SEATEC - 5° Rassegna internazionale di tecnologie e subfornitura per la cantieristica navale e da diporto

MARINA DI CARRARASABATO 3 FEBBRAIO 2007

I trend tecnologici nel settore della nautica da diportoMetodologia di monitoraggio

UnioncamereToscana

CNA TOSCANA

ConfartigianatoImpr. Toscana

RegioneToscan

a

CGILToscana

CISLToscan

a

UIL – Un.Reg. Toscana

Presentazione Convention Hall – Pad EOre 10.00

I trend tecnologici nel settore della nautica da diporto

SEATEC, 3 febbraio 2007

Andrea BonaccorsiFacoltà 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

 

ResponsabileScientifico

Espertisenior

EspertiTechnology Intelligence

OperatoriJunior

 

Esperti delle imprese

 

 

Esperti universitari

 

 

Riunioni Visite aziendali

 

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 (co-design, 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.