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I trend tecnologici nel settore della nautica da diporto
Metodologia di monitoraggio
Presentazione
Convention Hall – Pad E
Ore 10.00
SEATEC -
5° Rassegna internazionale di
tecnologie e subfornitura per la cantieristica
navale e da diporto
MARINA DI CARRARA
SABATO 3 FEBBRAIO 2007
UIL – Un.Reg.
Toscana
I trend tecnologici nel settore della
nautica da diporto
SEATEC, 3 febbraio 2007
Andrea Bonaccorsi
Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa
Indice
Le caratteristiche della tecnologia della nautica da
diporto
La metodologia dei trend tecnologici
Le principali tendenze
Casi di studio a tecnologie critiche
Caratteristiche di base della tecnologia
nella nautica da diporto
• In questo settore la tipologia costruttiva di barca non
pone problemi strutturali particolarmente delicati.
• Il volume non è un parametro di performance, la
velocità può essere ottenuta con opportune
motorizzazioni, il costo complessivo non è sempre un
vincolo stringente.
• Le barche da diporto non sono progettate in funzione
del numero di ore o giorni di acqua, perché è noto che
stazionano in porto per gran parte dell’anno.
• Il peso non è un vincolo, quindi non è strettamente
necessario essere sofisticati: è sufficiente aumentare i
coefficienti di sicurezza nelle attività di fascettatura delle
strutture.
•La nautica da diporto raggiunge prestazioni estreme
nella customizzazione e nella integrazione degli interni
per clienti. Si tratta di prestazioni che sono perfettamente
compatibili, tuttora, con un approccio artigianale.
• Invece che ricercare soluzioni costruttive o
impiantistiche originali, i costruttori di nautica da diporto
si affidano a soluzioni consolidate per poi spingere
all’estremo la ricerca di integrazione degli interni.
Conseguenze
• Livello di investimento in ricerca e sviluppo (R&S)
inferiore al livello ottimale per un paese leader mondiale
• Approccio artigianale alla progettazione e alla
produzione
• Frammentazione delle visioni tecnologiche e delle
previsioni delle minacce competitive
• Possibile debolezza rispetto ad approcci progettuali
integrati da parte di paesi concorrenti
• Rapporto con le università tutto da sviluppare
La metodologia dei trend tecnologici
Obiettivi
- dotare il sistema delle imprese e il sistema pubblico di una visione
condivisa del futuro tecnologico e breve e medio termine per
facilitare il dialogo e la collaborazione
- avere un metodo di lavoro per le decisioni pubbliche di supporto
alla ricerca e alla innovazione
Problemi da risolvere
- bilanciare costi e qualità
- ottenere informazione rilevante ma anche “visione laterale” delle
tecnologie
Approccio proposto
- combinare giudizi di esperti con informazione secondaria
(database)
- usare strumenti avanzati di text mining e clustering
- approccio graduale: prima sperimentazione
Team di lavoro
Responsabile
Scientifico
Esperti
senior
Esperti
Technology Intelligence
Esperti delle imprese
Esperti universitari
Riunioni
Visite aziendali
Operatori
Junior
SCAFO (HULL)
Struttura (Structure)
Test (Tests)
Materiali (Materials)
Aspetti generali di design (General design aspects)
MACCHINARI (MACHINERY)
Sistema idraulico (Pyping system)
Sistema propulsivo (Propulsion)
Motore principale e generatori (Main engine & generators)
Attrezzatura di coperta (Deck equipment)
AUTOMAZIONE (AUTOMATION)
Controllo (Control)
Navigazione (Navigation system)
Monitoraggio (Monitoring)
Comunicazioni (Communication)
INTERNI (INTERIORS)
Arredamento & design (Furnishing & design)
Materiali (Materials)
Wellness (Benessere)
Illuminazione (Lighting)
Pulizia (Cleaning)
Sanitari (Sanitary fittings)
SISTEMA VELICO (SAIL SYSTEM)
Albero (Mast)
Crocette (Spreadings)
Sartiame (Rigging)
Boma (Boom)
Vele (Sails)
Avvolgitori (Winches)
ALTRO (ADDICTIONAL FUNCTION)
Intrattenimento (Entertainment)
Sicurezza (Safety)
Sistema di qualità (Quality system)
Le fonti di dati
(a) Compendex
• database bibliografico per il settore ingegneristico
e tecnologico.
• Contiene abstract e references tratti da oltre 5000
riviste, conferenze, rapporti tecnici e pubblicazioni
professionali in ambito internazionale a partire dal
1970.
• Approssimativamente circa 500.000 nuovi record
sono aggiunti ogni anno al database da oltre 175
discipline relative all’ingegneria. Gli aggiornamenti
sono settimanali.
(b) Sci Finder Scholar
• riferimenti di oltre da 9.500 pubblicazioni attualmente
pubblicate
• informazioni brevettuali pubblicate da più di 50 autorità
in materia
• maggiori scoperte scientifiche dal 1900 ad oggi
• ultime innovazioni scientifiche, non appena sono
pubblicate, (aggiornate quotidianamente)
• brevetti recenti (aggiornati ogni due giorni)
Pubblicazioni Compendex con keyword “fireproofing OR fire resistance OR
fireproof “ n= 2089
“{fire protection} OR {fire resistance} OR {firing of materials} OR {fires} OR
{structural panels} OR {walls structural partitions} OR {refractory materials} OR
{heat resistance} OR {flame retardants} OR {fireproofing} OR {composite
materials} n= 495
Modelli matematici e simulazione del comportamento
• La navigazione ed il controllo della barca dipendono da un
grande numero di parametri, descrivibili come grandezze fisiche
dinamiche. In particolare, sulla barca agiscono forze in acqua
(venti, maree, correnti) la cui natura è ampiamente conosciuta.
• La previsione del comportamento attraverso la costruzione di
modelli matematici e la loro soluzione numerica con software di
simulazione è di grande aiuto nella progettazione di sistemi di
controllo, quali gli stabilizzatori e il sistema di posizionamento
dinamico.
• Ciononostante l’industria della nautica da diporto italiana, che ha
posizioni di leadership mondiale, dipende largamente da
tecnologie importate per queste funzioni.
• Secondo alcuni esperti solo i sistemi di pilota automatico sono
prodotti in Italia, mentre la ricerca universitaria non sembra attiva
su larga scala con contributi originali.
Modelli matematici e simulazione del comportamento
• Si possono ipotizzare iniziative avanzate, ad esempio:
•la creazione di borse di dottorato industriali,
finanziate da imprese di cantieristica e destinate a
ingegneri brillanti interessati ad applicare tecniche
nuove all’industria nautica;
•il lancio di schemi di incentivazione per le imprese
che assumono dottori di ricerca, sotto forma di
sgravi fiscali, già presenti nella normativa nazionale,
con copertura su strumenti regionali.
•Un tema a parte è costituito dalla ipotesi di costruzione
di una galleria del vento come infrastruttura
sperimentale al servizio della nautica.
Progettazione manutentiva
Concetti come “design to maintenability” o “design to accessibility”
sono in gran parte sconosciuti. La pianificazione delle
manutenzioni è modesta, le problematiche di accesso fisico ai
siti da ispezionare e sostituire sono sovente complicate, i costi
elevatissimi.
Si tratta di trasferire all’industria nautica una serie di metodiche,
mutuate delle industrie aeronautica, chimica e nucleare, per
incorporare la manutenzione come criterio progettuale fin
dall’inizio della attività progettuale e realizzativa.
Questo approccio implica la redazione di un manuale di
manutenzione caratterizzato da una descrizione dettagliata che,
in modo completo ed esaustivo, riporta tutte le operazioni
ordinarie e straordinarie necessarie per garantire il corretto e
affidabile funzionamento dell'imbarcazione.
Leghe di alluminio
•
La costruzione di yacht interamente in alluminio è
considerata una frontiera della progettazione nautica.
•
All’estero USA) è già largamente diffusa la lega di alluminio. Ciò
rappresenta una importante minaccia competitiva. Il vantaggio
dell’alluminio si sostanzia in una riduzione media di peso del 40% a
parità di proprietà di resistenza meccanica.
•
Rispetto all’uso dell’alluminio, l’industria nautica non ha ancora
sfruttato appieno la possibilità di riconcettualizzare per intero la
progettazione.
•
I costruttori di barche nel passare dall'utilizzo dell'acciaio a
quello dell'alluminio, hanno semplicemente cambiato i materiali
ma hanno mantenuto le medesime tecnologie. Le stesse
strutture, tipologie e soluzioni costruttive dell’acciaio sono state
utilizzate per l’alluminio, senza cambiare la filosofia di progetto.
Leghe di alluminio
•
Infatti l’alluminio ha proprietà di lavorabilità
nettamente superiori rispetto all’acciaio, per cui
offre grandi vantaggi allorquando la progettazione
strutturale è svolta fin dall’inizio e in modo integrato
nella prospettiva di utilizzo di questo materiale.
• Allo stesso tempo l'alluminio presenta alcune
criticità:
la saldatura in alluminio è più critica rispetto a quella
dell'acciaio a causa dell'alta reattività con l'ossigeno e delle
caratteristiche degli ossidi che si formano;
- si presentano vari problemi strutturali di resistenza a
fatica;
esistono problemi di incompatibilità elettrica tra materiali
che, se non correttamente scelti, potrebbero dare luogo a
coppie galvaniche in grado di innescare rapidi fenomeni di
corrosione.
Materiali compositi
Una opportunità scarsamente sfruttata dalle imprese
consiste nella realizzazione in composito non delle
parti strutturali dello scafo, ma di componenti
complessi da collocare ai piani superiori delle barche
(pensiline, passerelle di discesa a terra, ponti di
attracco, boccaporti apribili, martinetti, componenti
mobili e per la automazione di operazioni di
movimento, alberi della vela).
Ciò consentirebbe il risparmio di numerosi chilogrammi
di peso, nella parte alta dell'imbarcazione,
migliorando il problema dell’abbassamento del
baricentro della barca.
Integrazione dei sistemi di controllo di bordo (codesign, data fusion)
•
I sistemi di controllo delle barche sono numerosi e
specializzati. Tradizionalmente essi vengono sviluppati da
imprese diverse, ciascuna delle quali inserisce a bordo le
proprie soluzioni realizzando l’integrazione nelle fasi finali di
prova e installazione.
• In gran parte dei casi non si procede ad una
progettazione integrata e sistemica, e non esistono
disegni di insieme.
• Ciò si traduce nella sovrapposizione di quadri elettrici e nella
creazione di fasci di cavi, la cui allocazione fisica nelle strutture
viene realizzata in modo scarsamente pianificato.
• Inoltre l’assenza di una responsabilità unica per la integrazione
dei sistemi rallenta o impedisce l’inserimento di soluzioni più
avanzate, il cui significato tecnologico ed economico non è
giustificato per singoli sistemi o sottosistemi, quali soluzioni in
fibra ottica o soluzioni wireless.
Integrazione dei sistemi di controllo di bordo (co-design, data
fusion)
Le conseguenze di questa attitudine sono particolarmente negative:
(a) per la funzionalità dei sistemi:
- interferenza dei segnali
- duplicazione dei segnali
- ridondanza dei segnali
(b) per le operazioni di controllo da parte degli operatori (capitano,
equipaggio):
- carenze nella ottimizzazione ergonomica della presentazione dei
segnali all’operatore
- falsi allarmi
- scarsa attenzione a problematiche di sicurezza
( c) per le implicazioni strutturali:
- sovraccarico di peso nei cavi elettrici
- ingombro
- eccessivo riscaldamento
- difficoltà a definire standard di sicurezza di sistema (es. situazioni di
emergenza)
- difficoltà nella accessibilità per la manutenzione
Integrazione dei sistemi di controllo di bordo (co-design, data
fusion)
•
Se si considerano nuovi sviluppi tecnologici, le
direzioni promettenti sembrano essere quella della
fusione dei dati (data fusion).
•
In riferimento al data fusion, le tecnologie
informatiche (algoritmi, linguaggi e software) sono
disponibili e hanno trovato applicazioni significative
in ambito militare e di grandi navi per il controllo
integrato dei sistemi.
•
Tuttavia l’adattamento di queste tecnologie alle
barche da diporto richiede sviluppi significativi, a
causa dei vincoli specifici (equipaggio di piccole
dimensioni, ingombro minimo).
Monitoraggio integrato
•
Si tratta di procedere allo sviluppo di sistemi
sensorizzati in grado di monitorare in continuo
l'andamento di tutte le informazioni relative allo stato e
al comportamento della barca. Al contrario di quanto
appena descritto, attualmente, l'impiantistica di bordo è
caratterizzata da uno sviluppo scoordinato senza che
sia mai stata messa in atto una radicale opera di
riprogettazione integrata.
•
Il caso più importante riguarda il monitoraggio
integrato a fini di sicurezza, cioè la possibilità che il
sistema di bordo possa essere diagnosticato e
controllato prima che eventi dannosi si possano
verificare attraverso il controllo in real time dei
componenti e la prevenzione dei guasti.
Monitoraggio integrato
Uno degli obiettivi dei costruttori di barche è quello di poter disporre di
un sistema che, analizzando una serie di dati provenienti da una
“barca sensorizzata”, sia in grado di riconoscere il parametro
allarmante e visualizzarlo in plancia di comando attraverso un
display che seleziona solo le informazioni importanti, secondo
criteri ergonomici avanzati.
Allo scopo di ottenere sia il controllo di stato che la previsione dei
guasti, si tratta di produrre un ripensamento integrale del sistema di
bordo, tra cui soprattutto:
• sensoristica per motori e fumo;
• videosorveglianza;
• bussola elettronica;
• controllo della velocità (nave, venti);
• ecoscandaglio;
• GPS;
• autopilota.
Tecnologie wireless
• Le tecnologie wireless possono trovare applicazione sia
nelle comunicazioni interne al sistema barca, sia tra la
barca e l’ambiente esterno, in particolare con la rete
satellitare.
• Le soluzioni wireless devono risolvere problemi non facili
relativi a:
•
•
•
•
protocolli di comunicazione;
interferenza tra segnali;
compatibilità elettromagnetica;
schermatura.
• Tali tecnologie sono ampiamente disponibili anche se, ad oggi, non
esistono sistemi integrati in grado di eliminare o ridurre
sostanzialmente le connessioni via cavo e sostituirle con
connessioni wireless. Le problematiche di interferenza e
compatibilità, vista la compresenza di segnali diversi in uno spazio
ristretto e corto, sono significative.