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CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE Valentina Boschian, Monica Clemente, Walter Ukovich ORTS, Dipartimento di Ingegneria e Architettura.

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1 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

2 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 2 OBIETTIVI Obiettivi principali delle attività del gruppo ORTS: Modello per lottimizzazione 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 Ottimizzazione parametri flotta aziendale

3 09/07/20133 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; CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

4 09/07/20134 AMBITI DI RICERCA 3. Charging Infrastructure Planning Problem; 4. Algoritmi per la schedulazione delle ricariche dei veicoli elettrici. CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

5 09/07/ 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 G. H. A. Correia, A. P. Antunes (2012), Optimization Approach to Depot Location and Trip Selection in One-way Carsharing System. Transportation Reasearch Part E: Logistic and Transportation Review, Vol. 48, Issue 1, pp K. Uesugi, N. Mukai, T. Watanabe (2007), Optimization of Vehicle Assignment for Car Sharing System. Proceedings of KES 2007/WIRN 2007, Part II LNAI 4693, pp M. Barth, M. Todd, L. Xue (2004), User-Based Vehicle Relocation Techniques for Multiple-Station Shared-Use Vehicle Systems. Proceedings of the 2004 Transportation Research Board Annual Meeting, Whashington D. 5.M. Duncan (2010), The cost saving potential of car sharing in US context. Transportation, Vol. 38, Issue 2, pp N. Masuch, M. Lutzenberger, S. Ahrndt, A. Hessler, S. Albayrak (2011), A Context-Aware Mobile Accessible Electric Vehicle Management System. Proceedings of the 2011 Federated Conference on Computer Science and Information Systems, pp R. Manzini, A. Pareschi (2012), A Decision Support System for the Car Pooling Problem. Journal of Transportation Technologies, No. 2, pp A. Colorni, D. Ciccarelli, A. Luè, V. Morrocchi, D. Rossi (2005), Dreams: An Integrated Information and Management System for Traditional and Innovative Mobility Services in Milan, Italy. Proceedings of the 10th EWGT Meeting and 16th Mini-EURO Conference. 1.CAR SHARING a)dimensionamento flotte 1 b)localizzazione parcheggi 2 c)ribilanciamento sistema 3 d)accesso al servizio 4 (prenotazione / on demand) e)politiche di tariffazione 5 a)monitoraggio SoC b)localizzazione stazioni di ricarica 2.VEICOLI ELETTRICI SOLUZIONI ICT applicazioni mobile 8 DSS 9 sistemi di gestione integrati 10 6.S. Nakayama, T. Yamamoto, R. Kitamura (2002), Simulation Analysis for the Management of an Electric Vehicle- Sharing System - Case of the Kyoto Public-Car System. Transportation Research Record, No. 1791, pp Y. Gao, M. Ehsani, J. M. Miller (2005), Hybrid Electric Vehicle: Overview and State of the Art. Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vol. 1, pp , 7 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE ANALISI STATO DELLARTE

6 09/07/ FLOTTE AZIENDALI ANALISI STATO DELLARTE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE assegnazione veicoli schedulazione rifornimenti/ricariche gestione real time flotta (…) 3 livelli decisionali STRATEGICO TATTICO OPERATIVO flotta/rimborso chilometrico? tipologia di veicoli infrastrutture (…) car policy dimensionamento flotta replacement strategies (…)

7 09/07/20137 ANALISI STATO DELLARTE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE 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– T. H. Stasko, H. O. Gao (2012), Developing Green Fleet Managament Strategies: Repair / Retrofit / Replacement Decisions Under Environmental Regulation. Transportation Research Part A, pp 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 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, 28 th Annual Eastern Conference, Skytop, Pennsylvania

8 09/07/20138 STRUTTURA DSS STATO REGOLE DI EVOLUZIONE COMPORTAMENTO SISTEMA CONFRONTO PERFORMANCES - OBIETTIVI SISTEMA DI GESTIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

9 09/07/20139 APPROCCIO UTILIZZATO METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML descrizione STATICAdescrizione DINAMICA diagramma dei PACCHETTI diagramma delle CLASSI diagramma delle ATTIVITÀ CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE MODULO DESCRITTIVO

10 09/07/ CAR SHARING CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DEI PACCHETTI

11 09/07/ UTENTE +IDUtente +Dati personali +Metodi di pagamento +Tipo di utente +Registrazione() +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE CLASSI - CAR SHARING CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

12 09/07/ DIPENDENTE +IDDipendente +Dati personali +Qualifica +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () +Richiesta dotazioni particolari () MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE CLASSI - FLOTTA AZIENDALE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

13 09/07/ MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE SCENARIO AS ISSCENARIO TO BE

14 09/07/ MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE PROBLEMATICHE CONSIDERATE ribilanciamento sistema politiche di tariffazione MECCANISMO DI INCENTIVAZIONE che favorisca un BILANCIAMENTO NATURALE del sistema (user based) ESEMPIO DI APPLICAZIONE

15 09/07/ LOCALIZZAZIONE PARCHEGGI CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE FACILITY LOCATION PROBLEMS CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM ANALISI LETTERATURA

16 09/07/ DIMENSIONI DI SCELTA TIPOLOGIA DIMENSIONAMENTO LOCALIZZAZIONE 2 PROSPETTIVE UTENTE GESTORE MODO di ricarica TIPO di infrastruttura CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

17 09/07/ MODI DI RICARICA CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE attualmente 3 TECNOLOGIE DI RICARICA livello 1 SLOW CHARGING fino a 3.7 KW ~ 10 h livello 2 QUICK CHARGING da 3.7 kW a 22 kW ~ 6-8 h livello 3 FAST CHARGING superiore a 22 kW ~ 30 min 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.

18 09/07/ 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 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

19 09/07/ 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 DIMENSIONAMENTO E LOCALIZZAZIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

20 09/07/ OTTIMIZZAZIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE UTENTE minimizzazione COSTO DACCESSO costo energia necessaria per raggiungere la stazione di ricarica costo tempo necessario per raggiungere la stazione di ricarica GESTORE minimizzazione IMPATTO SULLA RETE minimizzazione LIFECYCLE COSTS aspetto QUANTITATIVOaspetto QUALITATIVO minimizzazione PERDITEminimizzazione VARIAZIONI DI TENSIONE

21 09/07/ SCHEDULAZIONE RICARICHE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE schedulazione ricariche CENTRALIZZATADECENTRALIZZATA «aggregatore» elabora una strategia di schedulazione la comunica ai singoli EVs ogni singolo EVs decide il proprio profilo di ricarica ogni singola stazione decide quali EVs servire

22 09/07/ 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 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 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 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 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, Q. Li, T. Cui, R. Negi, F. Franchetti, M. D. Ilic, On-line Decentralized Charging of Plug-in Electric Vehicles in Power Systems, 2011http://arxiv.org/abs/ 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, H. Qin, W. Zhang, Charging Scheduling with Minimal Waiting in a Network of Electric Vehicles and Charging Stations, Proc. of VANET 11 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE SCHEDULAZIONE RICARICHE

23 09/07/ 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, 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, 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, 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 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE SCHEDULAZIONE RICARICHE

24 09/07/ problemi di assegnazione interdipendenti ASSEGNAZIONE VEICOLO-STAZIONE DI RICARICA ASSEGNAZIONE STAZIONE DI RICARICA-GENERATORE (determinazione topologia rete) carico sulla rete prezzo energia OBIETTIVO: MINIMIZZAZIONE PERDITE IN RETE SCHEDULAZIONE RICARICHE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

25 09/07/ problemi di assegnazione interdipendenti strategia risolutiva centralizzata (fase 1) decentralizzata (fase 2) algoritmi di CONSENSO DISTRIBUITO peculiarità: PARAMETRI FUNZIONE DEL TEMPO CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE SCHEDULAZIONE RICARICHE

26 GRAZIE PER LATTENZIONE

27 BACK-UP

28 09/07/ CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SERVIZIO CAR SHARING DI PORDENONE 2 aree di parcheggio (P3 e P5) 10 veicoli elettrici sistema one-way rental circolazione allinterno della ZTL parcheggio gratuito nella ZTL

29 09/07/ MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE MONITORAGGIO DISTRIBUZIONE VEICOLI IncentivoCondizioneSuggerimento 0 N(P3) > 2 ˄ N(P5) > N(P3) <= 2 ˄ N(P5) <= 2 T_viaggio <= 20 min 2N(P3) <= 2Dest = P3 3N(P5) <= 2Dest = P5 incentivazione

30 09/07/ CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE FRAZIONE DI UTENTI SERVITA

31 09/07/ MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE GUADAGNO AZIENDA monitoraggio in real time gestione offline + 23% in media-17% in media

32 09/07/ MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SVILUPPI FUTURI CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE analisi elasticità domanda utilizzo modello di simulazione per la valutazione di altri scenari di intervento modello di simulazione per le flotte aziendali


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