Ascensori connessi. Evoluzione digitale.

di Julio Gil e Pedro Fernández

Questo documento è stato presentato al Simposio internazionale sugli ascensori e le scale mobili del 2023 a Edimburgo, Scozia.

Astratto

Attualmente stiamo vivendo il consolidamento di tecnologie già conosciute, quali:

• IoT ^[1]
• CAN-BUS
• USB
• Ethernet
• Bluetooth
• WiFi
• LIFI ^[2]
• NB-OIT ^[3]/Zigbee
• 5G
• AI: apprendimento automatico, apprendimento profondo, apprendimento cognitivo
• Visione computerizzata
• Realtà aumentata (RA)
• Servizi su cloud
• EdgeComputing ^[4]
• Virtualization
• Blockchain ^[5]
• Gemelli digitali ^[6]

Queste tipologie di tecnologie sono ormai a disposizione delle piccole e medie imprese, e si stanno lentamente facendo strada nel settore degli ascensori, caratterizzato dal suo posizionamento tradizionale. 

Attualmente, le società di manutenzione stanno iniziando a collegare gli ascensori e a raccogliere dati, ma il loro utilizzo è limitato e ha scarso effetto sui processi di manutenzione. 

In futuro, si prevede che queste tecnologie cambieranno sia la manutenzione stessa (AI, realtà mista, visione artificiale, ecc.), sia il rapporto con il cliente (apprendimento cognitivo, machine learning), dall'appalto di servizi (blockchain) all'ascensore progettazione (servizi cloud, SaaS (software as a service) e produzione (gemelli digitali). La tendenza è quella di coinvolgere il cliente nel ciclo di vita dell'ascensore.

Le principali applicazioni dell’IoT negli ascensori sono:

• Manutenzione predittiva
• Monitoraggio remoto 
• Diagnosi e previsione dei guasti
• Rapporti avanzati 
• Gestione della connettività
• Gestione energetica
• Pubblicità intelligente
• Gestione del traffico
• Controllo accessi ascensore
• Sicurezza dell'ascensore
• Smart Contract

Nel settore dell'elevazione, ci sono diverse sfide tecniche da risolvere: la flotta esistente di ascensori, nuovi sensori, gestione dati, connettività Internet of Things (IoT) e piattaforma IoT.  

Al giorno d'oggi, si tratta di tecnologie diverse e poche aziende tecnologiche hanno capacità tecnica su tutte, quindi il vero valore tecnico è l'integrazione di tutte. 

Stiamo lavorando per creare un ecosistema con tutti questi elementi tecnici, con diverse tecnologie e partner per aggiungere valore a questo ecosistema.

1. Una breve storia

L’ascensore è stato un prodotto che si è evoluto lentamente rispetto alla tecnologia digitale. Forse possiamo trovare una spiegazione nelle sue origini meccaniche mentre la rivoluzione tecnologica è stata soprattutto elettronica e digitale.

Questa riluttanza al cambiamento è stata osservata principalmente nelle società di installazione e manutenzione, con i produttori, comprese le multinazionali, che spingono avanti queste tecnologie.

Dal 21° secolo, questa prospettiva sta cambiando, ma lentamente, con l’introduzione di un numero sempre maggiore di componenti elettronici e digitali, nonché con l’incorporazione di sistemi di comunicazione più affidabili, convenienti e veloci.

Un punto da evidenziare è l’evoluzione dei microcontrollori. Siamo passati da dispositivi a 8 bit con memoria molto limitata (come il PIC^® famiglia di Microchip) che erano costosi rispetto ai dispositivi a 32/64 bit con prestazioni elevate, ampie capacità di elaborazione e archiviazione (come la famiglia Renesas RX, la famiglia Texas 28xx, ARM, ecc.) a prezzi molto convenienti (sotto un euro). Ciò che prima aveva 256 byte di RAM per i nostri algoritmi, ora ci fornisce megabyte.

Infine, la rapida crescita delle comunicazioni (GSM, 3G, 4G, 5G) e il consolidamento dell’IoT nel mercato hanno accelerato la trasformazione del settore negli ultimi anni.

Attualmente, secondo The Insight Partners, il mercato globale degli ascensori genera 25,731.53 milioni di dollari di entrate hardware, di cui 7,651.43 milioni di dollari sono attribuiti ai microcontrollori e 6,604.88 milioni di dollari alla connettività IC. Per i prossimi anni è prevista una crescita costante.

Di seguito è riportata una tabella (Figura 2) con i ricavi hardware e le previsioni per l'anno 2028.

Ciò ha consentito l’introduzione di algoritmi più complessi e dirompenti, come gli algoritmi di variazione della frequenza o di controllo del traffico, che hanno differenziato le aziende dai concorrenti.

2. Tecnologie digitali

L’evoluzione tecnologica a cui abbiamo assistito negli ultimi anni ha cambiato il modo in cui ci relazioniamo con il mondo che ci circonda. Di conseguenza, sta cambiando anche il modo in cui vogliamo comunicare con gli ascensori.

Tecnologie come: 

• IoT
• USB
• CAN-BUS
• Bluetooth
• Ethernet
• WiFi
• LIFI
• NB-OIT/Zigbee
• 5G
• AI: apprendimento automatico, apprendimento profondo, apprendimento cognitivo
• Visione computerizzata
• Realtà aumentata (RA)
• Servizi su cloud
• EdgeComputing
• Virtualization
• Blockchain
• Gemelli digitali

Queste tecnologie si stanno gradualmente facendo strada nel settore degli ascensori, alcune già consolidate e altre emergenti. Stanno cambiando sia il prodotto che i processi di produzione e manutenzione.

Tra le tecnologie evidenziate:

• IoT. Già ben integrati nel settore degli ascensori, migliorando i processi produttivi. Attualmente vengono incorporati negli ascensori stessi, fornendo report analitici sui problemi attraverso i dati, consentendo la manutenzione predittiva.

• CAN-BUS. Questa tecnologia si è affermata come bus standard di comunicazione per i sistemi di controllo degli ascensori. La sua affidabilità e il basso costo hanno portato alla sua diffusa adozione nel settore, guidata in parte dal suo utilizzo nel settore automobilistico. Questa tecnologia ha sostituito i tradizionali protocolli di comunicazione RS-485 e RS-422.

• Ethernet. Questa tecnologia, sebbene ampiamente riconosciuta, è stata per lo più esclusa dall’uso nel settore degli ascensori a causa dei suoi costi elevati, sia in termini di elettronica che di cablaggio richiesto. È riservato principalmente ad applicazioni molto specifiche, come le videocamere.

• Wi-Fi/5G. Queste tecnologie consentono una connettività continua per gli ascensori durante tutto il loro ciclo di vita, fornendo dati preziosi. Attualmente costituiscono la base dell’IoT e consentiranno l’implementazione dei gemelli digitali in futuro. Sebbene siano diventati uno standard per la connettività esterna, generalmente non vengono utilizzati per le connessioni interne degli ascensori a causa di problemi di costi e latenza.

• NB-IoT/Zigbee. Queste tecnologie sono relativamente nuove nel settore degli ascensori ma non sono diventate dominanti, principalmente a causa delle limitazioni della copertura di rete, dei problemi di latenza e dei problemi di durata della batteria nell’architettura degli ascensori.

• Bluetooth. La tecnologia Bluetooth è stata esclusa dall’uso degli ascensori principalmente a causa di problemi di costi e latenza. Tuttavia, è ampiamente utilizzato per le connessioni degli strumenti di manutenzione tramite smartphone.

• USB. Analogamente al Bluetooth, l'USB non viene utilizzato all'interno dell'ascensore per la comunicazione a causa dei limiti di distanza. Tuttavia, è ampiamente utilizzato per le connessioni di strumenti esterni, sostituendo la tradizionale RS-232.

• Realtà aumentata. La realtà aumentata, ancora relativamente sconosciuta nel settore degli ascensori, ha il potenziale per sconvolgere il modo in cui vengono effettuate la manutenzione e la produzione. Attualmente viene utilizzato per la formazione del personale, ma ha il potenziale per facilitare la risoluzione dei problemi in loco ed eliminare la documentazione.

• Visione computerizzata. Come sensore negli ascensori, la visione artificiale consente il monitoraggio in tempo reale, inclusa la capacità di rilevare il numero e le caratteristiche dei passeggeri in attesa (ad esempio anziani, bambini, persone con mobilità ridotta). Se combinato con le tecniche di intelligenza artificiale, aumenta la sicurezza (rilevamento di episodi di svenimento, atti vandalici, furti, ecc.) e ottimizza la gestione del traffico.

• AI. Pur presentando un grande potenziale per l’ottimizzazione della manutenzione e la riduzione dei guasti, la tecnologia AI è ancora in fase di valutazione. Sfruttare il suo potenziale è una sfida per le aziende.

• Blockchain. La tecnologia blockchain, apparentemente distante dagli ascensori, può rivoluzionare i contratti di manutenzione e i rapporti tra aziende e subappaltatori. La capacità di registrare lo stato dell’ascensore nel tempo in un registro immutabile può costituire la base per gli Smart Contracts, dove la fatturazione dipende dalla qualità delle operazioni e la manutenzione può essere garantita.

3. Le tecnologie digitali nelle imprese manifatturiere

L’implementazione delle nuove tecnologie digitali nelle fabbriche non ha seguito un percorso parallelo all’adozione dell’Industria 4.0, tranne che nelle aziende multinazionali. Gli impianti di produzione di ascensori hanno tradizionalmente un profilo più orientato all'officina che a una catena di montaggio, rendendo difficile la transizione. Questa sfida non è dovuta solo a fattori economici; è anche un fatto culturale e richiede una trasformazione dei lavoratori e dei dirigenti.

Attualmente c’è un cambiamento in questa mentalità, con maggiore enfasi posta sul valore dei dati. Tuttavia, anche se i dati vengono riconosciuti come preziosi, le soluzioni complete di tipo Industria 4.0 sono ancora relativamente lontane in questo settore. I cambiamenti in questo settore si concentrano maggiormente sul miglioramento di macchinari e strumenti, tra cui robotica, calcoli numerici e strumenti di verifica.

Per quanto riguarda la progettazione, c’è stato un cambiamento significativo, soprattutto nell’uso di strumenti di progettazione elettronica (come Altium e Mentor Graphics), progettazione meccanica (SOLIDWORKS), stampanti 3D per la prototipazione e simulatori. Questi progressi hanno consentito una riduzione dei costi di progettazione, una maggiore affidabilità e una riduzione dei tempi di immissione sul mercato. Le aziende hanno spesso collaborato con centri tecnologici e università per facilitare questa transizione.

4. Tecnologie digitali nelle imprese di manutenzione 

La digitalizzazione delle operazioni di manutenzione ha conosciuto una crescita lenta ma costante nelle aziende di manutenzione: dai sistemi ERP specifici, tipicamente attraverso servizi SaaS, all’utilizzo dei telefoni cellulari, che si trasformano in smartphone o tablet.

A volte vengono utilizzati strumenti informali, come la messaggistica istantanea (WhatsApp, Telegram, ecc.), sia nelle interazioni con i clienti che con i propri tecnici.

Concentrandosi sulla relazione con il cliente, la maggior parte delle aziende offre portali web in cui i clienti possono accedere a informazioni rilevanti sugli ascensori. L’eliminazione della carta è quasi raggiunta e i clienti dispongono anche di app mobili per richiedere servizi e visualizzare report di guasti. Vale la pena notare che il COVID-19 è stato una forza trainante in questo senso.

Per quanto riguarda i call center, c’è una tendenza verso l’automazione della comunicazione tramite app mobili o bot telefonici.

Dal punto di vista del tecnico, i report cartacei sono scomparsi e tutta la gestione avviene tramite smartphone. La geolocalizzazione viene utilizzata per pianificare percorsi in tempo reale e le operazioni iniziano a essere pianificate in base all’inventario esistente e alla conoscenza dei tecnici di un dispositivo specifico.

L’uso di visori per realtà aumentata come HoloLens è un chiaro esempio dell’uso di questa tecnologia nella manutenzione degli ascensori. Aziende come TK Elevator e MP Lifts li utilizzano per assistere nella risoluzione dei problemi da remoto.

C’è ancora molta strada da fare, principalmente nell’integrazione del potenziale dell’IoT nei protocolli di manutenzione, nonché nell’utilizzo dell’intelligenza artificiale per la manutenzione predittiva. 

5. Tecnologie digitali nel prodotto e nel servizio 

Nella visione tradizionale l’ascensore si trova all’interno dell’edificio ma non interagisce con esso. Il suo unico scopo è trasportare persone. Le tecnologie digitali stanno cambiando questa prospettiva tradizionale in una più aperta in cui l’ascensore è considerato parte della Smart City, offrendo agli utenti servizi aggiuntivi come pubblicità, informazioni meteorologiche, notizie, promozioni e altro ancora.

I sistemi di controllo emergenti sul mercato o quelli attesi nei prossimi anni saranno intrinsecamente digitali e chiaramente IoT.

Questa trasformazione tocca due aspetti: quello tradizionale in cui l’ascensore è visto come parte dell’edificio, e una nuova dimensione in cui l’ascensore come ecosistema diventa un servizio. A questo punto entrano in gioco le piattaforme e le applicazioni mobile, di cui parleremo più avanti.

Ascensore come parte dell'edificio

Per fornire queste nuove funzionalità, anche la tecnologia dei sensori per ascensori si sta evolvendo. Vengono sfruttati i dati dei sensori esistenti, come sensori di peso, fotocellule, sensori delle porte, ecc., mentre vengono incorporati nuovi sensori come videocamere e accelerometri.

Allo stato attuale, si tende a utilizzare i sensori esistenti ed evitare di implementarne di nuovi, a meno che la loro utilità non sia chiara, per tre ragioni principali:

1. Limitazione del volume di informazioni che possono essere trasmesse
2. Il costo dei sensori
3. L'assenza di una chiara relazione tra l'informazione da trasmettere e la sua utilità come servizio

Pertanto, la tendenza attuale è quella di inviare il minimo di informazioni necessarie, a cui è chiaramente associato un servizio.

Attualmente i produttori di ascensori e le società di manutenzione definiscono questi sensori senza un criterio chiaro.

Tutto quanto sopra creerà nuove opportunità di business.

Ascensore come servizio (EaaS)

L'ascensore si sta integrando all'interno dell'ecosistema dell'edificio, offrendo la sua connettività ad altri elementi (ad esempio caldaie, porte di garage) e servizi alla comunità (ad esempio controllo degli accessi per il personale addetto alle pulizie, verbali delle riunioni della comunità, ecc.). 

Questa integrazione crea nuove funzionalità e migliora quelle esistenti, a vantaggio sia del fornitore di manutenzione che dell'utente (ad esempio, diagnosi dei guasti, efficienza energetica, app mobili).

I principali servizi che queste tecnologie digitali offrono ai fornitori di manutenzione includono:

1. Manutenzione predittiva: utilizzo di sensori IoT per monitorare i componenti dell'ascensore e prevedere quando è necessaria la manutenzione, riducendo i tempi di fermo e i costi di riparazione.
2. Monitoraggio remoto: consente ai tecnici di monitorare le prestazioni dell'ascensore e diagnosticare i problemi da remoto, riducendo la necessità di visite in loco. 
3. Diagnosi e previsione dei guasti: utilizzo di algoritmi di apprendimento automatico per rilevare e prevedere i guasti prima che si verifichino, migliorando la sicurezza e l'affidabilità. 
4. Reporting avanzato: fornisce report dettagliati sulle prestazioni, sull'utilizzo e sulle esigenze di manutenzione degli ascensori ai proprietari e ai gestori degli edifici. 
5. Gestione della connettività: garantire che gli ascensori siano connessi a Internet e possano comunicare con altri sistemi dell'edificio, come sicurezza e HVAC. 
6. Gestione energetica: utilizzo di sensori IoT per ottimizzare il consumo energetico dell'ascensore e ridurre i costi energetici. 
7. Pubblicità intelligente: utilizzo degli schermi degli ascensori per visualizzare annunci mirati in base ai dati demografici e al comportamento dei passeggeri. 
8. Gestione del traffico: utilizzo dei dati IoT per ottimizzare il flusso di traffico degli ascensori e ridurre i tempi di attesa.
9. Controllo degli accessi agli ascensori: utilizzo della tecnologia IoT per limitare l'accesso agli ascensori solo al personale autorizzato. 
10. Sicurezza dell'ascensore: utilizzo di sensori IoT per rilevare e prevenire malfunzionamenti dell'ascensore, come inceppamenti delle porte o arresti improvvisi.
11. Smart Contract
12. Gestione delle risorse. Monitoraggio delle condizioni e dell'utilizzo dei componenti dell'ascensore per ottimizzare la sostituzione delle parti e i programmi di manutenzione.
13. Risoluzione dei problemi da remoto: diagnosi e persino risoluzione dei problemi da remoto, riducendo la necessità di visite in loco.

Queste tecnologie digitali non solo migliorano il processo di manutenzione, ma migliorano anche l’esperienza complessiva dell’utente e il contributo dell’ascensore all’efficienza dell’edificio e alle iniziative di costruzione intelligente.

Tra i principali servizi offerti da queste tecnologie digitali per l'utente finale figurano app mobili finalizzate a:

1. Interazione con l'ascensore. Consentire agli utenti di effettuare chiamate remote all'ascensore, ad esempio, chiamando l'ascensore per essere pronto quando arrivano al loro piano.
2. Stato dell'ascensore. Fornire informazioni in tempo reale sullo stato dell'ascensore, ad esempio se è operativo, in fase di manutenzione o se presenta eventuali problemi.
3. Ispezioni programmate. Offre dettagli sulle ispezioni periodiche programmate, consentendo agli utenti di rimanere informati su quando queste avranno luogo e se ci sono interruzioni programmate del servizio.
4. Incidenti e risoluzioni precedenti. Visualizzazione delle informazioni sui guasti recenti dell'ascensore e sulle soluzioni applicate, offrendo agli utenti una visione completa dello storico della manutenzione.
5. Configurazione dell'ascensore. Consentire agli utenti di personalizzare alcuni aspetti dell'ascensore, come le informazioni visualizzate sul pannello di controllo della cabina e le impostazioni relative al comportamento dell'ascensore.
6. Servizi alla comunità. Offerta di servizi aggiuntivi ai residenti o agli occupanti dell'edificio, come aggiornamenti di informazioni, annunci o accesso ai servizi dell'edificio.

Queste app mobili migliorano l'esperienza dell'utente e la capacità di interagire con l'ascensore in modo efficiente e personalizzato. 

Inoltre, questi nuovi servizi creeranno nuove opportunità di business e ulteriori linee di business con pagamenti ricorrenti.

6. Sfide tecniche 

• Il parco ascensori esistente. Sono necessari investimenti iniziali elevati nella modernizzazione degli ascensori e nelle integrazioni IoT. Data l’enorme eredità degli ascensori esistenti, adattarli per raggiungere livelli di connettività utili alla loro gestione significa effettuare un ammodernamento totale o parziale degli ascensori.

• Il sostegno del governo alla Smart City^[7] sviluppo creando connettività IoT normativa e standardizzata. Ad oggi non esiste una regolamentazione per la standardizzazione della connettività per ascensori o scale mobili. Non esiste né un tipo standardizzato di operazioni da eseguire tramite IoT sugli ascensori né il tipo di informazioni da riportare dagli ascensori. Dal punto di vista tecnico non esiste una regolamentazione di protocolli standard per la comunicazione con l'ascensore.

• Protocolli di comunicazione. Si potrebbe regolamentare il protocollo di comunicazione logico e fisico e perfino la struttura e la standardizzazione delle informazioni.

• Sensori. Combinazione tra sensori standard (indipendenti o meno dal funzionamento dell'ascensore) e informazioni ricevute da ciascun controller. L’integrazione dei sensori standard, indipendenti o interconnessi con il funzionamento dell’ascensore, è fondamentale. Questi sensori raccolgono dati rilevanti dall'ascensore, fornendo preziose informazioni sulle sue prestazioni e sulle esigenze di manutenzione. I sensori forniscono informazioni. L'attuatore principale dell'ascensore è il controller dell'ascensore.

• Standardizzazione. È possibile raccogliere informazioni da ciascun controller dell'ascensore per fornire una visione completa del funzionamento dell'ascensore.

• Risolvere il modo in cui queste informazioni vengono catturate all'interno dell'ascensore, per essere trasmesse all'esterno e il modo in cui ricevere le informazioni per essere “ordinate” all'ascensore.

• Livello di connettività IoT. Particolarmente focalizzato sulla sicurezza (per evitare il traffico non controllato di informazioni).

• Piattaforma. Piattaforma per ricevere/analizzare/inviare informazioni all'ascensore. 

Al giorno d'oggi, si tratta di tecnologie diverse e poche aziende tecnologiche hanno capacità tecnica su tutte, quindi il vero valore tecnico è l'integrazione di tutte. 

Stiamo lavorando per creare un ecosistema con tutti questi elementi tecnici, con diverse tecnologie e partner per aggiungere valore a questo ecosistema.

7. CONCLUSIONE

Nell’attuale era delle comunicazioni, dell’informatica, della capacità di elaborazione dei dati e dell’IoT, l’industria in generale e i servizi di manutenzione delle apparecchiature industriali sono costretti a modificare i propri processi operativi per adottare e trarre vantaggio da questa tecnologia. Tutto ciò rappresenta una rivoluzione più grande di quella provocata dalla macchina a vapore nel XIX secolo. Questa rivoluzione rappresenta un enorme salto tecnologico il cui utilizzo implica necessariamente la reinvenzione dei processi e dei servizi aziendali.

L’avvento dell’IoT nel settore degli ascensori rappresenta un’opportunità di trasformazione per rivoluzionare i servizi di manutenzione, ottimizzare le operazioni e migliorare l’esperienza complessiva dell’utente. Affrontando le sfide associate a sensori, acquisizione e trasmissione dei dati, sicurezza delle comunicazioni, funzionalità della piattaforma e servizi a valore aggiunto, le soluzioni IoT devono offrire un ecosistema scalabile, sicuro ed efficiente per gli ascensori.

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Referenze

[1] IoT: searchgate.net/publication/288855901_Reference_Architectures_for_the_Internet_of_Things; en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things

[2] Li-Fi: en.wikipedia.org/wiki/Li-Fi

[3] BN IoT: en.wikipedia.org/wiki/Narrowband_IoT#:~:text=Narrowband%20Internet%20of%20things%20(NB,cellular%20network%20devices%20and%20services.

[4] Edge computing: accenture.com/us-en/insights/cloud/edge-computing-index; en.wikipedia.org/wiki/Edge_computing

[5] Blockchain: euromoney.com/learning/blockchain-explained/what-is-blockchain#:~:text=Blockchain%20is%20a%20system%20of,computer%20systems%20on%20the%20blockchain.

[6] Gemelli digitali: en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin

[7] Smart City: twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-smart-city; en.wikipedia.org/wiki/Smart_city#:~:text=A%20smart%20city%20is%20a,improve%20operations%20across%20the%20city.

[8] Connettività: geeksforgeeks.org/architecture-of-internet-of-things-iot/

[9] BMS: sciencedirect.com/topics/engineering/building-management-system

[10] HVAC: techtarget.com/searchdatacenter/definition/HVAC; en.wikipedia.org/wiki/Heating,_ventilation,_and_air_conditioning

[11] API REST: ibm.com/topics/rest-apis#:~:text=An%20API%2C%20or%20application%20programming,representational%20state%20transfer%20architectural%20style; en.wikipedia.org/wiki/Representational_state_transfer

[12] SCADA: en.wikipedia.org/wiki/SCADAscada-international.com/what-is-scada/#:~:text =What%20does%20SCADA%20stand%20for,data%20from%20the%20industrial%20equipment