Á z z À- cienza per la gestione dell’alimentazione e sistemi di La generazione del suono del motore bus ben strutturati sono i componenti chiave dei vei- In molti Paesi, i legislatori richiedono che i veicoli coli moderni. Indipendentemente dal fatto che nelle ibridi ed elettrici in lento movimento generino ester- future generazioni di veicoli si desideri implemen- namente il suono del motore, di modo che la loro tare ulteriormente l’interfaccia utente o un sistema z À À v è esempio dai pedoni. A questo proposito, ADI dispo- alla guida, Analog Devices è pronta ad affrontare le ne di una soluzione basata sul processore di segna- À è v z v v ù B kÀ ADSP BF706 v À w adatte. 20 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019
IN TEMPO REALE | CYBERSECURITY
Sistemi embedded e IoT: la sicurezza è la maggior criticità
Gli sviluppatori partecipanti alla IoT Developer Survey 2019, promossa dalla Eclipse Foundation, mettono al primo posto le preoccupazioni legate all’implementazione della security nei diversi dispositivi. Tra le sfide principali da affrontare, anche gli algoritmi di cifratura, da integrare in device contraddistinti da risorse hardware limitate
Giorgio Fusari
L e applicazioni IoT (In- ternet of Things) nei prin- cipali settori industriali stanno sviluppandosi rapi- damente, ma in cima tra le tre preoccupazioni principali degli sviluppatori in questo settore embedded c’è ancora la security: lo confermano i risultati della IoT Developer Survey 2019, condotta tra l’11 febbraio e l’8 marzo di quest’anno dall’Eclipse IoT Working Group, che fa parte della Eclipse Foundation. Una ricerca gestita online, a cui hanno partecipato oltre 1.700 sviluppatori impegnati nell’area IoT. Secondo i dati dello studio, la sicurezza è Gli algoritmi di cifratura dati rappresentano un tecnologia di sicurezza essenziale, indicata come il problema anche nei sistemi embedded (Fonte: Pixabay) principale dal 38% dei ri- spondenti, seguita dalla connettività (21%) e dal- cation security, nota anche attraverso l’acronimo la “data collection & analytics” (19%). I risultati Comsec, riguarda la protezione da tentativi di ac- della survey evidenziano anche quali sono con- zz À - siderate le tre tecnologie di sicurezza più impor- zioni, o a informazioni che vengono trasmesse. La tanti: e, come l’anno scorso, i tre ambiti chiave data encryption, o cifratura dei dati, è un metodo si riconfermano la “communication security”, ci- per trasformare un dato da un formato leggibile tata dal 38% dei rispondenti; la data encryption À v À (38%), e i JSON Web Token (26%). La communi- dall’utente in possesso della chiave di decifratu- 22 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 CYBERSECURITY | IN TEMPO REALE
ra. I JSON Web Token (JWT) rappresentano invece un metodo, basa- to sullo standard aperto RFC-7519, per trasmet- tere in modo sicuro infor- mazioni tra parti come oggetto JSON ((Java- Script Object Notation); informazioni che possono v À v - q À - te digitalmente. Oltre a Comsec, data encryption e JWT, che restano le tre tecnologie di sicurezza La sicurezza si trova al primo posto tra le preoccupazioni degli sviluppatori top, anche la tecnologia (Fonte: Eclipse Foundation) di virtualizzazione, se- gnala l’indagine, sta cominciando a giocare un to in considerazione che i sistemi embedded, in ruolo più forte nelle strategie di IoT security. generale, si caratterizzano per la limitatezza del- le risorse hardware (processore, memoria, batte- Stimare i rischi di violazione e studiare le difese ria) a disposizione, e che queste ultime possono a A differenza dei computer e PC convenzionali, loro volta limitare l’applicabilità di determinate À Á Â tecnologie di sicurezza e protezione del dispositi- versatili e utilizzabili per svariate applicazioni, vo. Per tutti questi motivi, nella progettazione e i sistemi embedded sono computer specializzati nello sviluppo di un sistema embedded è quindi (special-purpose), che devono soddisfare deter- consigliabile effettuare preventivamente un’a- minati requisiti ed eseguire compiti ben precisi nalisi approfondita dei rischi di sicurezza e delle À : tipologie di minacce. Nel decidere quali misure un sistema di controllo in campo automotive, a di protezione vadano applicate, è importante va- un sistema di monitoraggio e controllo nel setto- lutare i rischi degli attacchi informatici su deter- re industriale. Spesso, in passato, la sicurezza di minati sistemi embedded, e l’impatto che posso- questi sistemi embedded non è stata considerata in fase di progettazione, perché, trattandosi in molti casi di applicazioni “stand alone” o non con- nesse in rete, non si rite- neva la security un pro- blema principale. E poi, naturalmente, la security ha un costo: più è elevato il livello di sicurezza che occorre implementare in un sistema embedded, più sale il costo del pro- dotto. Inoltre, a maggior ragione nello scenario Tra le tre tecnologie di security principali c’è la data encryption attuale, va sempre tenu- (Fonte: Eclipse Foundation) 23 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | CYBERSECURITY
la riservatezza e l’integrità delle infor- mazioni memorizzate nei dispositivi, e di quelle trasmesse attraverso la rete, nel À Á prendano ad esempio i dispositivi RFID q y À WSN Á - lare il fatto che tali dispositivi possono disporre di risorse hardware intrinse- camente limitate, in termini di capaci- tà elaborativa, storage, energia. E ciò perché, solitamente, devono rispondere all’esigenza progettuale di contenere Applicare la cifratura dati ai sistemi embedded comporta diversi quanto più possibile le dimensioni, l’in- problemi (Fonte: Pixabay) gombro, il peso, il consumo di energia del device, nella particolare applicazio- no determinare, a livello operativo ed economico, ne in cui viene inserito. sull’applicazione che gestiscono. Crittografia “leggera” Cifratura dei dati e risorse hardware Concentrandosi sul raggiungimento di elevati Nel quadro di continua diffusione delle applica- livelli di sicurezza, le soluzioni di cifratura con- zioni IoT, oggi i sistemi embedded si presentano venzionali, utilizzate in macchine server e PC de- sempre meno come dispositivi e apparecchiature sktop, non considerano le limitazioni dei sistemi stand-alone, e sempre più come device connessi embedded. È il caso, ad esempio, della libreria di in rete: pertanto la security, e in particolare la À O SSL - cybersecurity, diventa un requisito di primissima tuisce un’implementazione open source dei proto- importanza da considerare in fase di progettazio- colli SSL (Secure Sockets Layer) e TLS (Transport ne del prodotto. Premesso che, anche nei disposi- Layer Security), ed è indirizzata ad applicazioni tivi embedded, è sempre più importante adottare mainstream. D’altra parte, l’implementazione principi generali di “security by design” e strate- delle funzionalità di cifratura ha un impatto di- gie di “defense in depth”, ossia tecnologie di pro- retto sulle dimensioni, sul costo, sulla velocità, tezione multilivello, caratterizzate da molteplici sul consumo energetico del sistema embedded. meccanismi di sicurezza in grado di mettere al À v riparo il sistema da differenti vettori d’attacco, asimmetrica è molto esigente in fatto di risorse le tecniche di cifratura dei dati costituiscono un di elaborazione (CPU) e di memoria. Ed è proprio metodo e un baluardo essenziale di sicurezza e per sviluppare sistemi di cifratura dati adeguati a protezione nei progetti degli sviluppatori em- device embedded come gli oggetti smart e i dispo- bedded. E ciò soprattutto allo stato attuale delle sitivi IoT che, negli ultimi anni, ha preso piede un cose, e in contesti dove le violazioni dei sistemi nuovo settore disciplinare di ricerca: quello della embedded, implementati in impianti industriali, cosiddetta “lightweight cryptography” (LWC). infrastrutture critiche, luoghi di pubblica utilità, Quest’ultima è focalizzata sullo sviluppo di mec- applicazioni wearable, mobile o quant’altro, pos- À À - sono determinare un duplice e profondo impatto: spositivi con risorse limitate a livello di hardware, da un lato, a livello di riservatezza e integrità dei software, connettività, alimentazione. In tale cam- dati e delle informazioni trasmesse; dall’altro in ò À termini di anomalie e malfunzionamenti che le o ECC (elliptic curve cryptography), che fornisce À À - con implicazioni sui meccanismi di sicurezza fun- derni protocolli di sicurezza, richiedendo chiavi di zionale e safety. Pur esistendo una varietà di al- dimensioni inferiori, in confronto al classico critto- goritmi di cifratura dati, adatti a salvaguardare sistema RSA. 24 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019
IN TEMPO REALE | INDUSTRY 4.0
Industria 4.0: un esempio di applicazione
Le piattaforme Edge Gateway di Advantech dimostrano che l’Industria 4.0 non è solo una teoria affascinante per una lavanderia industriale
Alessandro Nobile
Nonostante le conseguenze nefa- ste cui vanno incontro le aziende “lente” nel moderno mercato globale competitivo, molte imprese tessili restano tradizionali- ste. Diversamente da chi fabbrica prodotti high-tech come gli smartphone, non sono inclini ad adottare prontamente soluzioni di Industria 4.0, preferendo in molti casi restare “aggrappate” alle loro vecchie abi- tudini a costo di rischiare di essere sopraf- fatte dalla concorrenza. Rischi per chi va piano, premi per le flotte Le lavanderie industriali, attività chiave nel set- Le lavanderie industriali su larga scala nel settore tore tessile e dei servizi, devono compiere la tran- dei servizi tendono a essere attività tradizionali, ma sizione all’Industria 4.0 se non vogliono restare le realtà più innovative sfruttano le loro macchine indietro. Queste imprese hanno bisogno di im- come parte integrante di una fabbrica intelligente. pianti altamente produttivi e programmabili per Una lavanderia industriale tradizionale negli Sta- trattare velocemente un’ampia gamma di artico- ti Uniti, pronta a cogliere tutte le opportunità di li. Al tempo stesso devono adottare un approccio innovazione, si è trasformata da attività manifat- graduale all’automazione e all’intelligenza della turiera ad alta intensità di manodopera ad “azien- lavanderia. da di conoscenze”, convertendo molte fabbriche L’Industria 4.0 sta favorendo la creazione di fab- tradizionali in smart factory. I direttori di fabbrica briche intelligenti, nelle quali funzionalità basate v v Á À z À quali robot e sensori di collegarsi a computer in grado di apprendere dai dati raccolti da quel- le apparecchiature e regolarle di conse- z Á À z - le, consentendo in tal modo alle aziende di aumentare la produttività migliorando la qualità dei prodotti, nonché massimizza- À
Computer palmare per automazione con processore Intel Atom J1900 26 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 INDUSTRY 4.0 | IN TEMPO REALE
e degli operai impegnati nei grandi impianti, Modulo I/O wireless oltre a sfruttare la visualizzazione e l’analisi con 8 ingressi digitali e porta RS-485 z v À - tamento. Ma soprattutto, le soluzioni PLC/ HMI tradizionali erano troppo costose e cogliere i dati dai dispositivi À z installati sugli impianti, in- Erano quindi alla ricerca di un’applica- cluse apparecchiature molto zione dedicata in cloud che consentisse vecchie dotate a posteriori ai responsabili di visualizzare facilmente di sensori. I potenti moduli Á À z z v intelligenti WISE IoT, le piat- in tutto il Paese. taforme Edge Gateway UNO e i router wireless EKI hanno sod- Verso lÁIndustria 4.0 con le piattaforme disfatto tutte le esigenze dell’a- Edge Gateway di Advantech zienda in termini di facilità ed ef- Per questa lavanderia industriale, Advan- À z z tech ha fatto leva sulle proprie competenze La produttività degli addetti vie- per trasformare le fabbriche tradizionali in ne ora rilevata automaticamente e smart factory abilitate per l’Industria 4.0. L’azien- mostrata alla direzione in tempo reale. L’analisi À z - dei dati e l’ottimizzazione delle apparecchiature li. Ad esempio, molte delle attività venivano svolte consentite da questi interventi di aggiornamento da personale che, a sua volta, veniva supervisio- hanno permesso all’azienda di aumentare la pro- nato da altri addetti. Inoltre, poiché molte mac- duzione in molti modi, mentre l’app su cloud AWS chine presenti nelle lavanderie tradizionali sono consente alla direzione di visualizzare facilmente obsolete, i tentativi di automazione si scontrano le metriche di produzione di diversi impianti in spesso con problemi legati alla mancanza di inter- tutto il Paese. La lavanderia industriale può così facce di comunicazione aperte. Al tempo stesso, contare su vantaggi concreti grazie alla scelta di v À è aver adottato la tecnologia Industria 4.0. poco realistico in termini di costi. Per fortuna il modulo I/O wireless IoT WISE-4051 Soluzioni semplici a problemi complessi di Advantech, con otto ingressi digitali e porta RS- Con l’adozione sempre più diffusa di funzionalità 485, è in grado di fungere da contatore wireless Industry 4.0 fra le aziende leader nel mondo in- per monitorare una serie dustriale, le imprese tradizionali che continuano di articoli da lavanderia À - gestiti da ciascun addet- ti rischiano di aggravare la loro perdita di com- to. Il palmare per auto- petitività nei prossimi anni, mentre i loro concor- mazione UNO-2272G v ù v À funge da data gateway grazie a soluzioni di automazione che trasforme- per aggregare localmen- ranno le loro strutture in smart factory. Per lo te i dati prima di inviar- stesso motivo, mentre da un lato l’ascesa dell’In- li all’app su cloud AWS dustria 4.0 mette a rischio le imprese retrograde, (Amazon Web Services). le realtà più innovative stanno già cogliendo i È stato inoltre utilizzato vantaggi della trasformazione da fabbrica tradi- un client EKI-6332GN zionale a smart factory. Con le piattaforme Edge IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi Gateway di Advantech, anche le fabbriche più per creare l’infrastruttu- tradizionali possono risolvere il problema com- ra wireless in loco e rac- plicato di integrare le apparecchiature esistenti in fabbriche intelligenti 4.0, assicurandosi un ruolo da vincitori, e non da vittime, nel progresso AP/Client IEEE industriale in atto. 802.11 b/g/n Wi-Fi
27 EMBEDDED 73 Â SETTEMBRE Â 2019 IN TEMPO REALE | MIXED REALITY
Con la realtà mista non cambia solo la percezione
La “realtà mista” è una nuova tecnologia che cambia il modo di lavorare, vivere e giocare, con implicazioni sociali ed economiche molto più ampie e profonde della realtà virtuale (VR) e aumentata (AR) e sta diventando uno strumento potente e rivoluzionario per aziende, scuole e consumatori
Christian Ries 3DEXCITE Client Engagement Services Director Dassault Systèmes
La realtà virtuale (VR) è una combinazione di contenuti e tecnologie che dà vita a un mondo virtuale. Attraverso un visore (occhiali o caschet- to) o una stanza con proiettori multipli (CAVE), l’utente s’immerge in un mondo che, per quanto è À - ca. La VR quindi sostituisce la realtà. La realtà aumentata (AR) fornisce invece una visione del mondo reale arricchita con contenuti generati da À - ni, suoni, sensazioni tattili o indicazioni stradali. Nota anche come “realtà mediata da computer”, AR À z - riale. La realtà mista (MR) somma entrambe le tecno- logie per proiettare l’utente in un mondo virtuale sta tecnologia si sta facendo largo nella visua- senza fargli perdere la percezione spazio-tempo- lizzazione contestualizzata, poiché consente di rale dell’ambiente circostante. In pratica, la MR incorporare apparecchiature virtuali in ambien- aggiunge una “dimensione sociale”, una capacità ti reali per aiutare gli operatori a visualizzare d’interazione che consente alle persone, indipen- e comprendere meglio condizioni e procedure di dentemente dal luogo in cui si trovano, di “abitare vario genere. Nelle aziende, la MR favorisce la virtualmente” lo stesso spazio digitale, vedendo e collaborazione a distanza con gradi regolabili di interagendo con gli stessi oggetti. astrazione visiva, che consentono agli addetti di La MR ha applicazioni importanti nell’ambito zz À N dell’istruzione e della formazione professionale, sanità, si possono creare modelli dell’intero cor- perché crea mondi virtuali indipendentemen- À v Á z À Q fra medici in diversi continenti. Sarà possibile tecnologia rappresenta quindi un grande passo persino svolgere operazioni e interventi a di- avanti per l’apprendimento via cloud in luoghi e stanza con robot comandati da un chirurgo o da À q - un medico in tempo reale. 28 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 MIXED REALITY | IN TEMPO REALE
Esperienze per la forza lavoro del futuro L z À “interazioni personali per analizzare il valore di processi e oggetti”: non si tratta solo di elaborare dei dati, ma di acquisire conoscenze e competenze. Le esperienze in realtà mista consentono a scienziati, inge- gneri e professionisti del marketing, oltre a utenti e clienti, di presentare e simulare prodotti futuri, interagendo con essi prima ancora che esistano nella realtà. I vantaggi sono molteplici e l’unico limite è l’immaginazione. La MR aiuta a indivi- duare difetti o malfunzionamenti nascosti La realtà mista (MR) somma le tecnologie della realtà virtuale grazie a una conoscenza approfondita di (VR) e della realtà aumentata (AR) per proiettare l’utente in un mondo virtuale senza fargli perdere la percezione tutti i parametri relativi a un prodotto. spazio-temporale dell’ambiente circostante Nei laboratori d’ingegneria biogenetica, ad esempio, scienziati sparsi in diversi Paesi pro- Gli sviluppi recenti dimostrano che la tecnologia gettano molecole sfruttando la MR per collabora- MR è pronta per conquistare diversi ambiti del- re come se si trovassero tutti nello stesso posto. la nostra vita. È altresì probabile che, nel tem- Gli applicativi software 3D offerti da Dassault po, diventerà pressoché impossibile, e comunque Systèmes attraverso le Industry Solution Ex- inutile, distinguere ciò che è vero da ciò che non perience disponibili sulla piattaforma 3DEXPE- lo è. Realtà e simulazione si fonderanno. Persone RIENCE sono estremamente evoluti. Le tecnolo- e aziende utilizzeranno le tecnologie per loro più gie di visione e di visualizzazione stanno facendo comode e naturali. Gli acquirenti potranno con- progressi e, nei prossimi anni, ci possiamo aspet- tare su un mix di realtà, una serie d’ingredienti tare di vederle evolvere in modo esponenziale in che svelano tutto il loro potenziale quando vengo- termini di velocità, realismo e capacità d’intera- no assemblati in un’unica ricetta. In un ambiente zione. MR si potranno provare vestiti, insieme ad amici v À Tecnologia alla guida Q v - L’industria automobilistica è all’avanguardia tata da una piattaforma aziendale accessibile su nell’adozione della MR, che offre nuove oppor- scala universale, la piattaforma 3DEXPERIEN- tunità di coinvolgimento della clientela. Nuovi CE, che fornisce il livello necessario di digitaliz- showroom nei centri commerciali e nelle reti di zazione e collaborazione. Inoltre, è previsto che concessionarie sfruttano questa tecnologia per l’intera gamma di Industry Solution Experience À z v di Dassault Systèmes sia disponibile in cloud. potenziali acquirenti. In questo modo bastano La MR, consentendo a più persone di connettersi v ÂÀ à z R - e interagire con gli “oggetti”, favorisce e agevola strare tutti gli optional e persino portare l’auto i processi d’ideazione e innovazione. La tecnolo- fuori dallo showroom per visualizzarla su stra- gia aiuta le persone ad analizzare i problemi da Q zz diversi punti di vista e ad attivare diverse com- v Á À petenze (skill) e conoscenze. I progetti possono loro scelte, valutare estetica e sensazioni nell’uti- essere revisionati ripetutamente da gruppi di zz q v v À persone. In questo modo ci si avvicina velocemen- alla sola immaginazione. Un altro effetto bene- te a progetti “a zero difetti” che tengono conto di À q Âv à è tutte le eventualità. Fondendo gruppi di lavoro e l’aumento del grado di soddisfazione del cliente, À che troverà una piena corrispondenza fra le sue e le problematiche. Ho constatato personalmen- aspettative e la realtà. te quanto possa essere divertente lavorare con la 29 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IN TEMPO REALE | MIXED REALITY
MR ù À - tivi nel proprio ruolo.
Margini di crescita Intanto continuano a emergere nuovi am- biti applicativi. Commercio online, negozi di mobili e spacci di calzature cominciano a sfruttare questa tecnologia per offrire a ciascun cliente un’esperienza personaliz- À . commercianti sanno che, aumentando il realismo, le emozioni e il valore associati ai loro prodotti, potranno attirare sempre più persone a valutare i loro prodotti e in- teragire con il loro brand, dal divano di casa tramite negozi online e social media, La tecnologia MR viene supportata da una piattaforma aziendale oppure nei negozi e nei centri commercia- accessibile su scala universale, la piattaforma 3DEXPERIENCE di Dassault Systèmes, che fornisce il livello necessario di li. Le esperienze di prodotto virtuali “a do- digitalizzazione e collaborazione micilio” o l’inserimento di nuovi istruttori virtuali in un corso di formazione sono fare una riunione in cloud con altri studenti in À h - tutto il mondo per condividere le stesse esperien- rienze che tutti i brand e i commercianti vogliono ze di apprendimento. In un settore tipicamente generare. Se è vero che la MR si sta facendo stra- À à - da nell’industria dell’auto, credo che queste appli- bilmente più lento rispetto al mondo del commer- cazioni verranno letteralmente sovrastate da ciò cio. Ma la situazione cambierà con la riduzione che ci attende nel retail. dei costi dei dispositivi e la crescente disponibilità Un altro ambito di crescita interessante è l’istru- di contenuti gratuiti. Dassault Systèmes mette a zione. Gli studenti di oggi possono fare un viaggio À h su Marte, addentrarsi nel motore di un aereo e in diversi ambiti dell’istruzione e delle bioscienze, con una particolare attenzione alle mate- rie STEM (scienze, tecnologie, ingegneria e matematica). Fra questi spicca Living Heart Project, un progetto che sta rivolu- zionando la formazione medica e la sco- À digitale estremamente accurata del cuore umano.
Sorprese in negozio Quando le aziende scoprono le implicazio- ni sociali della MR, accadono eventi rivolu- zionari. Finora le aziende hanno immagi- À i loro prodotti. Il coinvolgimento sociale agevolato dalla MR cambia questa sequen- za ormai obsoleta. Le aziende potranno La realtà mista (MR) aggiunge una “dimensione sociale”, “testare” i loro prodotti innanzitutto con i una capacità di interazione che consente alle persone, consumatori. Poi, se i clienti confermano indipendentemente dal luogo in cui si trovano, di “abitare virtualmente” lo stesso spazio digitale, vedendo e interagendo che il prodotto è appetibile, questo verrà con gli stessi oggetti fabbricato e immesso sul mercato. In molti 30 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 MIXED REALITY | IN TEMPO REALE
casi potrà anche essere venduto prima di essere prodotto. Tutto questo è possibile grazie ad ac- curate riproduzioni 3D realistiche e alla stampa 3D con diversi materiali per produrre un numero À digitali. Questo approccio ribalta completamente le moda- lità di acquisto e richiede una piattaforma azien- dale sulla quale gestire tutti gli aspetti del nuovo business model. In quest’ottica la piattaforma 3DEXPERIENCE si è evoluta per gestire tutti gli aspetti di un prodotto lungo tutto il ciclo di vita, Nelle aziende, la realtà mista (MR) favorisce dall’idea iniziale allo smaltimento. la collaborazione a distanza con gradi regolabili di astrazione visiva, che consentono agli addetti Grazie a questa tecnologia è possibile immagina- À
re un mondo senza intermediari commerciali: non Piattaforme digitali e saranno più necessari quando i professionisti e il Rinascimento dell’Industria pubblico interagiranno direttamente per decide- re che cosa desiderano e come debba essere fat- Le Esperienze Virtuali stanno rivoluzionando il no- Q v v stro rapporto con il sapere perché apportano co- potrebbe cogliere impreparati molti produttori, noscenze e competenze, colmando il divario fra rivenditori e intermediari. sperimentazione e apprendimento. Combinando Potrebbe anche tramontare presto l’abitudine di reale e virtuale si creano nuove modalità di os- leggere le recensioni per orientarsi nelle scelte di servare il mondo, inventare, imparare, produrre acquisto. Un “motore di consigli” guiderà le per- e fare impresa. Si aprono nuove vie all’interazio- sone direttamente ai prodotti desiderati. Ma qui ne fra settori industriali e tecnologie. Tutto ciò si apre un altro scenario, nel quale la piattaforma pone le basi per un nuovo Rinascimento dell’Indu- 3DEXPERIENCE fungerà anche da “sistema ope- stria a livello mondiale. Nuove categorie di impre- rativo” per le aziende manifatturiere. se industriali creano nuove categorie di soluzioni per nuove categorie di clienti. L’industria del XXI Il potere di cambiare ogni cosa secolo è un intreccio di creazione, produzione e La MR può generare e supportare esperienze, scambio di esperienze. Gli innovatori del prossi- sensazioni e persino reazioni emotive. Cambia il mo futuro non saranno quelli che possiedono i modo in cui concepiamo e ci correliamo con perso- sistemi di produzione più automatizzati, ma colo- ne, prodotti e servizi. La tecnologia stessa si sta ro che promuovono una cultura della conoscenza evolvendo velocemente. Nuovi sviluppi nella MR e della competenza per far emergere e formare porteranno nei prossimi mesi e anni a una ridu- la forza lavoro del futuro, mettendola nelle con- zione di costi e un incremento delle risoluzioni. dizioni di risolvere le sfide di una nuova economia Q À - dettata dalle necessità di creare valore e soste- siasmanti e a volte ignote in molti contesti com- nibilità. Il valore risiede più nell’utilizzo che nel merciali, tecnici e accademici. Le organizzazioni prodotto, e la nuova economia è rappresentata che puntano sulla MR rivoluzioneranno i rispet- da mercati che raccolgono domanda e offerta, tivi settori economici adottando una tecnologia globale e locale. In questo scenario, le piattafor- che cambierà praticamente tutto ciò che fanno gli me esperienziali digitali, come 3DEXPERIENCE esseri umani. di Dassault Systèmes, sono le infrastrutture Le aziende che riconoscono e sfruttano il potenzia- essenziali del Rinascimento dell’Industria. Hanno R Á z rivoluzionato il commercio, i trasporti, il turismo saranno quelle che riusciranno a trasformare le e ora si apprestano a rivoluzionare l’industria. potenzialità della MR in opportunità di successo e guadagno economico. 31 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019
SPECIALE | AI&ML Applicazioni industriali, cosa può fare il machine learning
Tra i possibili utilizzi, apprendimento automatico e intelligenza artificiale possono abilitare la creazione di sistemi d’identificazione automatica dei difetti nei prodotti, o la gestione ottimizzata degli asset industriali per la riduzione dei fermi macchina; ma anche l’analisi di complesse moli di dati nell’industria aeronautica
Giorgio Fusari
apprendimento automatico sem- pre più al centro dei nuovi mo- delli di business abilitati dalla trasformazione digitale: e ciò L’ perché, nell’ultimo decennio, la crescita dei sistemi di mobile computing ha gene- rato un oceano di dati, e questi “big data” costitu- iscono l’alimento da cui oggi il machine learning (ML) dipende fortemente. Lo spiega un rapporto della società di ricerche Netscribes, pubblicato dalla piattaforma online dedicata Research on Global Markets, in cui si stima che il mercato globale del machine learning raggiungerà un va- lore di oltre 19 miliardi di dollari entro il 2023, registrando un Cagr pari al 48,3% nel periodo 2018-2023. Per apprendimento automatico delle macchine s’intende, in sostanza, un insieme di algoritmi attraverso cui il software è in grado di migliorare i propri risultati e conclusioni, senza richiedere programmazione esplicita. Il machine learning utilizza metodi statistici, e, col passar del tempo, più dati analizza, più l’algoritmo “im- para”. Si possono distinguere almeno due tipi di machine learning: appredimento supervisionato À (supervised learning) e non supervisionato (un- tecnologia di deep learning (Fonte: Sick) 34 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 AI&ML | SPECIALE
supervised learning). Nel primo, il data scientist manageriale McKinsey & Company, citata da esegue una fase di training dell’algoritmo, in cui Boles: si prevede che la quarta rivoluzione indu- fornisce al sistema gli input, abbinati a possibili À 3 7 v output. Nell’apprendimento non supervisionato, A invece, questa fase di training non è necessaria, il mercato, per ora, si trova ancora nelle prime é è Á À fasi di adozione, aggiunge Boles, citando ancora sulla base degli input forniti. E, più dati analiz- dati McKinsey, secondo cui solo il 30% delle orga- za, seguendo un metodo iterativo, più i risultati nizzazioni sta attivamente sviluppando soluzioni che l’algoritmo riesce a ottenere migliorano. Si IoT su larga scala. parla in questo caso di algoritmi Intel vede lavoratori, strumen- di deep learning, o apprendimen- ti, macchine, operare insieme to approfondito, basati sui principi nell’ambiente di fabbrica per for- À ANN nire dati e migliorare le operation. ed oggi applicati, ad esempio, al Dati che, trasformati in tempo riconoscimento automatico delle reale in ‘insights’, diventano utili immagini. per ridurre i downtime dei mac- chinari industriali, potenziare la Apprendimento automatico z v Á e smart manufacturing A À - La velocità di evoluzione dell’in- nover, dice ancora Boles, Intel ha z À A A machine learning, che ne rappre- di edge computing che aiutano i senta un’applicazione, sono speri- Christine Boles, vice president costruttori a realizzare la visione mentabili ogni giorno, osservando, di Industria 4.0. E Intel, assieme a e general manager della ad esempio, i continui migliora- un crescente ecosistema di player, menti che gli assistenti virtuali, Intel Corporation (Fonte: Intel) che include À , online o in mobilità, riescono a , compiere nell’elaborazione e nel riconoscimento Services, Capgemini, Dell Technologies, del linguaggio naturale (NLP - natural language GE Additive, GE Digital, Hewlett Packard processing), ma anche la proliferazione di servizi Enterprise, e Siemens, z  à A sta guidando il futuro del settore industriale. attivati da un numero crescente d’imprese, per arricchire e migliorare la qualità dei loro rap- Deep learning, per far evolvere À la visione industriale learning e deep learning non stanno comuque Le applicazioni di machine learning e deep lear- sviluppandosi solo in queste tipologie di servizi ning nell’industria sono probabilmente limitate aziendali: il settore delle applicazioni industriali A À ù nello strategico settore del riconoscimento d’im- d’investimento per i vendor. “Siamo a buon pun- magini per uso industriale, le “smart camera” to nel viaggio verso Industria 4.0” ha esordito a kv VPU v marzo, nel proprio editoriale, Christine Boles, unit) Intel Movidius, sono in grado di elaborare vice president nell’Internet of Things Group e zz Á z À general manager della Industrial Solutions Divi- direttamente a livello di dispositivo, per fornire sion di Intel Corporation. Un viaggio, spiega, una miglior comprensione delle realtà produtti- z À ve nei settori energia, industrial manufacturing, e Internet of Things (IoT) guidano l’intelligence trasporti. Integrando nel processo di fabbrica- aziendale, i processi decisionali e la produttività. zione dei prodotti telecamere di ispezione visiva Le opportunità di trasformazione e il potenzia- con nastri trasportatori, robot e dispositivi IoT, le di mercato del paradigma Industria 4.0 sono diventa possibile, spiega Intel, creare applicazio- imponenti, come stima la società di consulenza ni di visualizzazione dei problemi in real-time, e 35 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SPECIALE | AI&ML
blemi, dopo la fase di raccolta dati, un algoritmo di ML può essere addestrato, utilizzando una quan- tità limitata di dati relativi a difetti conosciuti. Dopodiché il modello di ML può essere applicato Á A il machine learning diventa fondamentale per superare la complessità di gestione dei progetti. Il costruttore di aeromobili Boeing, ad esempio, lotta giornalmente con un’enorme quantità di dati, e milioni di documenti: gli ingegneri, anche nello sviluppo di singole parti del velivolo, devono fronteggiare un’enorme complessità, analizzando i progetti correlati, le tipologie di fornitori, i costi e la qualità complessivi, e molto altri dati. Per (Fonte: Pixabay) risolvere questi problemi, Boeing ha addestrato algoritmi di apprendimento automatico in grado attuare strategie di manutenzione predittiva. Ma Á À - questa non è certo l’unica soluzione: anche la te- rati fattori, e fornire in pochi minuti agli ingegneri desca Sick À v raccomandazioni accurate, attraverso un assisten- z A k te virtuale digitale. del primo ministro svedese Stefan Löfven, un’ap- plicazione di deep learning dedicata all’industria Accelerare la diffusione di AI e ML: del legname. Un settore tra i più importanti in accordo tra vendor Svezia, e il cui valore ha particolarmente moti- Tra le azioni intraprese dai vendor per diffondere vato il ministro svedese a comprendere le oppor- A L Á - tunità offerte dall’apprendimento approfondito stria, lo scorso febbraio, Siemens ha annunciato per il miglioramento del livello di automazione un’espansione della Digital Innovation Platform in questo ambito industriale. Utilizzando il deep con l’introduzione dell’ultima versione del softwa- learning, i sensori sono in grado di eseguire fun- re NX, potenziato con funzionalità di machine le- z Á À z z À delle loro caratteristiche che, altrimenti, dovreb- rendere i singoli utenti del software più produtti- bero essere eseguite manualmente dall’uomo: in vi, migliorando il processo di sviluppo prodotti e q z A - riducendo il time-to-market. Ma, soprattutto, ad mera sono in grado di determinare in base agli aprile, Siemens Digital Industries (DI) e SAS, so- anelli di crescita dei tronchi la qualità del legno, cietà specializzata in tool analitici e business intel- grazie ad algoritmi di autoappredimento capaci ligence, hanno siglato un accordo di collaborazione di svolgere il loro compito indipendentemente dal per aiutare le imprese a creare nuove applicazio- tipo di legname, spiega Sick. Parte dell’intelli- ni cloud-enabled e “IoT edge”: in sostanza, inte- genza di tali algoritmi è resa disponibile anche grando gli strumenti evoluti di analisi predittiva localmente, a livello dei sensori integrati nelle SAS S S telecamere, e genera automazione liberando gli ha l’obiettivo di accelerare l’adozione nelle appli- operatori umani da questo genere di mansioni. z T A L LÁ Un altro ambito industriale in cui la potenza del della produttività e la riduzione del rischio opera- machine learning può esprimersi è l’industria dei tivo attraverso l’analisi predittiva, assieme a una semiconduttori, in cui, più cresce la complessità gestione ottimizzata degli asset industriali, sotto- dei circuiti integrati super miniaturizzati, più di- linea Siemens, sono alcune delle opportunità di v À z À miglioramento raggiungibili in settori industriali i difetti di produzione nei wafer di silicio, appli- che includono il manufacturing, il mondo energia cando metodi di controllo tradizionali, come quello e utility, le aree automotive e trasporti, l’assisten- ORC (optical rule check). Per risolvere questi pro- za sanitaria. 36 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019
HARDWARE | PREDICTIVE MAINTENANCE
Manutenzione predittiva: come implementarla in maniera efficace
Nel caso si decida di rimandare la manutenzione, potrebbe facilmente verificarsi un guasto improvviso oppure un difetto di produzione: indipendentemente dal fatto che il ritardo sia stato causato da una politica di riduzione dei costi, oppure dalla mancanza personale qualificato o di motivazione, grazie alla manutenzione predittiva, tutto ciò potrà essere evitato
Stephan Menze Product Sales Manager Analog & Sensors Rutronik
O gni programma di manutenzione predit- tiva inizia con la rilevazione delle caratteristiche della macchina durante il suo normale funziona- mento, quali le frequenze acustiche o naturali del rumore strutturale e del rumore aereo, che ven- gono poi digitalizzate e trasmesse a un computer o al cloud. Se i dati vengono elaborati localmente, si parla di edge computing (quindi elaborazione alla periferia). Questo è il caso in cui è possibi- le utilizzare soluzioni d’intelligenza À livello locale, come ad esempio Movidius di In- ai cambiamenti che avvengono nei singoli sistemi tel. Per quanto riguarda il cloud computing, è rispetto ad altri sistemi. Oltre a questa “intelli- disponibile un’offerta illimitata di soluzioni per genza dello sciame”, non ci sono limiti in termini l’analisi dei dati da parte di fornitori di servizi. di potenza di elaborazione o di capacità di memo- La soluzione alla periferia della rete è in grado ria, ed è possibile ad esempio cambiare in modo di rispondere nell’arco di pochi millisecondi. Per Á Á Á À w - dei dati statici all’apprendimento automatico o nitoraggio remoto è tuttavia indispensabile una all’apprendimento profondo. connessione Internet. Per quanto le due implementazioni possano sem- In linea di principio, non viene utilizzata la co- brare diverse, in uno scenario reale sono sempre w z necessarie una connessione Internet e un’analisi sciame) per l’apprendimento e il miglioramento iniziale a livello locale dei dati provenienti dai dei processi, e l’operatività è limitata dalla po- sensori. Tuttavia, sia il dimensionamento (sca- tenza di elaborazione e dall’esperienza maturata. ling) dei componenti più importanti, sia i costi Il cloud computing d’altro canto consente di ese- di manutenzione variano di conseguenza, il che guire confronti con tutti i sistemi in funzione sul rende ancora più complessa un’analisi precisa tra campo, ed è in grado di trarre conclusioni in base À 38 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 PREDICTIVE MAINTENANCE | HARDWARE
levare tempestivamente i danni. Nell’intervallo di frequenze ultrasoniche superiori a 16 kHz, i sintomi iniziali possono essere rilevati mesi pri- v v À - si. Quando la frequenza è rilevata nell’intervallo À 16 k z paio di settimane prima che si produca il danno. Q ò À - cune macchine o impianti, ma può essere troppo tardi per altri – e ciò deve essere esaminato caso per caso. Le domande tipiche in questo caso sono le seguenti: quanto grave può essere il danno Con un SoC nRF52840 di Nordic Semiconductor, è potenziale? Quanto tempo occorre per ottenere possibile scegliere facilmente tra reti Bluetooth, ZigBee pezzi di ricambio e per avere a disposizione un o Gazell tecnico per l’assistenza? È possibile fermare la macchina in qualsiasi momento per eseguire in- Il posizionamento del sensore è fattore importante terventi di riparazione o di manutenzione? Per Che si effettui l’analisi a livello locale o su cloud, esempio, la rilevazione nell’intervallo degli ultra- è v v À suoni è altamente raccomandata per le prove di v è v ù À - tenuta dei tubi per il gas. Se una perdita genera A q è ò v À - rumore udibile, è già troppo tardi per la manu- re alcuni aspetti come ad esempio la possibilità tenzione predittiva. di installare sensori, l’accessibilità e lo spazio S v Á v è À- disponibile, la presenza di rumore ambientale e ciente, il tipo di macchina o di componente della la sua tipologia (costante, a intervalli regolari e macchina determina quale intervallo di frequen- così via). ze dovrebbe coprire il sensore. Più velocemente i Una volta stabilità l’ubicazione dell’installazio- componenti in questione ruotano, più alte sono ne, il tipo di sensore spesso è già determinato. le frequenze da rilevare. Ad esempio, i danni ai Se si deve effettuare un collegamento a un dispo- sistemi di condotte aerauliche sono solitamente sitivo o a una macchina, si tratta di rilevare il causati da squilibri, regolazioni errate o collega- rumore strutturale. In questo caso, un sensore menti allentati. Questo avviene in un interval- di urti e vibrazioni o un sensore di accelerazione lo di circa 2 kHz. Con componenti in movimento costituisce l’opzione ideale. Quando questi ultimi molto lenti, l’utilizzo di un sensore di accelerazio- sono posizionati all’esterno del dispositivo o del- ne al posto di un sensore microfonico può fornire la macchina, viene rilevato il rumore trasmesso risultati migliori. per via aerea. A questo scopo sono disponibili Per incrementare le possibilità di rilevamento sensori per microfoni MEMS con un intervallo di degli errori, è possibile combinare i sensori mi- q z À STMi- crofonici, di accelerazione, di urti e vibrazioni. È croelectronics e da f . Essendo sempre possibile ottenere ulteriori informazioni utiliz- dotati di un’apertura per assorbire le onde sonore zando altri tipi di sensori, ad esempio di tempera- e per ridurre la pressione sonora, essi non sono tura, umidità o pressione. Questo tipo di combi- z À nazione offre maggiori vantaggi quando i sensori ambienti umidi o polverosi. In questo caso è pos- sono collegati fra di loro. Tuttavia, questo non sibile utilizzare i sensori di urti e vibrazioni o di solo fa crescere i costi dei sensori e delle intercon- accelerazione. nessioni, ma produce anche più dati e comporta Per rispondere alla domanda su quale interval- più operazioni di valutazione. La combinazione lo di frequenza dovrebbe coprire un sistema di v è q À è manutenzione predittiva, è possibile applicare la in presenza di un danno potenziale rilevante, ad seguente regola empirica: maggiore è la frequen- esempio legato alla rottura di una cinghia o a un za rilevata, maggiore è anche la possibilità di ri- difetto di produzione, che può passare inosserva- 39 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 HARDWARE | PREDICTIVE MAINTENANCE
to anche per un lungo periodo di tempo. Ciò può un chilometro in modalità a lungo raggio. Questo essere utile anche per i sistemi situati in aree rende la tecnologia interessante anche laddove remote, ad esempio i parchi eolici offshore, dato la tecnologia SubGHz era precedentemente indi- che gli interventi non necessari dei tecnici com- spensabile. portano in questo caso costi elevati. In particola- Le nuove categorie LTE sono adatte per senso- re è consigliata per il monitoraggio completo dei ri che non utilizzano collettori dati, oppure con sistemi critici per la sicurezza, come ad esempio collettori dati che devono solo trasferire piccole l’impianto frenante di un’automobile. quantità di dati alla rete Internet grazie alla for- te compressione dei dati realizzata dalle unità a Nuove tecnologie wireless per la trasmissione bordo rete. Esse consentono di stabilire una con- dei dati nessione diretta a Internet dal sensore al cloud In base all’applicazione, i singoli sensori devono e di trasferire i valori misurati al cloud senza ri- prima trasferire i dati di misura verso un col- w y lettore di dati locali. I microcontrollori dotati di interfacce radio e di convertitori AD integrati, i Le nuove categorie LTE S w q Le ultime categorie LTE NB1 e M1 – note anche scopo. Molto spesso sono già forniti gratuita- come NB-IoT e LTE M1 o LTE-M – sono ideali mente gli stack radio su misura per il microcon- per applicazioni di manutenzione predittiva, in è À zz cui occorre trasferire piccole quantità di dati in l’applicazione, cioè la digitalizzazione dei valori casi isolati. analogici e il trasferimento dati verso il collet- Sia LTE-M sia NB-IoT sono supportate dalla fa- tore, attraverso poche righe di programma. Il v RF91 N S - collettore dati è ora in grado di valutare i dati S P Sy P k localmente e di utilizzare la sua funzione di gate- integrato è fornito con un mi- w y w crocontrollore ARM Cortex o per segnalazioni occasionali. In que- M33 per la programmazio- sto caso, LTE sarebbe una connessio- ne personalizzata dell’ap- ne Internet con una velocità più che plicazione, dei sensori e À degli attuatori. La sua un’infrastruttura stabile per molti anni a potenza di calcolo con- venire. Il 5G sarà in grado di fornire il suo sente l’applicazione di contributo per l’analisi dei dati con tempo- algoritmi più complessi rizzazione critica nel cloud, in cui è richiesta Per gli utenti per l’analisi dei dati. Ciò una risposta entro pochi millisecondi. Il colle- che usano solo Bluetooth 5 À : o Bluetooth Mesh possono gamento dei sensori per la raccolta dei dati non optare per una variante w - può sempre essere realizzato via cavo. La tec- economica nRF52810 mazioni sul posto a par- nologia radio è solitamente più economica, più tire dai dati di misura Á ù S RF52840 forniti dai sensori, in modo da dover inviare solo di Nordic Semiconductor, è possibile sceglie- una quantità molto inferiore di dati. Questo con- re facilmente tra reti Bluetooth, ZigBee o Gazell, sente di ottimizzare il bilancio energetico com- uno stack open source gratuito per le topologie a plessivo e mantiene il consumo dei dati online LÁNF ad un livello basso. Oltre ai sensori, è anche pos- dei sensori con i rispettivi collettori di dati. Per sibile collegare dei LED attraverso 32 GPIO, ad la prima volta, i sensori possono essere calibrati esempio come indicatori locali che segnalano se usando un computer portatile grazie alla porta un sensore rileva un valore troppo alto. È anche USB G À Á - possibile collegare pulsanti o relè a interruttori. zio di usare solo Bluetooth 5 o Bluetooth Mesh Ad esempio, il nodo sensore è in grado di spegne- possono anche passare a varianti più economi- re interi sistemi se richiesto o se l’utente è in gra- Á RF52810 LÁ v B - do di riconoscere gli stati della macchina. 5 v À I S P RF91 è GPS 40 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 PREDICTIVE MAINTENANCE | HARDWARE
integrato. Attraverso l’utilizzo di NB-IoT o LTE- M, questo consente di determinare rapidamente la posizione durante una partenza a freddo per il monitoraggio dei veicoli o di altri dispositivi mobili.
Protezione contro il furto dei dati Poiché i valori misurati dai sensori possono for- nire una grande quantità di informazioni sull’uti- lizzo dei macchinari, dei sistemi e degli apparec- chi in questione, essi devono essere protetti dagli zz A q Á RF91 contiene anche una soluzione pronta all’uso: il processore host con TrustZone utilizza un am- biente di esecuzione a elevata sicurezza nella LTE-M e NB-IoT sono supportate dalla famiglia CPU e nel sistema, contribuendo alla sicurezza di dispositivi nRF91 di Nordic Semiconductor Á z À w L AR y - À v z toCell garantisce l’accesso sicuro alla memoria frequenza di un cuscinetto a rulli? È a rischio di mentre i livelli TLS e SSL assicurano la critto- guasto, è stato semplicemente alterato il processo À di produzione o la macchina è stata arrestata per LÁ RF91 è z À ? O v z è v S RF52 è zz k a un’interferenza? Quali deviazioni fanno ancora v v RF91 q Á z ? E À : q soluzione a due chip multicore, sono disponibili è v À ? sia una rete radio a corto raggio per il collega- Ovvero, quando diventa necessario intervenire? mento dei sensori, sia una rete cellulare per la Q À À S Á RF52840 v zz w zz RF52 - parametri e di valori di soglia corrispondenti. Po- AR T Z y trebbero rendersi necessari riadeguamenti dopo la prima prova pratica. Il sistema di manuten- Un fattore di successo – l’analisi dei dati zione preventiva deve anche essere adattato in Una volta che i dati sono stati trasferiti dal sen- v z z À ù À è Á - ai macchinari o altro. Se considerate tutti questi punti, siete sulla strada giusta per: non essere più soggetti a danni; tempi di inattività o guasti Che cos’è la manutenzione alla cinghia di distribuzione dovuti a meccanismi predittiva? di invecchiamento passati inosservati. Le spese per i lavori di manutenzione possono essere pia- Al contrario della manutenzione preventiva, À - la manutenzione predittiva non si basa su cicli cambio effettivamente necessarie possono essere di manutenzione fissa ma è una manutenzione tenute in magazzino automaticamente. Ciò va a orientata alla domanda che utilizza i dati misurati À - e raccolti continuamente sul posto e sulla loro duttori di macchine. Se questi ultimi integrano valutazione. Essa registra vibrazioni o alterazioni un sistema di manutenzione predittiva nei pro- dei rumori prodotti da macchine, sistemi e appa- pri prodotti, essi offrono i clienti un reale valo- recchi individuando i problemi durante il funziona- re aggiunto grazie a una maggiore disponibilità mento molto prima che si verifichi effettivamente della macchina. Inoltre, essi si possono avvalere il danno. dell’esperienza maturata sul campo per ulteriori sviluppi del prodotto. 41 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 HARDWARE | DEVELOPMENT BOARD
Sistemi embedded, sviluppo più rapido con starter kit e tool di prototipazione
Aumentare la velocità di sviluppo significa ridurre il time-to-market delle applicazioni: a tal fine, nel settore, gli ingegneri possono reperire differenti strumenti studiati per accelerare il lavoro quotidiano
Giorgio Fusari
G li strumenti sul mercato attualmente a dispo- sizione dei progettisti e degli sviluppatori embedded per provare, sperimentare e valutare le caratteristiche dei componenti che andranno a costituire l’applicazio- À v : si va dagli starter kit che permettono, ad esempio, di valutare le capacità di microprocessori e microcontrol- lori, alle “evaluation boards” che aiutano il progettista a costruire il sistema in maniera più rapida; ai “refe- rence design”, pensati per fornire modelli ed esempi di I nuovi progetti di riferimento e circuiti integrati applicazioni pratiche di utilizzo dei componenti elet- analogici di TI puntano a migliorare il monitoraggio e la protezione delle batterie F : T tronici, e anch’essi indirizzati a fornire opportunità di valutazione e apprendimento del funzionamento dei vari dispositivi. FET À z - ne delle batterie dai sovraccarichi di corrente; il siste- Reference design per lo sviluppo di sistemi BMS ma di monitoraggio della quantità di carica che entra Un ambito critico, nello sviluppo delle più recenti ap- ed esce dal pacco batterie; il monitor di controllo della plicazioni in campo automotive, sempre più basate su tensione di ciascuna cella all’interno del battery pack, tecnologia elettrica, riguarda il sistema di gestione un monitor fondamentale per determinare lo stato di della batteria, o BMS (battery management system). salute complessivo del sistema, e massimizzarne la La tecnologia delle batterie ricaricabili agli ioni di li- durata. Altri componenti del sistema BMS servono tio sta continuamente evolvendosi, la densità di ener- poi a mettere al riparo le batterie da eventi transitori, gia in rapporto al peso è decisamente migliorata, ma come sovratensioni e sovracorrenti. In fase di proget- il corretto funzionamento dei sempre più numerosi tazione non possono nemmeno essere trascurati i sen- dispositivi e sistemi elettronici integrati nell’auto di- sori di monitoraggio della temperatura e rilevamento Á v À di anomalie e fenomeni di surriscaldamento. I refe- Quest’ultima, a sua volta, dipende in maniera cre- rence design “completamente collaudati” e introdotti scente da un’accurata progettazione dell’architettura a maggio da Texas Instruments (TI) vanno, appun- del sistema BMS, e dei principali blocchi funzionali to, a indirizzare questi problemi di progettazione nei che lo compongono. Tra questi vi sono il transistor sistemi di gestione della batteria e nei convertitori di 42 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 DEVELOPMENT BOARD | HARD WARE
F : À trazione (traction inverter), che convertono l’energia proveniente dalla batteria del veicolo per l’aziona- mento del motore elettrico. Oltre ai nuovi progetti di riferimento, TI ha anche introdotto nuovi circuiti ana- logici dotati di evolute funzionalità di monitoraggio e protezione, che aiutano a ridurre le emissioni di ani- dride carbonica, ed abilitano i veicoli ibridi ed elettrici (HEV/EVs) a viaggiare più lontano e più a lungo. Il reference desing di TI per i sistemi BMS è scalabile v 6 À 96 in serie, e adotta il sistema di monitoraggio e bilan- BQ79606A Q1 Grazie a questo progetto di riferimento, dichiara TI, gli ingegneri sono in grado di portare sul mercato velo- cemente i propri progetti automotive. Il battery moni- BQ79606A Q1 è controllare in maniera precisa i livelli di temperatura e tensione, aiutando a massimizzare la durata della batteria e il tempo di autonomia del veicolo durante T T Á BQ79606A Q1 - spone della funzionalità “safe-state communication”, che aiuta i progettisti del sistema a soddisfare i requi- À AS L D v y - y v D è v zz z y ù v À ISO 26262 per i veicoli di strada. Altro punto cruciale è la gestione termica delle bat- terie e dei convertitori di trazione dei veicoli elettrici, che, attraversati da svariati kilowatt (kW) di potenza, possono incorrere in alte temperature in grado poten- zialmente di danneggiare i costosi e sensibili elementi del powertrain. Un’eccellente gestione termica del si- stema è essenziale per le prestazioni del veicolo, come anche per la protezione del guidatore e dei passeggeri, sottolinea TI: e per proteggere i sistemi powertrain, HARDWARE | DEVELOPMENT BOARD
TB S5D3 T B K v le caratterisitiche della nuova linea di MCU (micro- y v S5D3 da Renesas Electronics Corporation, per esten- dere la serie di MCU Synergy S5. Le quattro nuove U S5D3 U S5D5 U S5D9 - A x 4 120 z BlueCoin F : ST funzionalità evolute di sicurezza, così come funziona- À z - come lo starter generator a 48 volt, dal surriscalda- ne di dispositivi endopoint IoT a bassa potenza (low- mento, TI ha introdotto anche i sensori analogici di w L U y v S5D3 T P235 Q1 indirizzano un ampia gamma di applicazioni in campo traction inverter di reagire agli incrementi di tempe- Á z À zz - ratura attraverso opportune tecniche di gestione ter- Á À mica. appliance che adottano interfacce HMI (human-ma- chine interface) tattili capacitive. I TB S5D3 T Kit per sviluppo rapido di applicazioni IoT B K TB S5D3 v Sempre indirizzato a facilitare l’implementazione del- connettori da USB tipo A a USB Micro-B. Tra le va- le applicazioni embedded, ma questa volta nel dominio rie caratteristiche, questo kit permette di accelerare IoT (Internet of Things), è il kit di connettività WiFi lo sviluppo del codice grazie a una stretta integrazio- E AT X 4800 . ne con il Synergy Software Package (SSP), mentre le Quest’ultima sta collaborando con Amazon Web z v Á USB Services (AWS) per abilitare un’adozione semplice e Pmod (peripheral modules), spiega Renesas, abilitano sicura delle nuove generazioni di sensori che integra- una rapida prototipazione con moduli plug-in. Sempre z Á z À A nell’ambito delle applicazioni IoT, al momento in cui AWS v v z A À- scriviamo, STMicroelectronics si prepara a dimo- neon è stata nominata Advanced Technology Partner strare, nel corso dell’evento Embedded Technology di AWS, e le sue soluzioni di sicurezza e microcontrol- West di Osaka, le proprie soluzioni IoT per applicazio- lori hanno superato molteplici processi di validazione ni industriali. Si tratta di demo volte a dimostrare il per Amazon FreeRTOS e AWS Greengrass IoT Core. crescente potenziale della collaborazione tra uomini, La soluzione AWS sarà disponibile attraverso il kit robot e infrastrutture, con una focalizzazione sulla X 4800 Á v v z T T À - computing a un nuovo livello d’interazione nelle appli- ligence (AI). Le demo utilizzano un’ampia gamma d cazioni degli utenti, includendo la connettività WiFi microcontrollori STM32, sensori di movimento, di di- ed EtherCAT. Un altro kit di sviluppo interessante è il stanza, microfoni MEMS (micro electro-mechanical system), circuiti integrati Bluetooth a basso consumo (BLE - Bluetooth Low Energy), in aggiunta a schede di sviluppo ST, tra cui la “sensor development board” BlueCoin, la STM32 Nucleo board, la X-Nucleo fun- ction extension board, e un kit di sviluppo industria- le multi-sensore. In virtù delle capacità del proprio starter kit, dichiara ST, la scheda BlueCoin consente, ad esempio, di esplorare funzioni evolute di “sensor fusion” e di elaborazione del segnale per la robotica e le applicazioni di automazione. E ciò grazie a una dotazione che include 4 array di microfoni MEMS di- z 9 Un “discovery kit” di STMicroelectronics per lo sviluppo assi ad alte prestazioni, e sensori di distanza basati su di applicazioni con nodi IoT F : ST Â Á Ã 44 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IIOT | HARDWARE
L’IoT industriale inizia dai sensori
Uno dei problemi principali da affrontare è determinare la tipologia ottimale di sensori e le modalità con le quali comunicano le loro letture agli engine che si occupano dell’analisi dei dati
Cliff Ortmeyer Global Head of Technical Marketing and Solutions Development Farnell
N egli ultimi decenni l’automazio- ne industriale ha fatto sì che produttori e aziende fossero in grado di ridurre i costi e fornire ai propri clienti un maggiore va- lore. Grazie alle reti in tempo reale, robot, trasportatori e attrezzature di fabbrica- zione possono comunicare tra loro il pro- prio stato per assicurare che le operazioni procedano senza intoppi. Con il continuo aumento dei costi e delle pressioni time-to-market, gli utenti indu- striali hanno bisogno non solo di maggior visibilità in so sono isolati in silos – utilizzati solo dal macchinario tali sistemi, ma anche di dare a questi ultimi la possi- ai quali sono direttamente connessi. bilità di reagire in modo intelligente ai cambiamenti, siano essi dovuti a forze esterne o a fattori interni. Si Dati in tempo reale tratta di sistemi il cui malfunzionamento spesso dà L’IIoT apre i dati raccolti dalle organizzazioni indu- luogo a situazioni di emergenza, in quanto la capacità striali, riunendo i dati catturati dai sistemi legacy e le di rilevare i guasti il più velocemente possibile (o ad- misurazioni provenienti dai nodi dei sensori smart de- dirittura in anticipo) è fondamentale. Avvisando pre- dicati. Attraverso l’IIoT, questa nuova generazione di v v è À- nodo sensore ricopre un ruolo essenziale nello sblocco care una manutenzione preventiva per evitare tempi della potenza dei dati già in possesso di un’organiz- di fermo e dirottare senza problemi la produzione sui zazione ma non può essere applicata in tempo reale, sistemi di backup. Attraverso la misurazione in tempo perché manca di contesto. I dati sono resi accessibili reale dei molti parametri che determinano la salute tramite piattaforme di analisi cloud in grado di tenere del sistema, l’Internet of Things industriale (IIoT) è in traccia delle tendenze nei dati in ingresso ed effettua- grado di trasformare la capacità dell’impresa di reagi- re un confronto tra diverse sorgenti di dati per calco- re ai cambiamenti. lare i migliori percorsi di azione per un dato sistema. I sensori forniscono il quadro esaustivo che è alla base A À v - dell’IIoT e le misurazioni necessarie a quest’ultimo. À v - Sebbene molte macchine utensili abbiano già incorpo- À rati numerosi tipi diversi di sensori, i dati forniti spes- D À - 45 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 HARDWARE | IIOT
liero o settimanale durante il quale si prelevano e v q À contengano. In molti casi, alcuni di questi bidoni sono quasi vuoti mentre altri straripano: questo perché il programma non tiene conto del modo in cui le persone li utilizzano. Se all’interno di ciascun bidone s’installa un sensore a ultrasuoni, è possibile inviare aggiorna- menti a intervalli regolari riguardanti la quantità di À w z v del cloud sono in grado di combinare i dati relativi allo stato dei bidoni con altre informazioni alle quali v À varie zone della città e le condizioni meteo, potendo EcoStruxure di Schneider Electric è un esempio di così prevedere con quanta rapidità potrebbe riempirsi sistema basato su cloud per la gestione dei dati IIoT ciascun bidone in base alle letture precedenti. Tutta- via, senza i dati sullo stato effettivo di un bidone, i dati pi di attività complessivi attraverso l’utilizzo e la com- À v binazione di diverse modalità di rilevamento. In un del calcolo di quali camion potrebbero impiegare più ambiente industriale, i sensori possono monitorare la tempo a percorrere i rispettivi itinerari. salute dei motori attraverso l’analisi delle vibrazioni Disponendo dei dati in tempo reale sullo stato dei bi- e della temperatura, nonché lo stato di riempimento w è delle materie prime. I sensori possono anche guidare i dei diversi camion in modo dinamico, saltando i bidoni Á Á À che non hanno bisogno di interventi urgenti. Ciò può i prodotti vengono assemblati. Un’etichetta RFID su ridurre non solo la distanza percorsa da un camion, À ma anche assicurare che la raccolta non venga nega- utensile al quale questo è diretto capisca com’è neces- v Á z À N - sario procedere quando la sua interfaccia RFID legge giungendo semplicemente un nuovo tipo di sensore si il codice. À v v v z À A z- L’importanza di un sistema basato sul cloud zazione ai camion stessi, è possibile dirottarli in tempo Una questione chiave per le organizzazioni che desi- reale. Nell’ambiente manifatturiero, la tecnologia di derano migliorare le proprie operazioni attraverso le rilevamento IoT è in grado di aumentare notevolmen- tecnologie IIoT consiste nel determinare i tipi ottimali v Á - di sensori e come comunicheranno le proprie letture ai motori di analisi. Per ottimizzare la reattività in tempo reale, non tutti i sistemi di analisi saranno ai margini. S w y zz w ritrasmettono le istruzioni agli attuatori vicini e alle altre apparecchiature, in modo che il sistema funzioni Á À - nizzano i dati in modo che possano essere assimilati più facilmente dai motori di analisi remoti del cloud. Il cloud facilita l’accesso all’elaborazione on-demand ad alte prestazioni da parte delle organizzazioni, per fornire una conoscenza in tempo reale e massimizzare il valore dei dati in ingresso. Un esempio di sistema basato su cloud per la gestione Grazie al supporto per tecnologie LPWAN dei dati IIoT è EcoStruxure di Schneider Electric. un singolo gateway è in grado di coprire un’area molto La soluzione consiste in applicazioni, sistemi di ana- ampia, consentendo il supporto IIoT per gli utenti in applicazioni di rete energetica e fornitura di utenze, lisi e livelli di servizio messi a punto per le industrie; oltre che in agricoltura sono comprese la gestione delle infrastrutture, le ope- 46 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 IIOT | HARDWARE
za bisogno di alimentazione in loco. Ciascun sensore contiene la propria logica di elaborazione, così da non trasmettere più dati di quanto necessari per mante- nere i server aggiornati. Le condizioni di soglia e altri tipi di allarme, come la presenza o assenza di un’im- postazione chiave, possono essere programmate nel N è zz w z- za per monitorare le apparecchiature potenzialmente pericolose, moduli d’interfaccia RFID, sensori a ultra- suoni, sensori di pressione e monitor di posizione. Mol- ti settori possono trarre vantaggio dalla combinazione di sensori XIOT e cloud Ecostruxure. In un’applicazio- A Á u u À , S ne, i sensori sono stati installati all’interno dei condot- Schneider fornisce il supporto per sensori che utilizzano ti e nei tubi di scarico di un’azienda di servizio pubbli- Zigbee e tecnologie WLAN simili co per monitorare se le valvole utilizzate per aiutare a convogliare l’acqua piovana attraverso la rete funzio- razioni del centro dati, il controllo industriale e le reti v N - energetiche. Siccome l’interoperabilità è fondamentale lacciamento all’energia elettrica benché in alcuni pun- v w z- ti fosse possibile utilizzare dei pannelli fotovoltaici per zati in ciascuno di questi quattro settori, EcoStruxure alimentare le unità sensore. Oltre a fornire un’analisi consente una varietà di applicazioni device-agnostic, agli utenti, il sistema installato basato su 1.000 sen- v z Á z Á sori era in grado di far risparmiare oltre 100.000 euro nell’impresa. EcoStruxure include il supporto non all’anno evitando gli allagamenti e riducendo i con- solo per l’elaborazione nel cloud ma anche al livello trolli manuali sulle valvole. In agricoltura, gli inter- di controllo dell’edge, fornendo la capacità critica di À z gestire operazioni a livello locale e supportare l’auto- mobili vengono ora utilizzati per rilevare ostacoli sul mazione avanzata e le capacità dell’operatore. I server percorso di ciascuna macchina e per sapere se ciascun w y w ciclo di irrigazione è terminato. I sensori di pressione più vicini a essi. Tuttavia, con il supporto per tecnolo- v À z LPWAN L w P w W A N w k v LPWAN - S x L R w y è stema cloud possa monitorare l’andamento degli irri- un’area molto ampia, consentendo il supporto IIoT per gatori in funzione su una vasta area senza richiedere gli utenti in applicazioni di rete energetica e fornitura visite regolari costose da parte di operatori in carne e di utenze, oltre che in agricoltura. I monitor di sicu- ossa. Tale approccio è applicabile altrettanto bene al rezza su gate di blocco su canali remoti possono essere v À accessibili tanto quanto i monitor di stato delle porte sensori utilizzati per monitorare i lunghi trasportatori presso una fabbrica o sottostazione possono estendersi utilizzati per trasportare i minerali durante le attivi- per decine di chilometri grazie al range di comunica- tà minerarie a cielo aperto. Gli elementi chiave della zione RF di Sigfox e LoRa. All’interno di un campus miniera possono essere messi al sicuro tramite senso- À S v S ri RFID e di posizione delle porte. Se qualcuno entra supporto per sensori che utilizzano Zigbee e tecnolo- nell’area senza l’idonea autenticazione RFID o a un WLAN P Á v w è i sensori XIOT di Telemecanique possono essere con- rilevare l’anomalia e far scattare un allarme. Ciò com- À porta un controllo molto più approfondito di siti che, in q WLAN LPWAN z À - L’uso di protocolli di rete a bassa tensione consente re. Mettendo insieme questi diversi sensori, gli utenti alle unità sensore a batteria di effettuare misurazioni industriali hanno una panoramica molto più completa e trasmettere i dati rilevati. Possono effettuare queste e puntuale delle proprie operazioni, sfruttando tutta operazioni nel corso di periodi da cinque a 10 anni sen- la potenza dell’IIoT. 47 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 HARDWARE | COMPUTER HOUSINGS
Soluzioni di alloggiamento per computer industriali
Nel corso dell’articolo, dopo aver esaminato le varie tipologie di alloggiamenti per questa particolare tipologia di computer, verrà spiegato quali soluzioni sono più indicate in relazione alle varie aree applicative
Stephan Leng, Product Management Business Unit Electronics HEITEC
v q z ù V engono utilizzati in molte applicazioni in- z v v dustriali e senza di loro quasi nulla funzionerebbe. E À ù v v - Alloggiamenti basati sulla tecnologia 19” tà, controllando, raccogliendo dati ed elaborando- La tecnologia 19” rappresenta molto spesso la scel- li: si sta parlando di computer industriali. Benché q v - architetture e componenti di base, come processori, z ù chipset, interfacce e memoria, non si allontanino assiemi elettronici. Sono disponibili due tipi di tecno- molto dai normali PC, in termini di requisiti am- 19Ã zz v : k z v Á P - R zz À v Á P ù z À v zz - Subrack z ù v v v I k ò À À - z v z v Á - v L z 6 P è v v L 30 48 zz 160 3U lungo termine di tutti i componenti è un prerequi- 133 35 zz À 19Ã sito essenziale per la tutela tecnologica e degli in- zz 600 ù 15+U v vv 666 75 ù zz O q Dato il crescente contenuto di networking trami- E 3U 6U T T componenti “installabili” includono anche architet- T T y 4 0 - k U v ù À Á z - offerto da queste soluzioni meccaniche è che si ba- ne, cioè con dimensioni e prestazioni “ritagliate” in sano su standard IEC e IEE collaudati e consolidati. v z z v - Q À lenti, sta aumentando quasi senza sosta. Il “compu- z z E Á - Ã À mentazione rapida di prototipi, di alloggiamenti in termini generali, non esiste ma, nonostante gli z Á z è v piastre di montaggio o di adattamento a dimensio- N v À Á z ù Â Ã ù v v z 48 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 COMPUTER HOUSINGS | HARDWARE
3U 4U Á - v Á z e design. Questi hanno tutti in comune le molteplici À B Á P - ù v q applicazioni industriali in termini, ad esempio, di z v z v z z contaminazione e umidità. L P v q v Á Esempio di alloggiamento a guida DIN: analizzatore stesso, e la selezione quasi illimitata di componenti di corrente da fulmine di Phoenix ad alte prestazioni, come processori, schede madri, À o ad alta disponibilità, possono essere attuate solu- a rendere i PC industriali estremamente attraen- z v - ti, anche nel formato a 19 pollici. Data la grande v - v v P v z  w à può essere realizzato anche con un budget limita- v À v ù - quali VME, VPX, PXI, CompactPCI, CompactPCI- rizzati da aspetti quali compatibilità con gli stan- S A v T A T A D z v struttura dei componenti corrispondenti sono deter- termine, semplicità di espansione e completezza minati dallo standard selezionato, che di solito de- v - À v - damentale considerando la complessità dei cicli di dulo e di backplane. Pertanto, gli standard non solo omologazione. À z z  à Essi offrono quindi i migliori prerequisiti di scala- Á À v v q - v S v z v - v E - À - le applicazioni mobili. Il potenziale tangibile della v S q Á - v - z v v z v z Q ò v v z P é v v v z vv v ù zz v solo nelle aree industriali classiche, ma costituisco- - no una base stabile anche per la fabbrica digitale. v zz Il loro campo di applicazione, come illustrato nel PU è v À z À è L v HEITEC Electronics fornisce alla vv ò sua consociata HEITEC PTS – un fornitore di z v - tecnologia industriale a raggi X per ruote in al- logia 19”. luminio fuso – una serie di PC industriali da 19 pollici per il controllo dei sistemi di ispezione com- Alloggiamenti per PC industriali pletamente automatici “HeiDetect Wheel Robot”. Gli alloggiamenti da 19” per PC si sono affermati Grazie alla collaborazione con il Fraunhofer In- in molti settori industriali e sono disponibili con stitute w v z zz 1U v  SARà è v v 1U 2U - è v z - zz v v q v 49 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 HARDWARE | COMPUTER HOUSINGS
PC industriale per HEITEC-PTS
ti in armadi, scatole di fusibili, morsettiere e altro. S zz À ù v - riate utenze elettriche sia frontalmente che lateral- mente. L’area applicativa preferita può essere già q à z À z Ä: G z À installazione elettrica, l’uso del montaggio su guida DIN per i computer industriali ha senso se si de- qualità dell’immagine stabile. Combinato con un sidera una combinazione dove è richiesta la pros- q Á - simità tra elettronica/controller e apparecchiature bile raggiunge velocità molto elevate ed è quindi elettriche complete. ideale per essere inserito nelle linee nella produ- U è PL Á À- zione di massa. Poiché il sistema è soggetto a con- nitiva un computer industriale – che deve essere tinui sviluppi in termini di tempi di produzione strettamente collegato nel quadro di comando con e qualità dei dati, i requisiti relativi al PC indu- l’impianto elettrico da controllare. Le strutture su striale aumentano di conseguenza. I computer da guida DIN sono in genere piuttosto piccole, poiché fornire per ogni nuova generazione sono sempre le dimensioni dell’alloggiamento dei dispositivi de- z À v À zz contenere o ridurre i tempi di ciclo durante la pro- À L duzione in volume. v q À - À  - Cassette trico o dei sistemi di distribuzione, che presentano i Le cassette slide-in offrono un’altra variante interes- binari sul retro. Le dimensioni sono standardizzate sante della tecnologia 19”. Con l’ausilio delle casset- e le varie tipologie sono riassunte nella norma DIN te è possibile creare unità indipendenti e modulari, EN 60715. Pertanto, il concetto viene spesso utiliz- che possono essere inserite in un subrack e integrate z z À in un sistema completo. Ciò è particolarmente uti- Un esempio di questo tipo di montaggio è l’alloggia- le quando, ad esempio, un sistema basato sulla tec- mento speciale che HEITEC ha realizzato per un nologia 19” deve svolgere diversi compiti, pertanto, analizzatore di corrente di fulmine Phoenix. L’ap- deve essere adattato rapidamente e facilmente alle plicazione è caratterizzata da numerosi elementi funzionalità richieste e la variante basata su archi- elettrici di pura elaborazione dati, dalla robustezza tetture backplane standard non è adeguata a causa À della mancanza di componenti. A tale scopo, le ri- dalle esigenze d’integrazione nell’ambiente di si- spettive cassette possono essere equipaggiate con i stema e dalle opzioni di connettività verso reti più componenti elettronici necessari. Le cassette possono grandi. essere collegate al sistema di base mediante prese di L’integrazione di moduli e tecnologia di controllo adattamento sulla parete posteriore, in modo che sia è relativamente semplice e consente anche un cer- possibile ottenere casette funzionanti in modo indi- to grado d’individualizzazione, ma la selezione di pendente. Non ci sono quasi limiti per l’utente. contenitori per guida DIN standard disponibili sul In sintesi, si può dire che la tecnologia 19”, nono- mercato è limitata e non può essere paragonata, ad stante il contenuto per lo più complesso, facilita esempio, alla “cassetta degli attrezzi” disponibile l’integrazione e la manutenzione del sistema. Se è per la tecnologia 19”. Sistemi complessi e stretta- necessaria un’implementazione rapida, economica e À - robusta con componenti collaudati, la tecnologia 19” sivamente realizzati sulla base di architetture di è praticamente l’unica opzione per una moltitudine accoppiamento proprietarie. di soluzioni di alloggiamento. Va anche sottolineata la possibilità di combinazione D N 19Ä: E - Alloggiamenti per guida DIN TEC ha progettato numerosi adattatori per guida Le guide DIN (o DIN RAIL) sono utilizzate nell’in- DIN per collegare questi due mondi e risolvere il gegneria elettrica per il collegamento di componen- problema della coesistenza di diversi moduli piatti 50 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 COMPUTER HOUSINGS | HARDWARE
HeiPac DIN Rail ECO equipaggiato con componenti per guida DIN
o della combinazione tra apparecchiature di auto- mazione e tecnologia di elaborazione embedded in alloggiamenti da 19”, che può rappresentare una v À ò integrare in un alloggiamento moduli elettrici ed v L D N 100 400 zz vv - Á - li. Ciò consente di montare moduli su guida DIN in v È q - subrack da 19” in parallelo a moduli di calcolo inte- si soprattutto soluzioni quali mini-ITX, Pico-ITX, P v q D N NU NU ò Á - possono essere utilizzate anche nella parte poste- te di attenersi a uno standard almeno durante la U Á v è z P D N v q z R E O E ù ù su guida DIN in un rack da 19”. Con un requisito di unità hardware. In termini di prestazioni, interfac- z 3U ce, funzioni e raffreddamento, il mercato offre una D N 400 q À x P Á Á L A seconda del produttore, questi rappresentano 150 Á z solitamente soluzioni e piattaforme proprietarie DIN comuni senza il rischio che i componenti spor- v v - Á z S v z - z Á Alloggiamenti di dimensioni ridotte À Le soluzioni di alloggiamento di piccole dimensioni controllo dei sistemi. L À z v sono sempre allettanti quando i singoli sistemi non raffreddamento e protezione IP sono altrettanto v é - v S z q v nicamente né elettricamente con altri componenti v z P20 - v - z v À te integrati in un sistema generale quando i clienti q P68 L q À N Q ò Á - standardizzazione completa per queste soluzioni. In zz z v T v v - termini di economicità di implementazione, tutta- ata la complessità di scelta degli alloggiamenti, sia v v zz ù - in termini di tecnologia che di costi, aspetti parti- nologie e componenti standard, ad esempio per la colarmente importante in un ambiente industriale E v di lunga durata. Tenendo conto di questo, possono di conseguimento dei requisiti. Per grandi quantità, v - le soluzioni di alloggiamento possono essere otti- razione in Italia di HEITEC con Cematech B zz LÁ - G v glia è che non esiste un sistema modulare standard esperienza e una grande libreria di progetti per completo da cui attingere e il prototipo risulta esse- Á z Á v z - re costoso. Il miglior esempio sono i box computer. ni di alloggiamento in ciascuna di queste aree, ma anche una corrispondente profondità di offerta e Box computer un ampio portafoglio standard immediatamente I x v ò Á v P x - z v puter non ci sono praticamente standard che de- À À Á DÁ per una soluzione ottimizzata in termini di costi, v - oltre che a soluzioni in cui gli oneri una tantum dri in cui almeno dimensioni, punti di montaggio v z À le piccole quantità. 51 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SOFTWARE | AI VERIFICATION
Come utilizzare l’emulazione hardware per verificare i progetti di AI La verifica di AI e ML esige la presenza di tre caratteristiche fondamentali: determinismo, scalabilità e virtualizzazione
Jean-Marie Brunet Direttore Marketing Sr Applicazione dei progetti Mentor, a Siemens Business di AI/ML
siti, di per sé, è raro U ltimamente, ovun- nel campo dell’emu- que si rivolga la propria lazione hardware, attenzione, non si può fare ma per molte altre a meno di incrociare ri- tecnologie ne sono ferimenti all’Intelligenza necessari solo due, A di questi tre. Per l’acronimo inglese, più dif- l’AI, invece, sono fuso) – e ciò anche nel mondo indispensabili tutti e consumer. Quello dell’AI è un tre. La ML, nel corso tema caldo per via delle nuove della cosiddetta fase di Machine Learn- “addestramento”, com- ing), che stanno sperimentando un’e- porta innanzitutto la crea- voluzione molto rapida. L’AI viene spesso zione di un modello – quantome- citata come uno dei mercati critici per i fornitori no nella sua versione supervisionata. di elettronica, ma in realtà non è un mercato: è una Tale modello viene successivamente implemen- tecnologia. Una tecnologia che sta silenziosamente tato all’interno di un apparato, oppure nel cloud, – o talvolta non tanto silenziosamente – penetran- per la cosiddetta fase di inferenza, nel corso della do in molti mercati. In alcuni di questi mercati ciò quale il modello preventivamente addestrato vie- comporta l’utilizzo di applicazioni che presentano ne messo all’opera all’interno di una applicazione. criticità per la sicurezza, vale a dire, per le quali La fase di addestramento è caratterizzata da una la salute o la vita stessa delle persone dipendono elevata sensibilità. Il modello viene infatti derivato dal fatto che l’AI funzioni correttamente oppure da un set molto esteso di casi di esempio. Ma basta no. L’AI non solo è incredibilmente importante, ma una variazione dell’ordine dei casi di esempio, an- presenta anche delle differenze rispetto a molte al- che di un solo elemento, per ottenere un modello tre importanti tecnologie in termini di come possa differente. Può poi accadere che anche tale model- v lo differente si comporti correttamente – questa è un’altra peculiarità della ML: le soluzioni corrette Tre requisiti chiave sono molteplici. Ognuna di esse può condurre alla L v - stessa riposta, ma attraverso un percorso differen- ratteristiche fondamentali: determinismo, scala- te. Le tecniche di addestramento dell’AI includono bilità e virtualizzazione. Nessuno di questi requi- anche delle attenzioni volte ad assicurare che un 52 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 AI VERIFICATION | SOFTWARE
dato modello non sia sbilanciato rispetto ad uno y z À q q z è risultati consistenti tutte le tecniche comportano v q z comunque l’utilizzo di insiemi ripetibili di step e di poiché sono diversi sia la struttura sia le modalità P é è v À un modello che continua a cambiare. L z ò A v À è - che i cazione può facilmente richiedere numerosi modelli S v v z - A z w k v - N v zz v zz E E v zz v spettro di valori di input che devono riconoscere. v v z - ò À q è q - tra un run e quello successivo. cedente viene ricostruito al di sopra di uno nuovo Questi sono i motivi che stanno alla base della ne- v À v cessità di determinismo. G A z v - di elaborazioni non particolarmente complesse ma zz v ò q sulle performance. SOFTWARE | AI VERIFICATION
- V Á L v À V ò - S che si stia testando w w z ò - À v La virtualizzazione consente di eseguire numerosi Framework di AI/ML, anche nel zz contesto di svariati benchmark di performance w - dendo passo-passo nel Questi sono i motivi che stanno alla base delle ne- À é cessità di scalabilità. I À A v ; Á G V : v ò À- 40 15 Q v zz - E - V v v z - v À A À zz mano a mano v v z è z è - : q è v N - v z è v v À v À I v zz z E v v q - Á L z N v À V ò è k E v zz S ò Á - - q v z v À À A v - zz v v v À - k é z È q z v z - v v z v À z - I À v z A À ò - L - q v z v À G V - stata stabilita. E q v À A v v zz z ù v z A Caratteristiche della piattaforma Veloce v À I q z - v zz z v z 54 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 DEVELOPMENT CYCLES | SOFTWARE
Embedded Linux e sistemi real-time proprietari: confronto dei cicli di sviluppo Sono molte le considerazioni da fare quando si tratta di scegliere tra Embedded Linux e un sistema operativo proprietario: non è solo una questione di costi, ma anche di complessità, facilità d’uso, strumenti avanzati di compilazione e debug, time-to-market, produttività dello sviluppatore e problematiche di sicurezza
Marcus Nissemark Field Applications Engineer Green Hills Software
nell’ambito del Progetto Yocto per quanto riguarda U na distribuzione Linux Embedded, con il una serie limitata di versioni recenti del kernel Li- suo kernel e pacchetti software, offre un ampio cor- nux, o grazie allo strumento di compilazione LTIB redo di software pronto all’uso, una caratteristica per le versioni più vecchie. Questo fatto potrebbe molto apprezzata sia dai manager sia dagli svilup- condizionare gli utenti a limitarsi a una versione del S z À - kernel Linux e del middleware, o a un sistema di v z À z - build e alle funzionalità che supporta. A seconda dei ne, resta comunque una soluzione molto utilizzata. q À v - Un sistema operativo real-time (RTOS) proprietario, mentare funzionalità in un middleware esistente o con una codebase minimale e una limitata disponibi- migrare il codice nel sistema di build. Tutto questo lità di middleware, può essere in grado di soddisfare v À v v gli stessi requisiti software, ma l’approccio è diverso. visto che l’intenzione era proprio di riutilizzare pac- Ci sono molte considerazioni da fare quando si tratta chetti software esistenti. di scegliere tra Linux Embedded e un sistema opera- I fornitori di RTOS collaborano normalmente con i tivo proprietario. Non è solo una questione di costi, fornitori di semiconduttori, aiutandosi a vicenda nel ma anche di complessità, facilità d’uso, strumenti supporto dei SoC. È quindi importante informarsi avanzati di compilazione e debug, time-to-market, presso di loro relativamente al tipo di supporto for- produttività dello sviluppatore e problematiche di nito, visto che spesso ricorrono alla rete di partner sicurezza. e all’ecosistema per supportare middleware estesi q À w La scelta dell’hardware condiziona i requisiti connettività. I fornitori di semiconduttori possono for- Il problema comincia a livello hardware. Molti circu- À v z z iti integrati SoC commerciali supportano Linux, ma singolo caso d’uso. Possono inoltre fornire funziona- ciò spesso si limita al farsi carico da parte dei forni- lità come miglioramenti della sicurezza, conformità tori di semiconduttori del rilascio, supporto e upload alla Functional Safety o funzionalità hard real-time dei propri contributi per il kernel e lo user space Li- che una soluzione Linux non possiede. Ad esempio, x À - Green Hills Software con INTEGRITY supporta il sieme delle componenti open-source. Ad esempio, SoC i.MX6, mentre altre società supportano alterna- NXP supporta il classico SoC NXP i.MX6 Cortex-A9 tive Linux commerciali per lo stesso SoC. 55 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SOFTWARE | DEVELOPMENT CYCLES
Sistema di compilazione e gestione ognuno dei quali richiede le proprie procedure di della configurazione À z z z È I requisiti portano all’utilizzo del Progetto Yocto e perdersi cercando di navigare tra ciò che il fornitore del suo sistema di compilazione. Yocto è un proget- dell’hardware supporta, i requisiti dell’utente e le to open-source, guidato dalla Linux Foundation, effettive soluzioni software disponibili e collaudate. il cui obiettivo è migliorare il processo di sviluppo À z software nella realizzazione di sistemi Linux Em- le dipendenze dei pacchetti è una delle attività più bedded. È una soluzione adatta a molte applicazioni À Á v L - Linux Embedded, purché si conosca in anticipo il la- nux Embedded. Ad esempio, l’aggiunta del supporto voro da fare (Fig. 1). di un nuovo pacchetto software può portare una di- I Y ò zz À - pendenza da un altro pacchetto software o da un’al- z À v è - tra versione di tale pacchetto non incluso nel sistema z  À à Q z v À memoria su disco e lunghi tempi di realizzazione. La v À À z À da effettuare nel sistema, senza che nessuna fosse Y À v - stata prevista inizialmente. Il problema delle dipen- w z  à - denze è simile a un approccio dall’alto verso il basso v zz À z À z - creazione e l’installazione di componenti nel proprio ware. Ciascun componente o pacchetto deve essere sistema Linux Embedded. À z L  à Y - o per adattarsi ai requisiti. Queste attività possono latore di terze parti o ne costruiranno uno a partire durare diverse ore. dal codice sorgente. Se questa operazione non viene Per un RTOS proprietario, esistono anche dipen- ò v À - denze da varie versioni e componenti supportate dal À z fornitore o dalla sua rete di partner, quindi la scelta Inoltre, la fase di creazione di un cross-compilatore è limitata alle soluzioni software che questi suppor-  À à Á z T v À z z À un RTOS proprietario avviene includendo le sole tempi aggiuntivi, causando inutili rischi dal pun- componenti necessarie, con un approccio dal basso to di vista del test e della validazione. Un RTOS v Á À come INTEGRITY solita- mente richiede una ver- sione validata dell’insieme toolchain-compilatore da usare obbligatoriamente, e alcune alternative Linux commerciali la inseriscono come parte del supporto a Yocto. Ciò elimina i rischi À z À il processo per lo sviluppa- tore. Il passo successivo è la À z - ne del sistema Linux Em- bedded all’interno di Yocto. Ciò consiste di un kernel Linux, di patch relative all’hardware e di una serie di pacchetti open source, F . 1 Á P Y à 56 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 DEVELOPMENT CYCLES | SOFTWARE
. Q - - h - . L q è à q A O X - k A à O GL À - . q - R O . À - F . 2 L H w À - à À - à. hé q à À Q - À . Q R O - h b w . . L E b L x h h La concentrazione dello sviluppatore è L L x E b è b bb . w - L è h . - ò À h h à . . E b L x è b : b - b b q - . 2 b E - : E Á Time-to-market: N À . - b - L x E b h R O - À h - b GN b w . . b GN h - Á E À : À- À - À à ù À b : ò è ù ù b w À b E q à. À . - Á T : - b - bb - À . w b . Á R : - R O - h - h ù b b À À . 57 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SOFTWARE | EMBEDDED SW ANALYSIS
FreeRTOS: come visualizzare i tempi di risposta di un sistema operativo real-time Grazie a Tracealyzer è stato possibile individuare e risolvere un problema che comportava un allungamento dei tempi di risposta di un task a elevata priorità
Dr Johan Kraft, k k . CEO e fondatore y Percepio è - Percepio AB b w b b R O . E è 25 À h P À À w b - h - R O è b w - .
y P è 25 À comportamento del software in tempo reale
58 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 EMBEDDED SW ANALYSIS | SOFTWARE
Fig. 1A – Versione precedente
Fig. 1B – Nuova versione
Un ricco archivio di esempi Tracealyzer: principio P - di funzionamento zz T yz z N Tracealyzer è basato su un meccanismo di trace q Á v v v - a livello software, un approccio molto flessibile v k T P/ e adatto a ogni tipo di processore. Per registra- P À y Á RTOS - re un trace è sufficiente includere la libreria di z ARM x 4 registrazione (recorder library) di Percepio nel v v k ÁRTOS proprio build, procedere alla configurazione e av- k v viare il processo di registrazione. k La penalizzazione (overhead) in termini di presta- z À - zioni è di pochi microsecondi per ogni evento e il è v trasferimento avviene in modo continuo (strea- Á ming mode) attraverso il debugger, via TCP/IP o Á v - altri canali. Il trace può anche essere memoriz- v ù E zato temporaneamente in un buffer in RAM (sul q v q - target) e caricato a richiesta. Â Ã Per maggiori informazioni e per iniziare ad uti- L z vv lizzare Tracealyzer sono disponibili le seguenti v D q risorse on-line: q v - Pagina di prodotto: https://percepio.com/tz/ À Á V freertostrace À v - - Guida per l’utente: https://percepio.com/ vv À docs/FreeRTOS/manual z z q À - Per iniziare: https://percepio.com/gettingstarted Per qualsiasi altra informazione è possibile con- z A q è - tattare [email protected] o il distributore zz T yz - locale. 59 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SOFTWARE | EMBEDDED SW ANALYSIS
Fig. 2A – Versione precedente
Fig. 2B – Nuova versione
- - q q . à b h . è - q - R . 1A 1 h h h k 60 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 EMBEDDED SW ANALYSIS | SOFTWARE
Fig. 3 – Aggiunta di un “User Event” nel Logger task
% . - - 7% . - - . P - À : . - . 6. . . - P - - À . - - À À . - . - . Come migliorare le prestazioni À À - À - . . À - ? - _ - À . - À- Á - w À 4. I À - . F . G À Áu u z . 61 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 SOFTWARE | EMBEDDED SW ANALYSIS
i o osso (si accia semp e i e ime to a a Àgu a 5). A questo pu to è uti e o- ma a si se questo tipo i esig sia a eguato. P oba- bi me te o è ecessa io sc i e e i messaggi su u À e u o a a o ta. Se i - c eme tassimo a p io ità e Se e task ispetto a Logge task, i Se e task o sa ebbe i te otto così eque teme te e pot ebbe o i e u a isposta i tem- pi più b e i. I messaggi i oggi g o ebbe o esse e memo izzati tempo a ea- me te e a Logge Queue F . 5 V u zz z  à z u À o a mome to i cui i Se - su una particolare coda di messaggi e task abbia te mi ato e sue ope azio i (o a t i task a À w e e ata p io ità). So o a questo pu to sa à possibi e . ip isti a e i Logge task e e abo a e tutti i mes- ÁLogge Queue saggi memo izzati i mo a ità batch (o e o come se e g aÀco, si ap e a ista ÁKe e Object Histo y si t attasse i u i sieme u ico). (o e o o sto ico eg i oggetti e ke e ) che most a I isu tati otte uti so o ipo tati i Àgu a 6. I tem- tutte e ope azio i e ettuate su questa co a i mes- po i isposta più e e ato è o a pa i a 5,4 ms, co t o saggi ( ig. 5). Come p e isto, i Logge task ice e i 7,5 p ece e ti, i e io e a che ispetto a a p ece- eque teme te messaggi, u o a a o ta, e ie e e te e sio e (5,7 ms) o osta te a p ese za i b occato opo og i messaggio, come i icato a Ápa - u maggio ume o i egist azio i. Ciò è o uto a atto che Logge task o i - te ompe più i Se e task, ma e abo a tutti i messaggi Ái attesa i u u ico batch u a o ta che i Se e task abbia te mi ato e sue ope- azio i. È a che possibi e e e e e etichette ( abe ) i e e ti pe e ope azio i su - a co a i messaggi. Come p e isto i so o pa ecchi chiamate ÁxQueueSe  i seque za, se za comu que essu a opzio e i b occo (etichetta ossa) o i te u- zio e ei task. Sussisto o a co a i te uzio e e ati e ai task ADC che comu que Fig. 6 – Il più elevato tempo di risposta del Server task dopo il cambiamento di o ge e a o atti azio i ag- priorità giu ti e e Logge task. 62 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 EMBEDDED | PRODOTTI
Display WXGA Rugged+ KOE (Kaohsiung Opto Electronics) ha presentato un nuovo modulo di visualizzazio- ne da 10,1 pollici. Siglato TX26D207VM0AAA questo nuovo display TFT Rugged+ ha una risoluzione WXGA (1.280 x 800 pixel), un forma- to 16:9 e utilizza la tecnologia IPS che offre angoli di visualizzazione di 176° (in verticale e orizzontale). Il rapporto di contrasto, invece, è di 1.500:1 e la luminosità del sistema di retroilluminazione a LED raggiun- ge le 1.000 cd/m². L’interfaccia dati LVDS a 20 pin garantisce il supporto di colori RGB a 8 bit e di una gamma di 16,7 milioni di colori. I produttore dichiara una durata operativa nominale di 70.000 ore al 50% di luminosità. Sono supportate temperature di esercizio comprese tra -30 °C e +85 °C e temperature di stoccaggio comprese tra -40 °C e +90 °C. I moduli di visualizzazione TFT Rugged+ di KOE sono idonei per ap- plicazioni ad alta affidabilità in ambito industriale, medico, per veicoli, per la segnaletica digitale, aerospaziale e nautica. Sistemi fanless con processori Intel Apollo Lake Contradata ha presentato la nuova serie di sistemi rugged fanless DA-1100, sviluppati e prodotti da Cincoze. Questi sistemi embedded ultra compatti sono basati sulla piattaforma Intel Apollo Lake con i processori Celeron N3350 e Pentium N4200. I sistemi sono completamente fanless e cable-free, con range di temperatura operativa esteso da -40 °C a +70 °C, elevata resistenza a shock e vibrazioni (5G/50G) e tensione di alimentazione da 9 a 48 VDC con protezioni da sovra-tensioni, sovra- correnti e inversioni di polarità, caratteristiche fondamentali per l’utilizzo in applica- zioni industriali. Per lo storage sono presenti internamente una sede per HDD/SSD da 2.5” SATA e un socket mSATA. Essendo inoltre basati sulle tecnologie innovative CMI e CFM, i sistemi della serie DA-1.100, offrono all’utente una serie estesa di possibilità d’espansione. Grazie alla connettività Power-over-Ethernet opzionale che offre fino a 2 porte PoE con power budget di 25,5 W per porta, i sistemi della serie DA-1100 sono particolarmente interessanti per applicazioni di visione e videosorveglianza. Motherboard industriale Mini-ITX con CPU Coffee Lake mITX-CFL-S è una motherboard industriale di Kontron caratterizzata da un fattore di forma Mini-ITX e l’impiego di processori Intel di ottava generazione, quelli con il nome in codice Coffee Lake. La gamma è composta da due modelli che utilizzano rispettivamente CPU Intel Core i e Xeon E. Il chipset utilizzato è quello C246/C242/Q370 di Intel, mentre per la me- moria sono disponibili 2 socket per U-DIMM DDR4 e il supporto ECC. Per le interfacce, la dotazione è particolarmente completa e comprende, fra l’altro, una eDP, una porta HDMI e due DP per l’output video, tre GbE LAN Ethernet, fino a sei porte USB 3.1. Per la sicurezza, invece, è installato un chip TPM 2.0 di Infineon e la soluzione opzionale APPROTECT di Kontron. Queste caratteristiche rendono utilizzabile la motherboard per applicazioni embedded come per esempio quelle di infotainment, automazione industriale, controllo processi, server per storage nel segmento small business, workstation entry level oppure per applicazioni cloud. 63 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 PRODOTTI | EMBEDDED
Sistemi industriali rackmount KISS Kontron ha presentato il PC industriale rackmount KISS 1U Short V3 CFL, un componente particolarmente compatto della famiglia di prodotti KISS (Kontron Industrial Silent Server) per applicazioni come l’automazione industriale, il controllo di processo, l’elaborazione di immagini di fascia alta, per applicazioni SCADA/MES e in aree come gli ambienti medici. Basato su processori Intel Core i7/i5/i3 di 8a generazione con chipset Intel C246 Express, questa nuova versione utilizza un design modulare e uno chassis 1U. Il nuovo KISS 1U Short V3 CFL funziona con i sistemi operativi Windows 10 LTSB o Ubuntu Linux, dispone di due interfacce USB 2.0 nella parte anteriore, quattro interfacce USB 3.0 nella parte posteriore, due porte Gigabit LAN e una porta DVI-D. Grazie alle unità rimovibili e ai vari slot di espansione, il sistema può essere adattato in modo flessibile alle esigenze del cliente. Il sistema può operare in un intervallo di tempera- tura da 0 °C a oltre 50 °C con funzionamento continuo.
Ampliata la gamma di connettori HALO LED La famiglia di connettori HALO LED di Lemo è stata ampliata con nuovi modelli di dimensio- ni diverse. Si tratta di connettori metallici push-pull dotati di un sistema a LED sulla flangia che può essere utilizzato per segnalazioni all’utente, per esempio sullo stato della connessione. Le tre flange illuminate disponibili per i nuovi modelli sono denominate rispetti- vamente LEG, LMG (con luce di standby) e LNG (con luce a forma di anello). Questi prodotti sono stati introdotti inizialmente per i connettori della linea B, ma sono attualmente disponibili anche per la serie T, caratterizzata da una protezione IP68. Configurabile attraverso l’elettronica integrata, il sistema permette di riprodurre un’ampia gamma di colori. L’indicatore infatti è di tipo multiplex e composto da LED rossi, verdi e blu. È sufficiente combinare le modulazioni PWM di ciascun colore per generare il colore desiderato. L’indicatore può essere configurato come richiesto dal cliente e può indicare lo stato (acceso, spento o lampeggiante) e variare l´intensità della luce emessa.
Nuova versione della tecnologia CodeMeter La piattaforma CodeMeter di Wibu-Systems, per la protezione e la gestione licenze del patrimonio digitale, è arrivata alla versione 6.80 e include nuove e importanti caratteristiche. CodeMeter 6.80 supporta infatti Universal Write Filter (UWF), un’opzione fornita da Microsoft Windows per bloccare le modifiche involontarie ai file, solitamente su di- spositivi embedded. Con CodeMeter 6.80, CmActLicense, inoltre, non necessita più di un’estensio- ne per la sua associazione ad un sistema ARM Linux. CodeMeter SmartBind, la soluzione brevettata da Wibu-Systems, per vincolare una CmActLicense all’impronta digitale di un dispositivo in modo sicuro e flessibile, è ora disponi- bile per un uso automatico. CodeMeter Runtime 6.80 viene ora fornito con una console per interrogare lo stato delle licenze in rete e fornire tutte le informazioni sulle licenze disponibili e attive. CodeMeter può così anche essere integrato in strumenti personalizzati di monitoraggio delle licenze. Inoltre, CodeMeter 6.80 risponde alle esigenze di elevata disponibilità tipiche de- gli ambienti industriali e supporta le licenze ridondanti sui server TMR (Triple Mode Redundancy). 64 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 EMBEDDED | PRODOTTI
Moduli di potenza per i settori industriale e ferroviario Flex Power Modules ha ampliato la sua gamma di moduli di potenza DC-DC destinati ai settori industriale e ferroviario e ha anche realizzato nuove versioni di prodotti esistenti. I moduli DC-DC di Flex Power Modules supportano un ampio range di tensioni di ingresso per soddisfare le esigenze di applicazioni diversifi- cate. Nel caso dei prodotti industriali, i range vanno da 9 a 36 V, da 18 a 36 V, da 9 a 75 V e da 18 a 75 V. Altri moduli operano con range di ingresso compresi tra 43 e 160 V e tra 66 a 160 V in modo da soddisfare le esigenze di svariate applicazioni ferroviarie che preve- dono tensioni di bus di 72, 96 e 110 V. I moduli sono forniti in package sigillati e incapsulati per garantire un funzionamento affidabile in presenza di polvere, umidità, vibrazioni di notevole intensità e altre condizioni di impiego gravose. I nuovi prodotti sono adatti all’uso in un’ampia gamma di applicazioni tra cui controllo di processo, automazione di fabbrica, robotica, energie alternative, reti “intelligenti” per la distribuzione dell’energia (smart grid) e strumentazione di misura e collaudo.
Piattaforma di sviluppo con la nuova MPU STM32MP1 Arrow Electronics ha introdotto la piattaforma di sviluppo Avenger96 e un SoM (System on Module) combinando le caratteristiche del più recente microprocessore di STMi- croelectronics, quello siglato STM32MP1, con le possibilità offerte dagli ecosistemi STM32 e 96Boards. Il SoM, basato sulle specifiche Linaro 96Boards, può essere usato sia nei sistemi in produzione sia per lo sviluppo. STM32MP1 mette a disposizione una architettura eterogenea che comprende due core Arm Cortex-A7 a 650 MHz e un core Arm Cortex-4 a 209 MHz. La combi- nazione con una GPU 3D Vivante con supporto OpenGL ES 2.0, costituisce una soluzione interessante per applicazioni come per comunicazioni industriali, controllo motori o automazione di edifici. Nella realizzazione della scheda Avenger96 e del SoM, Arrow ha lavorato in collaborazione con la società di progettazione DH electronics per integrare le inter- facce ad alta velocità come, per esempio, le porte Gigabit Ethernet e HDMI, l’IEEE 802.11a/b/g/n/ac e la radio BLE (Bluetooth Low Energy).
Alimentatori AC/DC da 6 W con spine intercambiabili Il Power Group di CUI ha presentato un serie di alimentatori ac-dc da parete con potenza di 6 W ospitati in package compatti di dimensioni pari a 47 x 34,5 x 26,5 mm. I dispositivi della serie SMI6B hanno una dispersione in assenza di carico inferiore a 0,075 W, intervallo di tensione di ingresso universale compreso tra 90 e 264 Vac e tensioni di uscita singole comprese tra 5 e 15 Vdc. Questi alimentatori hanno la spina intercambiabile per poter essere utilizzati con diversi tipi di prese di rete e sono conformi alle normative di efficienza energetica DoE Level VI e CoC Tier 2, in vigore rispettivamente negli Stati Uniti e nell’Unione Europea, oltre che al nuovo standard di sicurezza IEC 62368-1 per le apparecchiature ICT e AV. Gli adattatori della serie SMI6B prevedono numerose opzioni sul versante dei connettori di uscita in continua, tra cui USB Type C e Micro B. Grazie alle loro caratteristiche e alla conformità a un gran numero di standard, questi adattatori esterni possono essere utilizzati per garantire la compatibilità a livello glo- bale di un elevato numero di dispositivi utilizzati nei settori consumer, industriale e mobile. 65 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019 PRODOTTI | EMBEDDED
Nuovo display TFT ad alta definizione KOE (Kaohsiung Opto Electronics) ha presentato il modello TX34D200VM0BAA, un nuovo modulo di visualizzazione TFT da 13,3 pollici caratterizzato da una risoluzione 4K2K (3.840 x 2.160 pixel), tecnologia IPS (In- Plane Switching) e un formato wide 16:9. Si tratta di un display ad alta definizione con un pixel pitch di 0,0765 mm (larghezza) x 0,0765 mm (altezza), che equivale a una densità di pixel di 332 ppi (pixel per pollice). Il display presenta una densità di pixel sensibilmente più elevata (400% in più) rispetto ai display Full HD da 1.920 x 1.080 pixel. Gli angoli di visualizzazione sono di 176° in tutte le direzioni men- tre la retroilluminazione a LED ha una luminosità nominale di 350 cd/m². Il rapporto di contrasto è invece di 1.500:1. L’interfaccia dati RGB a 8 bit/40 pin offre lo standard eDP1.4 (embedded DisplayPort) 4-lane a 5,4 Gbps. Per quanto riguarda le applicazioni, il nuovo display di KOE è particolarmente interessante per il monitoraggio ad alta risoluzione, ma anche per i sistemi di intrattenimento per veicoli e aerei, le apparecchiature di trasmissione, i sistemi di monito- raggio medico, di machine vision industriale e di sicurezza.
Aggiornata la soluzione MCM di Adlink Adlink ha aggiornato la sua soluzione di machine condition monitoring (MCM) con l’in- troduzione del DataConnect Pro Remote Facility Information Dashboard, che integra la ge- stione dei sensori, l’acquisizione dei dati, una piattaforma edge e l’analisi delle vibrazioni tramite operatività dashboard-based. Questo aggiornamento consente agli utenti di monitorare simultaneamente più dispositivi, acquisire informazioni di funzionamento della macchina in tempo reale e creare strategie di manutenzione preventive dinamiche efficaci per ridurre i tempi di inattività e aumentare la capacità di produzione. ADLINK DataConnect Pro è un sistema di monitoraggio basato su architettura della piattaforma cloud Microsoft Azure e sui servizi SaaS. Il sistema è utilizzabile in diversi settori senza la necessità di sviluppare ulteriori programmi o di modificare l’architettura del sistema. Tra i vantaggi della soluzione MCM c’è la riduzione della complessità e dei costi di cablaggio, la semplicità e la velocità di installazione e la disponibilità degli gli avvisi predittivi.
Relè a lamelle Serie 117 per grandi matrici I relè a lamelle bipolari Single-In-Line (SIL) della serie 117 di Pickering Electronics sono sempre più utilizzati in matrici di commutazione PXI di grandi dimensioni grazie al mix fra formato ridotto, prestazioni elevate e basso costo. Per le principali caratteristiche tecniche, tutti i modelli della Serie 117 hanno una ten- sione nominale di 100 V, possono trasportare fino a 0,5 A di corrente di segnale e commutare un segnale con potenze di 5 W. Sono disponibili inoltre versioni con bobine a 3 V per sistemi che funzionano con basse tensioni di alimentazione. La versione a due poli ha un ingombro di 10,16 x 3,81 mm, mentre il dispositivo unipolare occupa 6,86 x 3,81 mm. I relè della Serie 117 si basano sulla tecnologia SoftCenter di Pickering Electronics con schermo magnetico integrale, che garantisce una elevata affidabilità ed evita i problemi di interazione magnetica in caso di alta densità. 66 EMBEDDED 73 Á SETTEMBRE Á 2019