Infomobilità per il trasporto delle merci

1. Infomobilità per il trasporto delle merci Adriano Alessandrini www.ctl.uniroma1.it info@ctl.uniroma1.it

2. 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

3. Il concetto di infomobilità

4. 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

5. I location based services • I location basedservices 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; • …

6. 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

7. Tracking e tracing: il monitoraggio delle consegne di merce Global Manufacturer Customer Purchase Order Information flow Transport to DC Distribution / Delivery Warehousing Customisation

8. 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

9. 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)

10. Esempio di applicazione RFID alla logistica alimentare GESTIONE IDENTIFICAZIONE, CARICO, PICKING, PALLET E DISTRIBUZIONE PRODOTTO FINITO ICT e Logistica 2009 Pagina 10

11. I sistemi avanzati di monitoraggio: l’esempio di quello sviluppato dal CTL

12. Gli strumenti di bordo Advantech ARK 1388: Celeron 1 GHz, Win Xp embedded, GPS, GSM/GPRS/UMTS, CAN, WiFi, GPIO ecc.

13. Caratteristiche interfaccia OBD Standard relativi all’ Hardware: • VPW: SAEJ1850 (General Motors) • PWM: SAEJ1850 (Ford) • ISO9141-2: (Veicoli Europei ed Asiatici) • KWP2000: SAE14230-4 (Veicoli Europei ed Asiatici) • CAN: SAEJ2284-3 (a partire dal 2008) Protocollo di comunicazione: • SAEJ1979 (E/E Diagnostic Test Modes) • SAEJ2180 (Enhanced E/E Diagnostic Test Modes)

14. 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

15. Caratteristiche linea CAN (SAE J1939) Linea su cui si scambiano informazioni le varie centraline presenti nel veicolo Esempio di messaggi che passano lungo la linea Can ID: 18FEF100 LEN: 8 247 000 000 004 255 000 003 255 ID: 0CF00400 LEN: 8 240 125 134 074 020 000 243 195 ID: 0CF00300 LEN: 8 000 255 255 192 000 000 000 000

16. Parametri acquisibili (Can) 1/2 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)

17. Parametri acquisibili (Can) 2/2 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

18. 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.

19. Pianificazione e monitoraggio giri (1/2) Giro 1 Stop 3 PICT Giro 1 Stop n

20. 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.

21. Variazione dei giri variazione Giro 1 Nuovo stop Giro 1 Stop 3 PICT Giro 1 Stop n

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

23. 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) Roma 29 Ottobre 2007

24. 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

25. 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

26. 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.

27. 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

28. 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

29. 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

30. 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

31. Scheda riassuntiva delle funzionalità • Gestione del singolo veicolo. • Monitoraggio del veicolo. • Gestione delle flotte di veicoli. • Valutazione delle prestazioni dei veicoli.

32. 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

33. Confronto consumi tra diversi veicoli con stesso servizio

34. Esempio di confronto di itinerari Via Tecchiena km 42, tempo 1h Veicolo 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)

35. Ripianificare sulla base della storicizzazione dei dati: scelta del piazzale per ricovero notturno Ricovero a Colleferro Giorno A Consumo 2.5 litri Consegna a Capoleprata Giorno B Consumo 18.3 litri Totale consumo 20.8 litri (€26.62) Autostrada €2.70 Spesa totale €29.32 Ricovero a Veroli Giorno A Consumo 18.5 litri Consegna a Capoleprata Giorno B Consumo 14.1 litri Totale consumo 32.6 litri (€37.49) Spesa totale €37.49

36. 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%

37. Esempio 2 di monitoraggio avanzato: Raccolta differenziata dei rifiuti • 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.

38. Categorie di rifiuti • Vetro, plastica e metalli; • Carta e cartone; • Rifiuti organici

39. 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.

40. 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

41. Esempio 3 di monitoraggio avanzato: Le emissioni della distribuzione merci CO [g/km] CO [g/kWh] HC [g/km] HC [g/kWh] NOx [g/km] NOx [g/kWh] PM [g/km] PM [g/kWh] Consumption [km/l] 0 5 10 15 20 25 urban interurban

42. 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

43. FMECA: Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis • La Failuremodes, effects, and criticalityanalysis (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.

44. 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

45. 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

46. 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?

47. Analisi strutturale del sistema • Il sistema (veicolo nel nostro caso) è diviso in diversi livelli funzionali e componenti

48. Il diagramma a blocchi funzionali (FBD) è usato per illustrare le funzioni dei sottosistemi e le loro relazioni

49. 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

50. 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