CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE Valentina Boschian, Monica Clemente, Walter Ukovich ORTS, Dipartimento di Ingegneria e Architettura Università degli Studi di Trieste OBIETTIVI Obiettivi principali delle attività del gruppo ORTS: • Modello per l’ottimizzazione dei flussi dei veicoli aziendali; • Software per la gestione telematica della flotta Principali ambiti di ricerca: Sviluppo Sistema di Supporto alle Decisioni DSS (Decision Support System) Gestione telematica flotta 09/07/2013 Ottimizzazione parametri flotta aziendale CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 2 AMBITI DI RICERCA 1. Definizione di un metamodello per descrivere il problema del car sharing; 2. Implementazione di un DSS definito sulla base del metamodello da applicare al caso particolare del car sharing per le flotte di veicoli elettrici aziendali; 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 3 AMBITI DI RICERCA 3. Charging Infrastructure Planning Problem; 4. Algoritmi per la schedulazione delle ricariche dei veicoli elettrici. 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 4 ANALISI STATO DELL’ARTE 1. CAR SHARING 1 7 dimensionamento 2. a) VEICOLI ELETTRICI6,flotte b) monitoraggio localizzazioneSoC parcheggi2 a) c) localizzazione ribilanciamentostazioni sistemadi3 ricarica b) d) accesso al servizio4 (prenotazione / on demand) 5 e) politiche di tariffazione SOLUZIONI ICT 1. 2. • applicazioni mobile8 9 • DSS D. K. George, C. H. Xia (2010), Fleet sizing and service availability for a vehicle rental system via closed queueing networks. European Journal of Operational Research, Vol. 21, Issue 1, pp. 10 198-207 • sistemi di gestione integrati G. H. A. Correia, A. P. Antunes (2012), Optimization Approach to Depot Location and Trip Selection in One-way 8. Carsharing 6. S. Nakayama, N. Masuch, M. T. Lutzenberger, Yamamoto, R. S. Kitamura Ahrndt, A.(2002), Hessler, Simulation S.E:Albayrak Analysis (2011), A forContext-Aware the Management Mobile of 48, an Accessible Electric Electric System. Transportation Reasearch Part Logistic and Transportation Review, Vol. Issue 1, Vehiclepp. 233Vehicle Management Sharing System - Case System. of the Kyoto Proceedings Public-Car of theSystem. 2011 Federated Transportation Conference Research on Computer Record, Science No. 1791, and pp.Information 99-104 247 Systems, Y. Gao, M.pp. Ehsani, 305-312 J.T.M.Watanabe Miller (2005), Hybrid Electric Vehicle: Overview and State of the Art. Proceedings of the 3. 7. K. Uesugi, N. Mukai, (2007), Optimization of Vehicle Assignment for Car Sharing System. 9. Proceedings R. Manzini, IEEE International A. (2012),on A2007, Decision Industrial Electronics, System Vol. for pp.the 307-316 Car Pooling Problem. Journal of Transportation ofPareschi KESSymposium 2007/WIRN Part IISupport LNAI 4693, pp. 1, 1105-1111 Technologies, No. 2, 4. M. Barth, M. Todd, L. pp. Xue85-101 (2004), User-Based Vehicle Relocation Techniques for Multiple-Station Shared-Use 10. Vehicle A. Colorni, D. Ciccarelli, A. Luè,ofV.the Morrocchi, D. Rossi (2005), Dreams: AnAnnual Integrated Information and D. Systems. Proceedings 2004 Transportation Research Board Meeting, Whashington Management System Traditional and Innovative Mobility in Milan, Italy. Proceedings of the2,10th 5. M. Duncan (2010), The for cost saving potential of car sharing in Services US context. Transportation, Vol. 38, Issue pp. EWGT Meeting and 16th Mini-EURO Conference. 363-382 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 5 ANALISI STATO DELL’ARTE 3. FLOTTE AZIENDALI 3 livelli decisionali STRATEGICO TATTICO OPERATIVO 09/07/2013 flotta/rimborso chilometrico? tipologia di veicoli infrastrutture (…) car policy dimensionamento flotta replacement strategies (…) assegnazione veicoli schedulazione rifornimenti/ricariche gestione real time flotta (…) CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 6 ANALISI STATO DELL’ARTE 11. Electrification Coalition (2010), Fleet Electrification Roadmap 12. A. Redmer (2008), Vehicle Replacement Planning in Freight Transportation Companies. Proceedings of the 10th Meeting of the EURO Working Groupon Transportation “Advances in Modelling, Optimization and Management of Transportation Processes and Systems. Theory and Practice.”, Poznan,13-16 September 2005, pp. 141–146. 13. T. H. Stasko, H. O. Gao (2012), Developing Green Fleet Managament Strategies: Repair / Retrofit / Replacement Decisions Under Environmental Regulation. Transportation Research Part A, pp. 1216-1226 14. M. A. Figliozzi, J. A. Boudart, W. Feng (2011), Economic and Environmental Optimization of Vehicle Fleets: A Case Study of the Impacts of Policy, Market, Utilization and Technological Factors. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board of the National Academies, Washington D.C., Vol. 2252, pp. 1-6 15. V. Chocteau, D. Drake, P. R. Kleindorfer, R. J. Orsato, A. Roset (2011), Collaborative Innovation for Sustainable Fleet Operations: The Electric Vehicle Adoption Decision. INSEAD Working Paper No. 2011/52/TOM/INSEAD Social Innovation Centre 16. V. Chocteau, D. Drake, P. Kleindorfer, R. J. Orsato, A. Roset (2011), Sustainable Fleet Operations in the Postal Sector. INSEAD Working Paper No. 2010/105/TOM/ISIC Social Innovation Centre 17. M. Ravnitzky (2009), Electric Drive Vehicles for Mail Delivery: Identifying Key Issues. Proceedings of the Advanced Workshop in Regulation and Competition Center for Reasearch in Regulated Industries, Rutgers University, 28th Annual Eastern Conference, Skytop, Pennsylvania 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 7 STRUTTURA DSS CONFRONTO PERFORMANCES OBIETTIVI SISTEMA DI GESTIONE COMPORTAMENTO SISTEMA STATO REGOLE DI EVOLUZIONE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 8 MODULO DESCRITTIVO APPROCCIO UTILIZZATO METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML 09/07/2013 descrizione STATICA descrizione DINAMICA diagramma dei PACCHETTI diagramma delle CLASSI diagramma delle ATTIVITÀ CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 9 MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DEI PACCHETTI CAR SHARING 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 10 MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE CLASSI - CAR SHARING Gestione delle Registrazioni al Sistema Sistema di Gestione +Lista utenti +Lista dei veicoli +Lista dei parcheggi +Lista degli operatori +Lista degli utenti +Riceve informazioni() +Comunica informazioni() Gestione delle Prenotazioni +Lista prenotazioni +Aggiungi Prenotazione() +Cancella Prenotazione() +Modifica Prenotazione() +Raccolta dei dati dell'utente() +Modifica del dati dell'utente() +Cancellazione registrazione() Attività di Manutenzione gestisce UTENTE Gestione dei Pagamenti Gestione delle attività di ribilanciamentodel sistema +Lista fatture +Metodo di Ricollocazione +Conteggio operazioni di ribilanciamento/giornata +Monitoraggio della distribuzione dei veicoli() +Ricollocamento di un veicolo() +Elaborazione dei dati di viaggio() +Emissione della fattura() +Chiusura transazione() Tariffazione +Lista manutenzioni Gestione delle Emergenze +Politica di tariffazione +Lista emergenze +Attivazione meccanismo di incentivazione() +Interruzione meccanismo di incentivazione() +Calcolo andamento ricavi giornalieri() +Invio operatore() +IDUtente +Dati personali +Metodi di pagamento +Tipo di utente +Spostamento veicolo in officina() +Riparazione() +Ricollocazione veicolo in parcheggio() condivisione auto 0..4 Utente Car Sharing Company +IDUtente +Dati personali +Metodi di pagamento +Tipo di utente +Registrazione() +Prenotazione veicolo() +Cancellazione prenotazione veicolo() +Modifica prenotazione() +Modifica dati personali() +Modifica metodo di pagamento() Operatore +Nome dell'Organizzazione +Regole di noleggio +Regole di pagamento +Modifica delle regole di noleggio() +Modifica delle regole di pagamento() 1..* 1..* 1..* +OperatorID +Posizione +Stato +Mansione +Comunica il proprio ID() +Comunica la propria posizione() +Ricollocazione dei veicoli() +Assistenza nelle emergenze() 1..* +Registrazione() +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () Tradizionale Stazione di Ricarica +Numero di colonnine di ricarica disponibili +Stato colonnine +Richiede assistenza () Parcheggio +IDParcheggio +Localizzazione +Numero di veicoli disponibili +Stato +Comunica numero di veicoli disponibili() +Comunica stato() Veicolo Tradizionale +Livello del carburante +Comunica necessità rifornimento() Veicolo Elettrico +Livello di carica +Comunica necessità ricarica() Veicolo +IDVeicolo +Tipo +Stato +Posizione +Comunica ID() +Comunica posizione() +Richiesta di manutenzione() +Comunica dati di viaggio() Manutenzione Emergenza +IDIntervento +Data +Tipo +IDOperazione +Data +Tipo Acquisto/Sostituzione +IDOperazione +Data +Costo Prenotazione +IDPrenotazione +Data +Ora di partenza +Parcheggio di partenza +Ora di arrivo +Parcheggio di arrivo +Dotazioni particolari veicolo 09/07/2013 Ricollocamento +IDOperazione +Parcheggio di prelievo +Parcheggio di destinazione +Data +Ora CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 11 MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE CLASSI - FLOTTA AZIENDALE Sistema di Gestione Flotta Aziendale Gestione delle Prenotazioni Gestione Attività Manutenzione Ordinaria +Lista dei veicoli +Lista dei parcheggi +Lista degli addetti +Lista dei dipendenti +Riceve informazioni() +Comunica informazioni() +Lista prenotazioni +Aggiungi Prenotazione() +Cancella Prenotazione() +Modifica Prenotazione() +Lista manutenzioni Gestione delle Emergenze +Lista emergenze +Assegnazione operatore() +Calcolo costo() +Aggiornamento stato veicolo() +Aggiornamento stato operatore() +Assegnazione operatore() +Aggiornamento stato veicolo() +Aggiornamento stato operatore() Gestione Economica Flotta gestisce +Lista fatture +Elaborazione dei dati di viaggio() +Pagamento rifornimento/ricarica() +Pagamento manutenzione() +Pagamento canone leasing() +Pagamento tariffa noleggio() Gestione Attività Acquisto/Vendita +Lista attività +Acquisto nuovo veicolo() +Vendita veicolo() +Sostituzione veicolo() Gestione delle attività di ribilanciamentodel sistema +Conteggio operazioni di ribilanciamento/giornata DIPENDENTE Gestione Car Sharing Aziendale +Monitoraggio della distribuzione dei veicoli() +Attivazione operazioni di ricollocamento() +Lista gruppi +IDDipendente +Dati personali +Qualifica +Crea nuovo gruppo() +Aggiorna dati gruppo() +Cancella gruppo() Azienda 1..* Addetto +Nome dell'Azienda +Car Policy +Modifica Car Policy() Dipendente +IDDipendente +Dati personali +Qualifica +Prenotazione veicolo() +Cancellazione prenotazione veicolo() +Modifica prenotazione() +Modifica dati personali() +Richiesta dotazioni particolari veicolo() 1..* +IDOperatore +Posizione +Stato +Mansione +Comunica il proprio ID() +Comunica la propria posizione() +Ricollocazione dei veicoli() +Assistenza nelle emergenze() +Acquisto/sostituzione veicolo() Manutenzione +IDOperazione +Data +Tipo 1..* +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () +Richiesta dotazioni particolari () 0..4 1..* car sharing Stazione di Ricarica +Numero di colonnine di ricarica disponibili +Stato colonnine +Richiede assistenza () +Livello del carburante +Comunica necessità rifornimento() Parcheggio Tradizionale Veicolo Tradizionale +IDParcheggio +Localizzazione +Numero di veicoli disponibili +Stato +Comunica numero di veicoli disponibili() +Comunica stato() Veicolo Elettrico +Livello di carica +Comunica necessità ricarica() Veicolo +IDVeicolo +Tipo +Stato +Posizione -Tipo di contratto +Comunica ID() +Comunica posizione() +Richiesta di manutenzione() +Comunica dati di viaggio() Emergenza +IDIntervento +Data +Tipo Acquisto/Sostituzione +IDOperazione +Data +Costo Prenotazione +IDPrenotazione +Data +Ora di partenza +Parcheggio di partenza +Ora di arrivo +Parcheggio di arrivo +Dotazioni particolari veicolo 09/07/2013 Ricollocamento +IDOperazione +Parcheggio di prelievo +Parcheggio di destinazione +Data +Ora CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 12 MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ SCENARIO AS TO IS BE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 13 MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE ESEMPIO DI APPLICAZIONE PROBLEMATICHE CONSIDERATE ribilanciamento sistema politiche di tariffazione MECCANISMO DI INCENTIVAZIONE che favorisca un BILANCIAMENTO NATURALE del sistema (user based) 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 14 LOCALIZZAZIONE PARCHEGGI FACILITY LOCATION PROBLEMS CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM ANALISI LETTERATURA 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 15 CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM 3 DIMENSIONI DI SCELTA MODO di ricarica • TIPOLOGIA TIPO di infrastruttura • DIMENSIONAMENTO • LOCALIZZAZIONE 2 PROSPETTIVE • UTENTE • GESTORE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 16 MODI DI RICARICA attualmente 3 TECNOLOGIE DI RICARICA • livello 1 SLOW CHARGING fino a 3.7 KW • livello 2 QUICK CHARGING da 3.7 kW a 22 kW ~ 6-8 h • livello 3 FAST CHARGING superiore a 22 kW ~ 30 min ~ 10 h compresenza necessaria delle 3 tecnologie 18. A. Hess, F. Malandrino, M. B. Reinhardt, C. Cassetti, K. A. Hummel, J. M. Barcelò-Ordinas (2012), Optimal Deployment of Charging Stations for Electric Vehicular Networks. First ACM CONEXT Workshop on Urban Networking, Nice, France, December 2012. 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 17 LE INFRASTRUTTURE DI RICARICA 4 possibili SOLUZIONI • colonnina pubblica isolata • CCS (Centralized Charging Station) • punti di ricarica privati (abitazioni + luoghi di lavoro prese standard) • riconversione parcheggi esistenti 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 18 DIMENSIONAMENTO E LOCALIZZAZIONE fattori da tenere in considerazione • domanda di mobilità • tipologie di utenti (tipo di veicoli ed uso dei veicoli) • rete di distribuzione • criteri paesaggistici • economia – budget a disposizione 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 19 OTTIMIZZAZIONE UTENTE minimizzazione COSTO D’ACCESSO costo energia necessaria per raggiungere la stazione di ricarica GESTORE costo tempo necessario per raggiungere la stazione di ricarica minimizzazione LIFECYCLE COSTS minimizzazione IMPATTO SULLA RETE 09/07/2013 aspetto QUANTITATIVO aspetto QUALITATIVO minimizzazione PERDITE minimizzazione VARIAZIONI DI TENSIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 20 SCHEDULAZIONE RICARICHE schedulazione ricariche CENTRALIZZATA «aggregatore» elabora una strategia di schedulazione DECENTRALIZZATA • ogni singolo EVs decide il proprio profilo di ricarica • ogni singola stazione decide quali EVs servire la comunica ai singoli EVs 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 21 SCHEDULAZIONE RICARICHE 19. A. Andreotti, G. Carpinelli, F. Mottola, D. Proto, A Review of Single-Objective Optimization Models for Plug-in Vehicles Operation in Smart Grids. Part I: Theoretical Aspects, Proc. 2012 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2012 20. A. Andreotti, G. Carpinelli, F. Mottola, D. Proto, A Review of Single-Objective Optimization Models for Plug-in Vehicles Operation in Smart Grids. Part II: Numerical Applications to Vehicles Fleet, Proc. 2012 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2012 21. E. K. Karfopoulos, N. D. Hatziargyriou, A Multi-Agent System for Controlled Charging of a Large Population of Electric Vehicles, IEEE Transactions on Power Systems, 2012 22. Q. Li, T. Cui, R. Negi, F. Franchetti, M. D. Ilic, On-line Decentralized Charging of Plug-in Electric Vehicles in Power Systems, http://arxiv.org/abs/1106.5063, 2011 23. L. Gan, U. Topcu, S. Low, Optimal Decentralized Protocol for Electric Vehicle Charging, Proc. of of the 50 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011 24. H. Qin, W. Zhang, Charging Scheduling with Minimal Waiting in a Network of Electric Vehicles and Charging Stations, Proc. of VANET ‘11 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 22 SCHEDULAZIONE RICARICHE 25. Y. Dashora, J. W. Barnes, R. S. Pillai, T. E. Combs, M. Hilliard, M. S. Chinthavali, The PHEV Charging Infrastructure Planning Problem, International Journal of Emerging Electric Power Systems. Vol. 11, Issue 2, 2010 26. M. Gharbaoui, V. Valcarenghi, R. Bruno, B. Martini, M. Conti, P. Castoldi, An Advanced Smart Management System for Electric Vehicle Recharge, Proc. of the 2012 IEEE International Electric Vehicle Conference, 2012 27. A. D. Domınguez-Garcia, C. N. Hadjicostis, Distributed Algorithms for Control of Demand Response and Distributed Energy Resources, Proc. of 50 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011 28. A. D. Domınguez-Garcia, S. T. Cady, C. N. Hadjicostis, Decentralized Optimal Dispatch of Distributed Energy Resources, Proc. of 51 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2012 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 23 SCHEDULAZIONE RICARICHE 2 problemi di assegnazione interdipendenti ASSEGNAZIONE VEICOLO-STAZIONE DI RICARICA carico sulla rete prezzo energia OBIETTIVO: MINIMIZZAZIONE PERDITE IN RETE ASSEGNAZIONE STAZIONE DI RICARICA-GENERATORE (determinazione topologia rete) 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 24 SCHEDULAZIONE RICARICHE 2 problemi di assegnazione interdipendenti strategia risolutiva centralizzata (fase 1) peculiarità: PARAMETRI FUNZIONE DEL TEMPO 09/07/2013 decentralizzata (fase 2) algoritmi di CONSENSO DISTRIBUITO CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 25 GRAZIE PER L’ATTENZIONE BACK-UP MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SERVIZIO CAR SHARING DI PORDENONE • • • • • 2 aree di parcheggio (P3 e P5) 10 veicoli elettrici sistema one-way rental circolazione all’interno della ZTL • parcheggio gratuito nella ZTL 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 28 MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE MONITORAGGIO DISTRIBUZIONE VEICOLI incentivazione Incentivo Condizione Suggerimento 0 N(P3) > 2 ˄ N(P5) > 2 - 1 N(P3) <= 2 ˄ N(P5) <= 2 T_viaggio <= 20 min 2 N(P3) <= 2 Dest = P3 3 N(P5) <= 2 Dest = P5 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 29 MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE FRAZIONE DI UTENTI SERVITA 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 30 MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE GUADAGNO AZIENDA monitoraggio in real time gestione offline + 23% in media -17% in media 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 31 MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SVILUPPI FUTURI • analisi elasticità domanda • utilizzo modello di simulazione per la valutazione di altri scenari di intervento • modello di simulazione per le flotte aziendali 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 32