CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE
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CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
Valentina Boschian, Monica Clemente, Walter UkovichORTS, Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Università degli Studi di Trieste
209/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
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 Ottimizzazione parametri flotta aziendale
309/07/2013
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
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AMBITI DI RICERCA
3. Charging Infrastructure Planning Problem;
4. Algoritmi per la schedulazione delle ricariche dei veicoli elettrici.
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1. 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. 198-207
2. 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. 233-247
3. 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. 1105-1111
4. 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. 363-382
8. 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. 305-312
9. R. Manzini, A. Pareschi (2012), A Decision Support System for the Car Pooling Problem. Journal of Transportation Technologies, No. 2, pp. 85-101
10. 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 SHARINGa) dimensionamento flotte1
b) localizzazione parcheggi2c) ribilanciamento sistema3
d) accesso al servizio4 (prenotazione / on demand)e) politiche di tariffazione5
a) monitoraggio SoCb) localizzazione stazioni di ricarica
2. VEICOLI ELETTRICI
SOLUZIONI ICT• applicazioni mobile8
• DSS9
• sistemi di gestione integrati10
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. 99-104
7. 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. 307-316
6, 7
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ANALISI STATO DELL’ARTE
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3. FLOTTE AZIENDALI
ANALISI STATO DELL’ARTE
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assegnazione veicolischedulazione rifornimenti/ricarichegestione real time flotta (…)
3 livelli decisionali
STRATEGICO
TATTICO
OPERATIVO
flotta/rimborso chilometrico?tipologia di veicoliinfrastrutture(…)
car policydimensionamento flottareplacement strategies(…)
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ANALISI STATO DELL’ARTE
CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
11. Electrification Coalition (2010), Fleet Electrification Roadmap12. 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
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STRUTTURA DSS
STATOREGOLE DI EVOLUZIONE
COMPORTAMENTO SISTEMA
CONFRONTOPERFORMANCES -
OBIETTIVI
SISTEMA DI GESTIONE
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APPROCCIO UTILIZZATO
METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML
descrizione STATICA descrizione DINAMICA
diagramma dei PACCHETTIdiagramma delle CLASSI diagramma delle ATTIVITÀ
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MODULO DESCRITTIVO
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CAR SHARING
CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
MODULO DESCRITTIVODIAGRAMMA DEI PACCHETTI
11
+Riceve informazioni()+Comunica informazioni()
+Lista dei veicoli+Lista dei parcheggi+Lista degli operatori+Lista degli utenti
Sistema di Gestione
+Raccolta dei dati dell'utente()+Modifica del dati dell'utente()+Cancellazione registrazione()
+Lista utenti
Gestione delle Registrazioni al Sistema
+Invio operatore()+Lista emergenze
Gestione delle Emergenze
+Monitoraggio della distribuzione dei veicoli()+Ricollocamento di un veicolo()
+Metodo di Ricollocazione+Conteggio operazioni di ribilanciamento/giornata
Gestione delle attività di ribilanciamentodel sistema
+Elaborazione dei dati di viaggio()+Emissione della fattura()+Chiusura transazione()
+Lista fatture
Gestione dei Pagamenti
+Aggiungi Prenotazione()+Cancella Prenotazione()+Modifica Prenotazione()
+Lista prenotazioni
Gestione delle Prenotazioni
+Modifica delle regole di noleggio()+Modifica delle regole di pagamento()
+Nome dell'Organizzazione+Regole di noleggio+Regole di pagamento
Car Sharing Company
+Comunica il proprio ID()+Comunica la propria posizione()+Ricollocazione dei veicoli()+Assistenza nelle emergenze()
+OperatorID+Posizione+Stato+Mansione
Operatore
1..*
+Registrazione()+Prenotazione veicolo()+Cancellazione prenotazione veicolo()+Modifica prenotazione()+Modifica dati personali()+Modifica metodo di pagamento()
+IDUtente+Dati personali+Metodi di pagamento+Tipo di utente
Utente
1..*
+Comunica ID()+Comunica posizione()+Richiesta di manutenzione()+Comunica dati di viaggio()
+IDVeicolo+Tipo+Stato+Posizione
Veicolo
1..*
+Comunica necessità rifornimento()+Livello del carburante
Veicolo Tradizionale
+Comunica necessità ricarica()+Livello di carica
Veicolo Elettrico+Comunica numero di veicoli disponibili()+Comunica stato()
+IDParcheggio+Localizzazione+Numero di veicoli disponibili+Stato
Parcheggio
1..*
Tradizionale
+Richiede assistenza ()
+Numero di colonnine di ricarica disponibili+Stato colonnine
Stazione di Ricarica
+Attivazione meccanismo di incentivazione()+Interruzione meccanismo di incentivazione()+Calcolo andamento ricavi giornalieri()
+Politica di tariffazione
Tariffazione
gestisce
+Spostamento veicolo in officina()+Riparazione()+Ricollocazione veicolo in parcheggio()
+Lista manutenzioni
Attività di Manutenzione
+IDPrenotazione+Data+Ora di partenza+Parcheggio di partenza+Ora di arrivo+Parcheggio di arrivo+Dotazioni particolari veicolo
Prenotazione
+IDOperazione+Data+Tipo
Manutenzione
+IDIntervento+Data+Tipo
Emergenza
+IDOperazione+Data+Costo
Acquisto/Sostituzione
+IDOperazione+Parcheggio di prelievo+Parcheggio di destinazione+Data+Ora
Ricollocamento
0..4
condivisione auto
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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 DESCRITTIVODIAGRAMMA DELLE CLASSI - CAR SHARING
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12
+Riceve informazioni()+Comunica informazioni()
+Lista dei veicoli+Lista dei parcheggi+Lista degli addetti+Lista dei dipendenti
Sistema di Gestione Flotta Aziendale
+Aggiungi Prenotazione()+Cancella Prenotazione()+Modifica Prenotazione()
+Lista prenotazioni
Gestione delle Prenotazioni
+Elaborazione dei dati di viaggio()+Pagamento rifornimento/ricarica()+Pagamento manutenzione()+Pagamento canone leasing()+Pagamento tariffa noleggio()
+Lista fatture
Gestione Economica Flotta
+Assegnazione operatore()+Calcolo costo()+Aggiornamento stato veicolo()+Aggiornamento stato operatore()
+Lista manutenzioni
Gestione Attività Manutenzione Ordinaria
+Assegnazione operatore()+Aggiornamento stato veicolo()+Aggiornamento stato operatore()
+Lista emergenze
Gestione delle Emergenze
+Acquisto nuovo veicolo()+Vendita veicolo()+Sostituzione veicolo()
+Lista attività
Gestione Attività Acquisto/Vendita
+Monitoraggio della distribuzione dei veicoli()+Attivazione operazioni di ricollocamento()
+Conteggio operazioni di ribilanciamento/giornata
Gestione delle attività di ribilanciamentodel sistema
+Crea nuovo gruppo()+Aggiorna dati gruppo()+Cancella gruppo()
+Lista gruppi
Gestione Car Sharing Aziendale
+Modifica Car Policy()
+Nome dell'Azienda+Car Policy
Azienda
gestisce
+Prenotazione veicolo()+Cancellazione prenotazione veicolo()+Modifica prenotazione()+Modifica dati personali()+Richiesta dotazioni particolari veicolo()
+IDDipendente+Dati personali+Qualifica
Dipendente
1..*
+Comunica numero di veicoli disponibili()+Comunica stato()
+IDParcheggio+Localizzazione+Numero di veicoli disponibili+Stato
ParcheggioTradizionale
+Richiede assistenza ()
+Numero di colonnine di ricarica disponibili+Stato colonnine
Stazione di Ricarica
+Comunica ID()+Comunica posizione()+Richiesta di manutenzione()+Comunica dati di viaggio()
+IDVeicolo+Tipo+Stato+Posizione-Tipo di contratto
Veicolo1..*
1..*
+Comunica il proprio ID()+Comunica la propria posizione()+Ricollocazione dei veicoli()+Assistenza nelle emergenze()+Acquisto/sostituzione veicolo()
+IDOperatore+Posizione+Stato+Mansione
Addetto
1..*
+Comunica necessità rifornimento()+Livello del carburante
Veicolo Tradizionale
+Comunica necessità ricarica()+Livello di carica
Veicolo Elettrico
+IDPrenotazione+Data+Ora di partenza+Parcheggio di partenza+Ora di arrivo+Parcheggio di arrivo+Dotazioni particolari veicolo
Prenotazione
car sharing
0..4
+IDOperazione+Data+Tipo
Manutenzione
+IDIntervento+Data+Tipo
Emergenza
+IDOperazione+Data+Costo
Acquisto/Sostituzione
+IDOperazione+Parcheggio di prelievo+Parcheggio di destinazione+Data+Ora
Ricollocamento
09/07/2013
DIPENDENTE+IDDipendente+Dati personali+Qualifica+Prenotazione veicolo ()+Cancellazione prenotazione veicolo ()+Modifica prenotazione ()+Modifica dati personali ()+Modifica metodo di pagamento ()+Richiesta dotazioni particolari ()
MODULO DESCRITTIVODIAGRAMMA DELLE CLASSI - FLOTTA AZIENDALE
CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
1309/07/2013
MODULO DESCRITTIVODIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ
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SCENARIO AS ISSCENARIO TO BE
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MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE
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PROBLEMATICHE CONSIDERATE
ribilanciamento sistema politiche di tariffazione
MECCANISMO DI INCENTIVAZIONE che favorisca un
BILANCIAMENTO NATURALE del sistema(user based)
ESEMPIO DI APPLICAZIONE
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LOCALIZZAZIONE PARCHEGGI
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FACILITY LOCATION PROBLEMS
CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM
ANALISI LETTERATURA
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3 DIMENSIONI DI SCELTA
• TIPOLOGIA
• DIMENSIONAMENTO
• LOCALIZZAZIONE
2 PROSPETTIVE
• UTENTE
• GESTORE
MODO di ricarica
TIPO di infrastruttura
CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM
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MODI DI RICARICA
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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.
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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
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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
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2009/07/2013
OTTIMIZZAZIONE
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UTENTE minimizzazione COSTO D’ACCESSO
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 QUANTITATIVO aspetto QUALITATIVO
minimizzazione PERDITE minimizzazione VARIAZIONI DI TENSIONE
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SCHEDULAZIONE RICARICHE
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schedulazione ricariche
CENTRALIZZATA DECENTRALIZZATA
«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
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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
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SCHEDULAZIONE RICARICHE
2309/07/2013
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
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SCHEDULAZIONE RICARICHE
2409/07/2013
2 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
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2509/07/2013
2 problemi di assegnazione interdipendenti
strategia risolutiva
centralizzata(fase 1)
decentralizzata(fase 2)
algoritmi di CONSENSO
DISTRIBUITO
peculiarità:PARAMETRI FUNZIONE
DEL TEMPO
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SCHEDULAZIONE RICARICHE
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
BACK-UP
2809/07/2013 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 all’interno della
ZTL• parcheggio gratuito nella ZTL
2909/07/2013
MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE
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MONITORAGGIO DISTRIBUZIONE VEICOLI
Incentivo Condizione Suggerimento0 N(P3) > 2 ˄ N(P5) > 2 -1 N(P3) <= 2 ˄ N(P5) <= 2 T_viaggio <= 20 min2 N(P3) <= 2 Dest = P33 N(P5) <= 2 Dest = P5
incentivazione
3009/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE
MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE
FRAZIONE DI UTENTI SERVITA
3109/07/2013
MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE
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GUADAGNO AZIENDA
monitoraggio in real time gestione offline
+ 23% in media -17% in media
3209/07/2013
MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE
SVILUPPI FUTURI
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• analisi elasticità domanda • utilizzo modello di simulazione per la valutazione di altri scenari di intervento• modello di simulazione per le flotte aziendali