La tecnologia RFId a supporto delle attività manutentive

Premessa e scopo

Uniacque S.p.A. è una società a totale capitale pubblico costituita nel 2006 per la gestione in house del servizio idrico integrato. L'affidamento è stato concesso dall'Autorità d'ambito della Provincia di Bergamo per una durata di 30 anni a decorrere dal 1° gennaio 2007. Le attività di gestione del servizio idrico integrato (S.I.I.) riguardano l'insieme dei servizi di prelievo, trasporto ed erogazione dell'acqua all'utente nonché la gestione dei sistemi di collettamento e la depurazione delle acque reflue.

Le attività di conduzione e manutenzione del sistema idrico integrato svolte da Uniacque S.p.A. coprono 177 comuni tra Bergamo e Provincia per un totale di circa 530 impianti di captazione, 750  serbatoi, 160 stazioni di sollevamento fognatura e 61  depuratori di acque reflue

Gli impianti principali posti sulla rete di acquedotto e i diversi depuratori sono tenuti sotto controllo tramite sistema di telecontrollo o teleallarme (che permettono di mandare segnali di allarme in tempo reale ai dispositivi mobili degli operatori in seguito ad anomalie riscontrate durante il loro funzionamento); differentemente i piccoli impianti sono oggetto di ispezioni periodiche da parte del personale di Uniacque e la periodicità di tali interventi è correlata al grado di criticità che è stato attribuito dall'Area Esercizio (che si occupa della conduzione e della gestione di impianti e reti).

Da un'analisi preliminare in primis condotta presso gli impianti e valutando le attuali procedure con cui vengono gestiti gli interventi in esame (ispezioni), si è evidenziato come fossero presenti delle criticità di "flusso", "tecnologiche" e di "pianificazione e controllo delle prestazioni".

Per ovviare a queste problematiche è stata sviluppata un'applicazione mobile utilizzando sistemi di identificazione RFId e palmari portatili con capacità di lettura e scrittura di tali dispositivi, al fine di registrare gli interventi effettuati ed eliminare le criticità di processo riscontrate nella gestione tradizionale degli interventi ispettivi e manutentivi sugli impianti oggetto dell'analisi.

Il progetto è stato condotto identificando il processo AS-IS e le relative criticità. A seguito dell'identificazione di una soluzione progettistica differente, tramite l'utilizzo dei sistemi RFId, è stata sviluppata la parte software e il relativo applicativo su dispositivo mobile, ridisegnando il TO-BE dei processi. Una volta completate queste fasi, è stato implementato il progetto pilota su un numero selezionato di impianti mediante una sperimentazione in campo e sono stati valutati i benefici apportati dalla soluzione adottata.

Descrizione e mappatura dei processi di monitoraggio effettuati dagli operatori nella rete del SII

Per la realizzazione del progetto pilota, sono stati considerati i processi di ispezione e monitoraggio effettuati sulle seguenti tipologie impiantistiche:

• Acquedotto
• Stazioni di sollevamento
• Sfioratori

Tali tipologie impiantistiche vengono tenute sotto controllo attraverso dei sopralluoghi effettuati dagli operatori di Uniacque con tempistiche e periodicità variabili. Tale variabilità è dovuta alle differenti configurazioni impiantistiche monitorate, al numero di utenze servite e alle differenti criticità che possono avere tali sezioni all'interno della rete.

In primo luogo occorre evidenziare che tali impianti non sono presidiati, tuttavia dal punto di vista funzionale presentano le seguenti criticità:

• Gli impianti di acquedotto forniscono acqua potabile alle utenze domestiche e pertanto un malfunzionamento o un guasto può provocare un arresto dell'afflusso di acqua oppure il mancato rispetto dei parametri qualitativi.
• Le stazioni di sollevamento hanno il compito di far superare i dislivelli geodetici all'interno della rete di collettamento delle acque reflue; i flussi per gran parte del loro tragitto scorrono per gravità, tuttavia in alcune parti è necessario rilanciare o sollevare i liquidi a una quota piezometrica più alta. Un' interruzione o un malfunzionamento di questi dispositivi comporta un arresto del flusso dei liquidi trattati all'interno della rete con la possibilità di attivazione degli sfioratori e nei casi più gravi il reflusso vero le utenze
• Gli sfioratori o scolmatori sono manufatti installati sulle reti di fognatura di tipo misto e hanno il compito di consentire il deflusso di portate controllate agli impianti di trattamento finali e di limitare, nel rispetto delle normative vigenti, la portate dei reflui in circolo nelle tubazioni di fognatura al fine di evitare il loro funzionamento in pressione. Questi devono entrare in funzione solo quando è necessario, tipicamente in caso di forti precipitazioni, e non in seguito a intasamenti o a malfunzionamentiQualora ci siano degli sfioratori attivi senza un valido motivo, oltre al rischio di creare un danno ambientale, il gestore può incorrere in sanzioni comminate delle autorità competenti.

Mappatura AS-IS, svolgimento interventi di manutenzione e rilevazione delle criticità

Il primo passo del progetto è stato effettuare un analisi preliminare circa lo svolgimento degli interventi manutentivi nelle sezioni impiantistiche in oggetto. In particolare è stato realizzato un flow chart del processo utile per evidenziarne le criticità e studiare le possibili azioni migliorative da adottare. Per le parti impiantistiche considerate vengono svolte delle attività di ispezione e monitoraggio con conseguente registrazione dei dati rilevati sia su supporto cartaceo che su supporto informatico. Il flusso delle attività svolte è riassumibile attraverso il  flow chart in Figura 1.

Dal flow chart si evidenzia come la gestione delle informazioni sia ancora prevalentemente effettuata su supporto cartaceo e come vengano effettuate delle attività ridondanti e scarsamente automatizzate. Da una prima analisi si evidenziano le seguenti criticità:

1. Non c'è nessun sistema che attesti l'effettivo passaggio dell'operatore sull'impianto ispezionato (la scrittura dei dati sul foglio d'impianto può esser fatta anche a posteriori). à Criticità della pianificazione e del controllo delle prestazioni
2. Le informazioni rilevate vengono scritte due volte (una sulla scheda operatore e un'altra sulla scheda impianto). à Criticità di flusso
3. Le informazioni sono trasmesse tramite documenti cartacei. à Criticità tecnologica
4. Le informazioni devono esser ulteriormente inserite nel data base di Uniacque una volta che l'operatore è tornato in sede. à Criticità di flusso
5. Viene effettuata un'archiviazione cartacea delle schede operatore e delle schede impianto. à Criticità tecnologica

Per ovviare a queste problematiche lo sviluppo del progetto pilota implementato ha visto l'applicazione e l'utilizzo di sistemi di identificazione RFId. L'applicazione dei sistemi RFId posti sugli impianti oggetto dell'analisi e l'utilizzo di palmari da parte degli operatori addetti alle attività di ispezione e manutenzione, contenenti un reader RFId, ha permesso di cambiare il flusso operativo e la gestione delle informazioni legate agli interventi effettuati.

Introduzione alla tecnologia RFId

Nel contesto industriale odierno, la documentazione cartacea per la pianificazione e il controllo dei processi aziendali è sempre più sostituita dall'utilizzo di sistemi informativi automatizzati. La spinta verso l'automazione comporta che un bene fisico deve necessariamente essere riconosciuto e digitalmente correlato alla sua immagine computerizzata; tale processo prende il nome di "identificazione" e può essere svolto in modo manuale, semi-automatico o completamente automatico.

I sistemi di identificazione sono spesso costituiti da apposite etichette che hanno lo scopo di rendere più agevole e veloce il processo di identificazione. Le caratteristiche della tecnologia utilizzata, quali costi, velocità di lettura, infrastruttura richiesta per dialogare con il data-base, sono ovviamente differenti tra loro ed ognuna di esse presenta vantaggi, svantaggi e peculiarità.

Il crescente utilizzo dei sistemi di identificazione e una riduzione del costo del processo di adozione, ha permesso di aumentare notevolmente il ventaglio di applicazioni possibili e ha favorito il necessario processo di standardizzazione globale dei sistemi di identificazione tecnologicamente più avanzati.

Difatti l'identificazione manuale degli asset industriali presenta varie inefficienze in termini di costo, tempo e precisione delle informazioni rilevate; questo è uno dei motivi per cui hanno trovato applicabilità differenti tecnologie per l'identificazione automatica/semi-automatica (AutoID) dei beni. Una delle tecnologie più promettenti, sostitutiva dei classici codici a barre, è senza dubbio l'identificazione in radiofrequenza (RFId) dal momento che riduce ancor di più la durata delle operazioni di lettura consentendo anche di memorizzare più informazioni grazie alla possibilità di leggere e scrivere nella memoria contenuta. Le caratteristiche principali di tali sistemi sono le seguenti:

• Identificazione univoca (ID): tale caratteristica è relativa alla capacità di fornire un identificatore univoco in grado di contraddistinguere un determinato oggetto e di separarlo da tutti gli altri appartenenti al medesimo sistema di identificazione.
• Informazioni di tipo spazio-temporale: capacità di legare l'ID a informazioni sulla posizione spazio temporale dell'asset.
• Memorizzazione di dati multipli: in alcuni casi è necessario ottenere dall'etichetta e dall'asset ulteriori informazioni oltre al codice identificativo; se risulta sconveniente, impraticabile o difficile l'ottenimento di queste da un data-base remoto, diventa necessario dotare l'etichetta stessa di tali informazioni.
• Aggiornamento delle informazioni "on-line": proprietà simile alla precedente ma più stringente e legata alla necessità di registrare sulle etichette i cambiamenti di alcuni parametri, tipicamente rilevati da sensori (ad esempio la temperatura).

Applicazione degli RFId: ridefinizione dei processi e vantaggi riscontrati

La dotazione hardware per realizzare questo progetto pilota ha visto l'utilizzo di in un palmare con un reader RFId integrato e dei tags RFId applicati sui vari impianti oggetto di analisi.

Attraverso l'applicazione di tali tags RFId all'interno degli impianti selezionati, si è avuto un cambiamento nella gestione dei processi di ispezione e manutenzione. In primo luogo l'introduzione dei tags ha permesso di automatizzare una serie di operazioni come ad esempio la scrittura del nominativo dell'operatore e della data di ispezione. Tale operazione (Figura 2) viene effettuata automaticamente attraverso il palmare contenente il reader una volta che questo viene avvicinato in prossimità del tag all'interno dell'impianto.

Dopo aver effettuato le operazioni di ispezione e manutenzione, queste vengono scritte direttamente sul palmare e vengono memorizzate sia all'interno di una scheda di memoria, contenuta nel palmare stesso, sia sul tag fissato all'interno dell'impianto. Di conseguenza l'operazione di scrittura dei dati viene effettuata una sola volta e non devono esser scritte le informazioni sia sul "foglio impianto" che sul "foglio operatore".

Tali informazioni vengono poi scaricate sul database di Uniacque una volta che l'operatore rientra in sede. L'operazione di "scarico" avviene estraendo la scheda di memoria contenuta nel palmare e collegandola al pc aziendale. In futuro sarà possibile utilizzare una rete wifi con la quale scaricare i dati automaticamente sul database, dotando il palmare di una scheda SIM e predisponendo delle cartelle condivise in rete. In questo modo vengono eliminati tutti i fogli cartacei (sia la scheda d'impianto che la scheda operatore) e vengono scritte in modo automatico tutte le informazioni richieste su supporti informatici evitando trascrizioni successive. Infine si evidenzia un notevole risparmio di tempo per l'operatore che deve condurre il proprio giro d'ispezione.

A questo vantaggio si aggiunge anche una completa tracciabilità e certezza sia degli interventi effettuati che delle informazioni ad esso legate. Qualora le operazioni di ispezione fossero delegate a personale esterno alla società Uniacque, si potrà avere la certezza che l'operatore in questione sia passato ad effettuare gli interventi sulle varie sezioni impiantistiche.

Un altro aspetto di fondamentale importanza legato alla tracciabilità delle informazioni è legato alla possibilità di dare evidenza agli organi preposti ai controlli ambientali (come l'ARPA) che le ispezioni e le attività manutentive siano state effettivamente svolte. Un tipico esempio in quest'ambito è dato dall'attivazione degli sfioratori sulla rete di fognatura: come è stato detto in precedenza gli sfioratori hanno il compito di entrare in azione solo quando le portate sono troppo elevate. In questi casi lo sfioro è giustificato anche da un punto di vista ecologico in quanto la carica inquinante si ritiene sufficientemente diluita dall'elevata portata d'acqua. Al contrario, nel caso in cui gli sfioratori entrino in funzione in condizioni standard, è necessario rendere evidente ai controlli ARPA che la loro entrata in funzione abbia un carattere del tutto incidentale nonostante le ispezioni effettuate.

Infine, mantenendo le informazioni dettagliate su un supporto informatico, vi è la possibilità di avere uno storico degli interventi manutentivi effettuati su un determinato impianto. Solo uno storico adeguato può permettere di fare mirate considerazioni di carattere manutentivo: scegliere l'opportuna politica di manutenzione, determinare gli intervalli temporali di preventiva, decidere quando effettuare degli investimenti di migliorativa o stilare un budget che sia il più coerente possibile con gli interventi che devono esser effettuati.

Di seguito viene riportato il flow chart che descrive le attività e le risorse impiegate per la gestione degli interventi di ispezione e manutenzione sugli impianti considerati, in seguito all'applicazione dei tags RFId (Figura 3).

I vantaggi riscontrati utilizzando sistemi di identificazione RFId e relativi palmari per la lettura, scrittura e memorizzazione dei dati, possono esser riassunti attraverso le seguenti peculiarità:

1. Presenza di un sistema che attesti l'effettivo passaggio dell'operatore sull'impianto ispezionato.
2. Scrittura univoca delle informazioni rilevate.
3. Scrittura automatica delle informazioni sul tag.
4. Download automatico dei dati rilevati quando  l'operatore rientra in sede.
5. Eliminazione del cartaceo e relativa archiviazione.
6. Standardizzazione e accessibilità delle informazioni rilevate.

Conclusioni e prospettive future

Il numero elevato degli impianti gestiti da Uniacque e la loro distribuzione su un vasto territorio fa si che gli aspetti legati alle attività di ispezione, monitoraggio dello stato di funzionamento e manutenzione siano aspetti critici e di difficile organizzazione. Proprio per questo motivo la società Uniacque ha predisposto in passato un sistema di teleallarme sugli impianti non presidiati e ha definito le attività operative e le frequenze con cui effettuare gli interventi di ispezione.

Valutando le attuali procedure con cui vengono gestiti gli interventi in esame, si è evidenziato come fossero presenti delle criticità di "flusso", "tecnologiche" e di "pianificazione e del controllo delle prestazioni".

Per ovviare a queste criticità, supportare e automatizzare alcune operazioni che prima venivano effettuate manualmente dagli operatori, si è utilizzata la tecnologia RFId. Per implementare tale tecnologia si è reso necessario sviluppare degli applicativi ad hoc che sono stati inseriti all'interno di un palmare che avesse integrato un sistema di lettura e scrittura degli RFId.

In seguito alla sperimentazione sul campo sono stati raccolti pareri positivi sia da parte degli operatori sia dei responsabili che hanno seguito le attività di progetto.

Il progetto sviluppato e presentato durante questo elaborato nasce dalla necessità dell'azienda di razionalizzare, snellire e standardizzare le ispezioni e le manutenzioni effettuate sugli impianti dislocati nei comuni di competenza. La componente tecnologica del lavoro rappresenta un primo passo per l'azienda verso l'inserimento delle ICT al proprio interno al fine di creare e catturare nuovo valore aggiunto. Nel caso di Uniacque il concetto di innovazione è visto dal lato tecnico-organizzativo e "nel modo di fare le cose" (innovazione organizzativa e di processo). Seguendo quest'ottica è possibile disegnare una Road-Map di sviluppo di medio/lungo termine che utilizzi nuove tecnologie abilitanti per raggiungere la completa integrazione dei supporti informativi/informatici al proprio interno.

Emanuele Dovere, Ricercatore presso CELS, Università degli studi di Bergamo

Fabio Floreani, Ricercatore Consorzio Intellimech

Emilio D'Alessio, Responsabile area esercizio Uniacque Spa