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

409/07/2013

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

509/07/2013

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

ANALISI STATO DELL’ARTE

609/07/2013

3. FLOTTE AZIENDALI

ANALISI STATO DELL’ARTE

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

assegnazione veicolischedulazione rifornimenti/ricarichegestione real time flotta (…)

3 livelli decisionali

STRATEGICO

TATTICO

OPERATIVO

flotta/rimborso chilometrico?tipologia di veicoliinfrastrutture(…)

car policydimensionamento flottareplacement strategies(…)

709/07/2013

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

809/07/2013

STRUTTURA DSS

STATOREGOLE DI EVOLUZIONE

COMPORTAMENTO SISTEMA

CONFRONTOPERFORMANCES -

OBIETTIVI

SISTEMA DI GESTIONE

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

909/07/2013

APPROCCIO UTILIZZATO

METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML

descrizione STATICA descrizione DINAMICA

diagramma dei PACCHETTIdiagramma delle CLASSI diagramma delle ATTIVITÀ

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DESCRITTIVO

1009/07/2013

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

09/07/2013

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

SCENARIO AS ISSCENARIO TO BE

1409/07/2013

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

1509/07/2013

LOCALIZZAZIONE PARCHEGGI

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

FACILITY LOCATION PROBLEMS

CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM

ANALISI LETTERATURA

1609/07/2013

3 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

1709/07/2013

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. 

1809/07/2013

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

1909/07/2013

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

2009/07/2013

OTTIMIZZAZIONE

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

2109/07/2013

SCHEDULAZIONE RICARICHE

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

2209/07/2013

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

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

CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI:MODELLI PER LA GESTIONE

GUADAGNO AZIENDA

monitoraggio in real time gestione offline

+ 23% in media -17% in media

3209/07/2013

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