1. Requisiti del cliente
Il cliente di SECO, un fornitore globale di distributori automatici, ha pianificato di implementare nuovi concetti di distributori automatici, inclusi quelli per succhi e bevande analcoliche nelle mense. A SECO è stato assegnato il compito di sviluppare un'interfaccia uomo-macchina intelligente (HMI) per l'integrazione in questi distributori automatici.
Requisiti HMI:
- Grande display touchscreen per una facile selezione delle bevande.
- Potenza di elaborazione sufficiente per un'applicazione con le seguenti funzionalità:
- Rendering video.
- Gestione dell'input touchscreen.
- Comunicazione con la scheda di controllo elettromeccanica del distributore automatico.
- Funzionalità Internet delle cose (IoT), sia interne che connesse al cloud.
- Capacità IoT per un'efficienza operativa migliorata:
- Tracciamento della dispensazione delle bevande e metriche di utilizzo.
- Monitoraggio dello stato del distributore automatico e dei componenti.
- Gestione della pubblicità sul display.
- Aggiornamenti software e configurazioni remoti (OTA).
- Connettività di rete flessibile: Wi-Fi, cellulare, Ethernet.
- Comunicazione cloud tramite un gateway cellulare potenzialmente esistente nelle vicinanze.
- Integrazione facoltativa di un modulo di pagamento.
- Sicurezza dei dispositivi e dei dati robusta.
Requisiti della soluzione cloud IoT:
- Monitoraggio telemetrico remoto (conteggio delle bevande, livelli di riempimento, parametri dei componenti).
- Visualizzazione chiara delle telemetrie (grafici, avvisi codificati a colori).
- Avvisi automatici per malfunzionamenti e necessità di manutenzione.
- Aggiornamenti software e pubblicitari remoti.
- Gestione remota delle macchine (individuale, area geografica, cliente, flotta).
- Sicurezza dei dati.
La scalabilità futura per incorporare applicazioni AI a valore aggiunto (sviluppate internamente, da SECO/partner o da un'app store) per un'efficienza, redditività e generazione di entrate migliorate è richiesta.
La scalabilità è fondamentale per un dispiegamento di decine di migliaia di macchine geograficamente disperse. La soluzione IoT deve essere in grado di gestire in modo affidabile questa scala e consentire una futura espansione.
2. Sfide
Le sfide hardware includono il soddisfacimento delle aspettative del cliente per un HMI ad alte prestazioni, facilmente integrabile con un prezzo unitario competitivo, garantendo al contempo una potenza di elaborazione sufficiente per tutte le attività.
Il dispiegamento vicino ad altri apparecchi in rete richiede massima flessibilità di connettività cloud. Gestire l'esplosione dei dati da una flotta di decine di migliaia di macchine presenta una significativa sfida a livello di sistema.
La piattaforma IoT esistente del cliente, sebbene una potenziale opzione, potrebbe richiedere compromessi e affrontare potenziali limitazioni di scalabilità per l'intera flotta di distributori automatici; il momento di tali limitazioni è incerto.
Anche se non dichiarato dal cliente, un software di sicurezza robusto per mitigare le minacce informatiche è essenziale.
3. La nostra soluzione
3.1 Hardware
Sfruttando la nostra vasta esperienza in soluzioni personalizzate, abbiamo definito il componente HMI. L'enfasi del cliente sulla scalabilità ha guidato la nostra scelta di una soluzione che soddisfi le loro esigenze in termini di competenza di settore, prestazioni tecniche e capacità di produzione.
L'HMI proposto utilizza un display da 15,6 pollici della linea di prodotti Modular Vision di SECO, alimentato da un processore NXP i.MX 8M Plus. Le prestazioni del processore forniscono un margine sufficiente per l'elaborazione AI sul bordo.
e in futuro. Il Modular Vision consente la facile sostituzione del Computer-on-Module (COM) installato con un processore più potente per soddisfare i requisiti futuri di prestazioni. L'HMI offre massima flessibilità di connettività con Wi-Fi integrato, Bluetooth, Ethernet, RS-232 e una connessione cellulare facoltativa. Ciò garantisce un'ottimale connettività cloud IoT indipendentemente dalla posizione di dispiegamento e dall'infrastruttura di rete disponibile. L'HMI fornisce anche le necessarie interfacce seriali e I/O per la comunicazione con l'elettronica di altri circuiti del distributore automatico.
3.2 Software IoT Clea
Clea, la soluzione software IoT di SECO, è basata su un nucleo open-source. La sua architettura modulare fornisce flessibilità e integrazione senza soluzione di continuità in qualsiasi scenario IoT. Questa struttura aperta è particolarmente vantaggiosa per i nuovi sistemi IoT che prevedono, ma non definiscono precisamente, la crescita futura, consentendo un'adattazione rapida.
Clea offre una soluzione completa per lo sviluppo dell'infrastruttura IoT. Il suo principale vantaggio è la sua idoneità per lo sviluppo iniziale e le implementazioni su piccola scala (prova di concetto, progetti esplorativi a basso budget), che possono poi essere facilmente scalati a grandi flotte di dispositivi. L'approccio open-source e il design modulare facilitano l'implementazione di nuove funzionalità e scenari.
La forza di Clea risiede nell'integrazione senza soluzione di continuità dei suoi blocchi di costruzione in ecosistemi complessi durante la costruzione di una piattaforma IoT.
3.3 Introduzione di Clea
Clea è indipendente da qualsiasi fornitore cloud specifico, offrendo maggiore controllo sui dati. La sua natura open-source consente un'integrazione facile con l'infrastruttura server esistente di un cliente.
Astarte è un framework leggero per la raccolta, l'orchestrazione e l'analisi dei dati da qualsiasi dispositivo. La sua API aperta consente l'integrazione con altri framework. Astarte gestisce il trasferimento sicuro dei dati con funzionalità di sicurezza integrate.
Edgehog funziona nel cloud come sistema di gestione degli apparecchi per la nuova infrastruttura IoT del distributore automatico. Gestisce singoli apparecchi, gruppi e l'intera flotta. È importante notare che Edgehog non è legato all'hardware di SECO, rendendolo prezioso per altre linee di prodotti.
Portal è il frontend IoT di Clea, che fornisce accesso agli utenti per la gestione della flotta e dei dati. Questo portale ospitato nel cloud consente agli utenti di accedere a report, dati, grafici, comunicare con i distributori automatici remoti, gestire aggiornamenti software, configurazioni, pubblicità e altro ancora. Portal supporta diversi livelli di granularità della flotta (singolo, gruppo o tutti i distributori automatici). Il Clea App Store e le applicazioni AI di StudioX si integrano senza soluzione di continuità, migliorando il valore dei dati e l'efficienza operativa.
Riflettendo la funzionalità cloud IoT, Edgehog OS è installato su ciascun HMI del distributore automatico. Questo sistema operativo integra le funzionalità chiave di Astarte e Edgehog con una distribuzione Linux Yocto, creando una piattaforma efficiente. L'applicazione del distributore automatico accede a EdgehogOS e alle sue funzioni IoT tramite API. L'uso degli standard IoT edge-cloud di Astarte consente la comunicazione con la piattaforma cloud IoT esistente del cliente (configurata separatamente). Le funzionalità di sicurezza integrate, inclusa la scansione in tempo reale e il rilevamento delle anomalie, proteggono contro il furto di dati e gli attacchi informatici. Il sistema operativo riceve patch di sicurezza e aggiornamenti tramite il cloud.
Questa architettura del sistema offre i seguenti vantaggi per il cliente di SECO:
- Sfruttare la loro piattaforma IoT basata sul cloud esistente con il nuovo HMI abilitato IoT fornito da SECO.
- Gestire la nuova linea di prodotti di distributori automatici per bevande sulla stessa piattaforma delle altre linee di prodotti di distributori automatici.
- Utilizzare il loro attuale dispositivo gateway IoT e piani dati cellulari con i distributori automatici per bevande.
3.4 Clea come aggiornamento complementare sulle infrastrutture IoT esistenti
Anche se non dichiarato dal cliente, un software di sicurezza robusto per mitigare le minacce informatiche è essenziale.
Per affrontare queste limitazioni, un piano a lungo termine prevede la sostituzione del software cloud esistente con Clea. Questa implementazione sfrutta il modulo Portal di Clea come interfaccia utente principale. Questa UI fornisce accesso a tutti i dati (sia dalla piattaforma legacy che da Clea) e a tutti i distributori automatici - inclusi quelli con HMI di SECO e quelli di altri fornitori. Servizi a valore aggiunto, come pubblicità e display informativi, sono integrati, insieme ad algoritmi AI che utilizzano i dati su scala della flotta per ottimizzare la manutenzione e l'efficienza operativa.
Per la comunicazione e la gestione individuale dei distributori automatici, i moduli Edgehog e Astarte sono integrati con la nuova applicazione cloud, consentendo l'interoperabilità con l'intera flotta di distributori automatici (dispositivi SECO e non SECO). Nessun dispositivo di distribuzione richiede aggiornamenti software o hardware. I dispositivi SECO, inclusi gli HMI Modular Vision, continuano a funzionare tramite Edgehog OS. I dispositivi non SECO mantengono il loro software esistente. Nell'implementazione cloud di Clea, le istanze di Edgehog e Astarte sono personalizzate per corrispondere alle capacità operative, di raccolta dati e di comunicazione di ciascun tipo di dispositivo. La loro architettura flessibile e open-source semplifica l'integrazione con hardware di terze parti, date le capacità IoT dell'hardware.
Questo dispiegamento di Clea sostituisce senza soluzione di continuità il software cloud IoT esistente. Utilizza tutti i dati storici IoT, comunica con tutti i dispositivi di distribuzione esistenti (SECO e non SECO), si adatta facilmente all'hardware aggiuntivo e scala a dispiegamenti molto ampi (potenzialmente milioni di dispositivi).
Questo caso studio complesso mette in evidenza la versatilità di Clea come interfaccia IoT per le stazioni di ristoro self-service, progettata per integrarsi con la piattaforma IoT esistente del cliente per altre linee di prodotti di distributori automatici.
4. Implementa Clea come tua soluzione IoT - Scalabile e Flessibile
I sistemi IoT sono complessi e richiedono un'ottimizzazione per soddisfare esigenze tecniche e aziendali specifiche. SECO implementa regolarmente soluzioni embedded personalizzate su misura