adriano alessandrini infomobilità per il trasporto delle merci [email protected]
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Contenuti della lezione
• Il concetto di infomobilità• La comune applicazione delle tecnologie di
localizzazione al trasporto delle merci• I sistemi di monitoraggio avanzato,
caratteristiche e funzionalità• Esempi di applicazioni dei sistemi avanzati di
monitoraggio:– a servizi di trasporto “autobotte”– alla raccolta differenziata dei rifiuti– al monitoraggio energetico e ambientale– a metodi avanzati di manutenzione delle flotte
Il concetto di infomobilità
I localizzatori
• Sono apparecchi che tramite un’antenna GPS misurano la posizione in cui si trovano e la trasmettono, tramite GSM, ad una centrale
• Normalmente sono installati su veicoli e localizzano la posizione del veicolo ma possono essere:– da tasca, localizzando la persona (la maggior parte dei
cellulari è anche un localizzatore oggi);– applicati su mere unitizzata (es. un pallet);– applicati su un’unità di carico
• La posizione trasmessa può essere visualizzata su una mappa telematica e/o utilizzata per servizi location based:– per chi occupa la posizione localizzata– per chi ha interesse a monitorare la posizione del qualcosa
(o qualcuno) su cui sono installati
I location based services
• I location based services sono quei servizi che possono essere erogati solo conoscendo la, e in funzione della, posizione del richiedente il servizio
• Esempi:– chiedere infromazioni turistiche su un luogo che si sta
visitando;– conoscere esercizi commerciali nelle vicinanze;– ricevere una mappa digitale o indicazioni per un navigatore
satellitare per raggiungere un luogo di interesse;– conoscere la posizione di una merce, una persona, un
veicolo, …– comunicare la propria posizione al veicolo che attendiamo;– conoscere il tempo di attesa perché il veicolo che attendiamo
ci raccolga;– …
I servizi di localizzazione per il trasporto merci
• Tracking e tracing di ordini e consegne– La necessità dell’integrità della catena
dell’informazione– I metodi per automatizzare la verifica del carico e
del contenuto dell’unità di carico/veicolo• Bar code• RFID
• Il monitoraggio delle flotte commerciali– Consumi e costi generalizzati dei veicoli e dei servizi
di trasporto– Routing alternativi per minimizzare i costi– Indici di utilizzazione del veicolo
Tracking e tracing: il monitoraggio delle consegne di merce
Global Manufacturer Customer
Purchase Order
Information flow
Transport to DC
WarehousingCustomisation
Distribution /Delivery
Bar code e scanner
• I Bar code sono simboli legibili da macchine fatti di alternanza di vuoti e pieni (bianchi e neri). Esistono diversi stili di bare code detti “symbologies”.
• In un bar code bits di informazione sono codificati.• Gli scanner “guardano” i pattern di barre chiare e
scure decodificando l’informazione contenuta.
2D bar code
Code 39 and label
RFID – Radio Frequency IDentification
• Antenna– Sistema che permette la diffusione del
campo elettromagnetico alle frequenze previste
– Possono essere di varie dimensioni e forme
– Dipendono dalla potenza di emissione (limiti imposti)
• Reader– Dispositivo necessario per codificare le
informazioni ricevute/trasmesse all’antenna– È interfacciato con i sistemi di controllo (PC
e o Palmari)• TAG
– Dispositivo di Trasmissione e Ricezione (Transpoder)
Esempio di applicazione RFID alla logistica alimentare
2009ICT e Logistica Pagina 10
GESTIONE IDENTIFICAZIONE, CARICO, PICKING, PALLET E DISTRIBUZIONE PRODOTTO FINITO
I sistemi avanzati di monitoraggio: l’esempio di quello sviluppato dal CTL
Gli strumenti di bordo
Advantech ARK 1388: Celeron 1 GHz, Win Xp embedded, GPS, GSM/GPRS/UMTS, CAN, WiFi, GPIO ecc.
Standard relativi all’ Hardware:1. VPW: SAEJ1850 (General Motors)
2. PWM: SAEJ1850 (Ford)
3. ISO9141-2: (Veicoli Europei ed Asiatici)
4. KWP2000: SAE14230-4 (Veicoli Europei ed Asiatici)
5. CAN: SAEJ2284-3 (a partire dal 2008)
Protocollo di comunicazione:1. SAEJ1979 (E/E Diagnostic Test Modes)
2. SAEJ2180 (Enhanced E/E Diagnostic Test Modes)
Caratteristiche interfaccia OBD
Parametri acquisibili tramite OBD (ISO9141-2)
• Velocità• Rapporto Aria-Combustibile• Portata aria • Numero di giri• Posizione farfalla• Carico motore %• Tensione sonda Lambda• Temperatura Refrigerante• Livello combustibile• Temperatura Catalizzatore• Temperatura Ambiente• Pressione Ambiente
Caratteristiche linea CAN (SAE J1939)
Esempio di messaggi che passano lungo la linea CanID: 18FEF100 LEN: 8 247 000 000 004 255 000 003 255ID: 0CF00400 LEN: 8 240 125 134 074 020 000 243 195ID: 0CF00300 LEN: 8 000 255 255 192 000 000 000 000
Linea su cui si scambiano informazioni le varie centraline presenti nel veicolo
Parametri acquisibili (Can) 1/2
1. Trasportistici
• Velocità veicolo
• Distanza totale percorsa
• Temperatura del cassone
• Condizioni ambientali:.
• Consumo istantaneo l/h o km/l
• Coppia richiesta dall’autista
• Stile di guida: posizione pedali (acceleratore,freno,frizione, retarder)
• Rpm
• Coppia erogata dal motore
2. Motoristici
• Curva di coppia motore e max rpm• Durata combustione • Tempo di iniezione• Coppia frenata dal Retarder e sua
curva• Carico motore%• Turbocompressore
(temperature,pressioni ecc.)• Coppia% di attrito motore• Marce e rapporti al cambio• Temperature e pressione motore
(intercooler, condotto aspirazione, combustibile)
Parametri acquisibili (Can) 2/2
3. Diagnostica
• Presenza Guasti e relativo codice • Livello olio, acqua, combustibile,
washer• Pressione olio e acqua ecc.• Tensione batterie• Ore di funzionamento del motore• Pressione aria ausiliari (freni ecc.)• Service information• Temperature motore (acqua ,olio
motore)• Stato di usura organi meccanici
(ferodi ecc.)
4. Dinamica del Veicolo
• Velocità di ogni singola ruota (raggio di curvatura);
• Informazioni relative alle sospensioni
Le funzionalità della PICT
• Ricezione e gestione ordini per consegna e ritiro della merce.
• Organizzazione del carico/scarico della merce:– in regime di cross-docking e– in regime di immagazzinamento.
• Organizzazione e monitoraggio dei giri di raccolta e distribuzione urbana della merce.
• Comunicazione in tempo reale ai furgoni di variazioni dei giri.
• Analisi delle prestazioni.
Giro 1Stop 3
Giro 1Stop n
Pianificazione e monitoraggio giri (1/2)
PICT
Pianificazione e monitoraggio giri (2/2)
• Segnalazione in tempo reale di possibili problemi incontrati lungo il percorso:– Traffico;– Code inattese.
• Spostamento dell’orario di passaggio ai diversi check-point.
• Possibilità di evitare code al momento della consegna della merce per appuntamento.
Giro 1Stop 3
Giro 1Stop n
PICT
Giro 1Nuovo stop
variazione
Variazione dei giri
Roma 29 Ottobre 2007
22
Funzionalità avanzate della strumentazione di bordo
• Tracciamento dei veicoli con individuazione delle condizioni di traffico, loro storicizzazione e utilizzo per la definizione dei percorsi
• Monitoraggio dei veicoli in termini di prestazioni, consumi, emissioni, rilevazione tempestiva di guasti o malfunzionamenti e stato di salute del veicolo
Roma 29 Ottobre 2007
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Tracciamento avanzato
• Trasmissione del giro dalla piattaforma al veicolo in caso di servizi con percorsi predefiniti
• Verifica del transito ai Check Point nei tempi stabiliti (GPS + Odometro)
• Verifica dei tempi di percorrenza d’arco presunti (e quindi del traffico atteso)
Misura e storicizzazione del traffico
• Analisi del ciclo di marcia del veicolo per determinare le condizioni di traffico (libero o congestionato)
• Misura dei tempi di percorrenza nelle diverse condizioni di traffico
• Immagazzinamento dei dati associati a ora, giorno e condizioni meteo
• Riutilizzo dei dati immagazzinati per stimare i tempi di percorrenza di ogni percorso possibile
Gestione avanzata flotte
• Misura dai sensori di bordo di: velocità, marcia, numero di giri, potenza, consumo, temperatura dell’acqua, livello di carburante … codici di guasto
• Segnalazione in tempo reale del guasto• Raccolta e storicizzazione dei dati dei veicoli per
analisi dettagliate di prestazioni, consumi e costi• Pianificazione interventi di manutenzione in base al
reale utilizzo del veicolo
Analisi delle prestazioni
• Dati real-time: posizione veicolo, velocità veicolo, numero di satelliti in vista,…
• Dati geografici: posizione veicoli, posizione mercato, grafo, cartografia.
• Dati logistici: consegne ai mercati per giorno, veicolo in servizio (tipo, capacità), storico delle consegne.
Analisi automatica del giro
• Individuazione del percorso
• Individuazione delle soste– Verifica di prossimità mercato– Individuazione consegne– Misure tempi e velocità nelle tratte e nelle soste
• Misure complessive spazio e tempo
• Calcolo KPI
• Visualizzazione giro e riepilogo KPI
KPI per la distribuzione
• Riempimento del veicolo– Carico pagante, pallet, colli/pallet
• Utilizzazione in tempo del veicolo– Tempo attivo / Tempo disponibilità
• Viaggio a vuoto
• Ritardi
• Consumi
I modelli per calcolare gli inquinanti
• Benzina– Consumo – calcolato moltiplicando la
portata d’aria per il rapporto aria combustibile
– CO2 e CO – calcolato con un modello di equilibrio chimico e dissociazzione/riassociazione in funzione della temperatura usando portata d’aria, rapporto aria combustibile, temperatura del catalizzatore
– HC e NOx – modelli empirici ottenuti da regressioni sui dati sperimentali in funzione della derivata del pedale dell’acceleratore
• Diesel– Consumo – calcolato moltiplicando la
portata d’aria per il rapporto aria combustibile (o carico)
– CO2 – in funzione del consumo– HC e CO– trascurabili nei moderni
motori Diesel– NOx – modello in funzione del carico
ottenuto per regressione da dati sperimentali
– PM – modello ancora non sviluppato
Esempio di modelli: la produzione degli NOx nel Diesel
• Ossidazione dell’azoto presente nell’aria alle elevate temperature (oltre 2000°K) raggiunte in camera di combustione
• In letteratura la temperatura in camera di combustione dipende principalmente da:– carico motore: per un veicolo Diesel, è il rapporto tra
la portata di gasolio iniettata e quella iniettabile ad un certo numero di giri in condizioni standard (SAE J1979)
– regime di rotazione– EGR: dispositivo per il ricircolo dei gas di scarico
raffreddati in aspirazione
Scheda riassuntiva delle funzionalità
• Gestione del singolo veicolo.• Monitoraggio del veicolo.• Gestione delle flotte di veicoli.• Valutazione delle prestazioni dei veicoli.
Esempio 1 di monitoraggio avanzato: servizi di trasporto “autobotte”
• La sperimentazione è durata 5 mesi da febbraio a luglio 2008
• Sono stati installati 2 dispositivi di bordo– su Iveco Stralis 626– su Man 683
• Entrambi svolgono servizio cisterna
• Sono stati acquisiti dati per complessivi 19200 km
Confronto consumi tra diversi veicoli con stesso servizio
Esempio di confronto di itinerari
Via Tecchiena km 42, tempo 1hVeicolo 1 consuma 30 litri(casi 4)
Via Casilina km 37, tempo 50 min-Veicolo 1 consuma 24 litri-Veicolo 2 consuma 19 litri(casi Veicolo 1 9, Veicolo 2 8)
Ripianificare sulla base della storicizzazione dei dati: scelta del piazzale per ricovero notturno
Ricovero a Veroli Giorno AConsumo 18.5 litriConsegna a Capoleprata Giorno BConsumo 14.1 litriTotale consumo 32.6 litri (€37.49)
Spesa totale €37.49
Ricovero a Colleferro Giorno AConsumo 2.5 litriConsegna a Capoleprata Giorno BConsumo 18.3 litriTotale consumo 20.8 litri (€26.62) Autostrada €2.70
Spesa totale €29.32
Utilizzazione del veicolo
• Tempo– in viaggio: 43.83%– In sosta per carico/scarico e soste tecniche:
52.75%– In altre soste: 3.42%
• Percorrenze– A veicolo carico: 68%– A veicolo scarico: 32%
• Consumi– A veicolo carico: 79 %– A veicolo scarico: 21%
• Raccolta differenziata dei rifiuti fra diversi esercizi commerciali.
• Consente una gestione sostenibile dei rifiuti in quanto genera flussi omogenei di materiale che possono essere in futuro recuperati.
• Sperimentata nel secondo Municipio di Roma.
Esempio 2 di monitoraggio avanzato: Raccolta differenziata dei rifiuti
Categorie di rifiuti
• Vetro, plastica e metalli;
• Carta e cartone;
• Rifiuti organici
Pianificazione e valutazione
• Monitoraggio km percorsi, combustibile consumato, rifornimenti effettuati.
• Individuazione del numero di raccolte necessarie per ogni esercizio sulla base della quantità di rifiuti raccolti e quando.
• Programmazione della manutenzione sulla base dello stato di salute del mezzo.
• Programmazione dinamica dell’esercizio sulla base di giorni di esercizio e giorni di raccolta rifiuti.
Ripianificazione del servizio con informazioni in tempo reale• Segnalazione di possibili cambiamenti nello
schedule di raccolta dei rifiuti, dovuti a:– Traffico.– Inadempienze degli esercizi serviti.– Ritardi.
• Misura delle quantità prodotte dai diversi esercizi
0 5 10 15 20 25
Consumption [km/l]
PM [g/kWh]
PM [g/km]
NOx [g/kWh]
NOx [g/km]
HC [g/kWh]
HC [g/km]
CO [g/kWh]
CO [g/km]
urban interurban
Esempio 3 di monitoraggio avanzato: Le emissioni della distribuzione merci
La manutenzione ordinaria o preventiva, straordinaria e previsionale
• La manutenzione ordinaria o preventiva– Definisce un calendario di interventi– stabilisce tempi (o percorrenze) per la sostituzione delle parti
di consumo– Stabilisce la verifica periodica dello stato di salute di organi
essenziali• La manutenzione straordinaria
– Interviene a seguito di una rottura per ripristinare il funzionamento del sistema
• La manutenzione previsionale– Interviene, al pari della preventiva, prima che si manifesti il
danno– Prevedendo quando il danno avverrà– E non in base a calendari prestabiliti
FMECA: Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis
• La Failure modes, effects, and criticality analysis (FMECA) è un metodo per identificare ed analizzare:– tutti i possibili guasti di un sistema e delle sue componenti;– gli effetti che questi guasti possono avere sull’intero sistema e
sulle altre parti;– come evitare o ridurre la probabilità dei guasti,o mitigare gli
effetti del guasto sul sitema.• Failure Mode = comportamento scorretto di un
componente o sotto sistema per ragioni umane o esterne• Effect = comportamento scorretto di un componente o
sotto sistema per un guasto• Criticality = l’impatto combinato de:
– la probabilità di un guasto;– la gravità dei suoi effetti sul sistema o sottosistema.
Cos’è e come si usa la FMECA
• La FMECA è:– una delle tecniche sistematiche per l’analisi dei
guasti e dei rischi connessi ai guasti, sviluppata originariamente dai militari, e applicata in diverse industrie;
– è la tecnica più usata per le analisi di affidabilità nelle fasi iniziali di progettazione e costruzione;
– è comunemente utilizzata nelle fasi iniziali della progettazione del prodotto per assicurare che tutti i possibili guasti siano stati considerati e le corrette azioni per eliminarli sono state messe in campo
Obiettivi della FMECA
• Selezionare il design con la massima affidabilità ed il maggior potenziale di sicurezza sin dalla fase di progettazione
• Individuare ed elencare tutti i possibili guasti definendo al contempo la gravità degli effetti di ogni guasto nelle fasi iniziali della progettazione
• Sviluppare criteri e requisiti per i test da effettuare• Fornire la necessaria documentazione per futuri
progetti e considerazioni per eventuali modifiche di progetto
• Fornire la base per la gestione della manutenzione• Fornire la base per le analisi di affidabilità e
disponibilità
Domande fondamentali a cui la FMECA risponde• Perche i guasti si verificano (Failure mode)?
• Quali sono le conseguenze dei guasti (Failure effect)?
• È il guasto in direzione safe o danger (Failure Criticality)?
• Come eliminare il guasto o ridurre la frequenza della sua occorrenza?
Analisi strutturale del sistema
• Il sistema (veicolo nel nostro caso) è diviso in diversi livelli funzionali e componenti
Il diagramma a blocchi funzionali (FBD) è usato per illustrare le funzioni dei sottosistemi e le loro relazioni
Un metodo per far divenire la manutenzione previsionale
• Applicando la FMECA al sistema veicolo:– suddividendolo in sottosistemi e componenti;– creando le catene causali tra ogni input del
conducente e/o causa esterna e l’usura e le sollecitazioni sulle componenti meccaniche.
• Individuando fra i dati misurabili:– gli indicatori del comportamento del conducente;– gli indicatori spia di malfunzionamenti incombenti.
• Correlando statisticamente fra loro gli indicatori• Utilizzando le correlazioni definite per prevenire
le rotture ed ottimizzare gli interventi manutentivi
Possibili benefici della manutenzione previsionale
• Riduzione delle occorrenze delle rotture improvvise– con conseguente riduzione dei ritardi connessi
– con conseguenti fermi macchina connessi
– con aumento della sicurezza stradale (almeno per quegli incidenti in cui almeno una delle concause è stata un guasto del veicolo)
• Diminuzione dei tempi di fermo macchina
• Minimizzazione dei costi di manutenzione
• Massimizzazione della vita utile dei componenti
Problematiche connesse con la realizzazione di un sistema di manutenzione dinamica
• Il numero e la varietà dei sottosistemi all’interno del singolo veicolo rende complesso il lavoro
• Da veicolo a veicolo le caratteristiche dei sottosistemi possono cambiare significativamente
• È indispensabile avere una grande mole di dati per ogni sottosistema per ottenere correlazioni robuste tra gli indicatori individuati e usura degli organi
• Sarebbe indispensabile la collaborazione di chi progetta e realizza veicoli e sottosistemi
• La manutenzione degli autoveicoli è un business per le case costruttrici con conseguenti problemi di:– riservatezza delle informazioni– strategie commerciali
Vantaggi potenziali dell’infomobilità per il trasporto merci su strada
Internet
TLC
ITS
e-Commerce
e-Logistics
e-Fleet Management
ICT
infrastruttureinformazione
Politiche di gestione della
domanda
infrastruttureinformazione
Politiche di gestione della
domanda
e-Government
Riduzione diveicoli ∙ kmemissioni
costi logisticicosti di manutenzione
Aumento diton ∙ km
utilizzazione del veicolo
Effetti
Elaborazione da Yoshimoto, Nemoto, 2005.
• Costi– Costi dell’equipaggiamento di ogni veicolo– Costi di comunicazione– Costi per il training del personale
• Fattore umano– Sfiducia nelle soluzioni elaborate tramite ICT– Paura che le macchine possano rendere superfluo il
proprio lavoro• Molti attori concorrono a fornire informazioni
– È necessaria la standardizzazione dei flussi– Raccogliere ed aggiornare le informazioni costa– Anche un solo attore che non collabora può invalidare il
servizio• Nessun attore privato vuole pagare
Problematiche per la diffusione dell’infomobilitià
Conclusioni
• L’infomobilità consiste in un insieme di location based services resi possibili dalla conoscenza della posizione (tramite localizzatori)
• Questi servizi per passeggeri e merci possono– Ridurre i chilometraggi dei veicoli– Ottimizzare i riempimenti– Rendere più fruibile il trasporto pubblico– Ridurre i costi di gestione
• È necessaria la cooperazione di molti (se non di tutti)
• Il mercato, per questi servizi, fatica, almeno in Italia, ad autosostentarsi