Applicazioni

Gli algoritmi di ricerca operativa per ottimizzare la manutenzione delle reti ad alta tensione

L’aumento della complessità dei sistemi aziendali e la conseguente necessità di gestire ingenti moli di dati hanno reso indispensabile l’utilizzo di strumenti di decisione automatici che, attraverso l’elaborazione algoritmica, permettono di affrontare problemi di grandi dimensioni, surclassando così il vecchio approccio decisionale basato sulla sola esperienza del personale. [...]
Andrea Cumin

Presales Manager di OverIT

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La rete ad alta tensione è una delle infrastrutture fondamentali per il trasporto dell’energia e, per poter garantire sicurezza, continuità e qualità del servizio, necessita di diverse attività manutentive, sia periodiche che straordinarie. Tali interventi vengono solitamente effettuati da squadre numerose ed eterogenee su un territorio molto vasto, per questo motivo un approccio decisionale basato sulla sola esperienza del personale operativo non sempre è sufficiente. È qui che entra in campo la ricerca operativa, nota anche come “operations research”. Nello specifico, si tratta della branca della matematica applicata il cui scopo è analizzare e risolvere problemi complessi mediante modelli matematici e metodi quantitativi avanzati, al fine di mettere a punto metodologie per il supporto decisionale e strategico. Nel campo d’applicazione della ricerca operativa rientrano tutti i casi nei quali è necessario prendere decisioni sull’impiego e sul coordinamento di risorse e attività limitate, rispettando vincoli precisi e cercando di massimizzare il beneficio ottenibile. Negli ultimi anni, l’applicazione della ricerca operativa all’organizzazione delle attività di business è sempre più apprezzata. Infatti, l’aumento della complessità dei sistemi aziendali e la conseguente necessità di gestire ingenti moli di dati hanno reso indispensabile l’utilizzo di strumenti di decisione automatici che, attraverso l’elaborazione algoritmica (AI), permettono di affrontare problemi di grandi dimensioni nella manutenzione, surclassando così il vecchio approccio decisionale basato sulla sola esperienza del personale, sufficiente quando le informazioni a disposizione e la complessità dei sistemi erano più contenute.

Come la ricerca operativa supporta il Field Service sulla rete di alta tensione

A livello pratico, l’approccio della ricerca operativa consiste nel “trasformare” un problema in un modello matematico e calcolare una soluzione ottimale, partendo dalle diverse fasi del processo decisionale:

  • definizione del problema;
  • studio della realtà e raccolta dei dati;
  • costruzione del modello;
  • individuazione di una o più soluzioni;
  • analisi dei risultati ottenuti.

La ricerca operativa presenta un livello di applicabilità ormai consolidato in diversi settori. Negli ultimi anni, infatti, ha rivestito un’importanza crescente nelle attività di business, in quanto permette di effettuare le scelte migliori per raggiungere obiettivi aziendali mirati, rispettando vincoli spesso imposti dall’esterno e difficilmente controllabili da chi deve prendere le decisioni.

Negli ultimi anni, l’applicazione della ricerca operativa all’organizzazione delle attività di business è sempre più apprezzata. Infatti, l’aumento della complessità dei sistemi aziendali e la conseguente necessità di gestire ingenti moli di dati hanno reso indispensabile l’utilizzo di strumenti di decisione automatici che, attraverso l’elaborazione algoritmica, permettono di affrontare problemi di grandi dimensioni, surclassando così il vecchio approccio decisionale basato sulla sola esperienza del personale, sufficiente quando le informazioni a disposizione e la complessità dei sistemi erano più contenute.

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L’elaborazione algoritmica (AI) nella manutenzione delle reti ad alta tensione

Declinati sulle attività di Field Service, gli algoritmi di ricerca operativa possono essere suddivisi in tre livelli di evoluzione generazionale:

  • Algoritmi per la creazione delle missioni: la manutenzione di una rete estesa come quella dell’alta tensione richiede la gestione e la coesistenza di interventi di varia natura, con cadenze variabili e caratteristiche che includono sia la programmazione nel tempo, sia le urgenze.

Gli algoritmi di ricerca operativa, una volta “alimentati” con la lista delle attività da eseguire sulla rete (operazioni pianificate a calendario, allarmi, emergenze e anomalie riscontrate durante le supervisioni) e con i vincoli previsti per l’esecuzione (ora, durata e priorità, orari di lavoro, e straordinario delle risorse, skill e disponibilità, tempi di percorrenza, rispetto dei Service Level Agreement, materiali e attrezzature), sono in grado di fornire un supporto efficace in fase di pianificazione, massimizzando le ore utili dedicate alle attività operative e minimizzando i possibili periodi di inattività.

Al fine di ottenere la migliore schedulazione delle attività, possono essere utilizzati vari algoritmi di ricerca operativa, quali: greedy replenishment, local optimization, random improvement e minimum spanning tree.

  • Algoritmi per comporre i team di lavoro e associare le missioni: il successivo livello evolutivo consiste nell’automatizzazione della creazione delle squadre operative, tenendo in considerazione la complessità delle attività da eseguire sulla rete e la conseguente necessità di assegnare squadre eterogenee.

Anche in questo caso, la ricerca operativa è in grado di proporre la migliore soluzione tenendo in considerazione molteplici vincoli, quali la compatibilità tra risorse, la corrispondenza dei loro orari di lavoro e la complementarità delle loro skill.

In questo caso, al fine di raggiungere i risultati migliori e ottenere un ranking ottimale delle formazioni tra le quali selezionare la più performante, gli approcci usati possono fare uso di molteplici algoritmi presenti in letteratura, quali: weight optimization, best ranking, heuristic and combinatorial approach.

  • Applicazione dell’intelligenza artificiale agli algoritmi per la composizione dei team: il terzo livello evolutivo consiste nell’alimentare gli algoritmi con suggerimenti basati sull’esperienza, per migliorare la costruzione delle squadre in maniera proattiva.
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L’AI, e nello specifico tutto il filone legato all’apprendimento automatico, mette a disposizione algoritmi capaci di ottimizzare le performance in autonomia, sia mediante l’analisi di dati storico-statistici, sia dall’esperienza umana, elaborando tutti i possibili scenari futuri nei quali il pianificatore potrebbe trovarsi a operare nel corso del tempo. Ciò consente di prevedere anche le casistiche più complesse e comporre squadre adeguate da poter assegnare alla risoluzione di qualunque problematica relativa alla manutenzione di un elettrodotto.

Perché ottimizzare le attività applicando algoritmi di ricerca operativa

I benefici derivanti dall’utilizzo di algoritmi di ricerca operativa per la gestione della manutenzione sulla rete di alta tensione sono molteplici e aprono le porte alla razionalizzazione generale dei processi di schedulazione delle attività, incluse l’assegnazione delle stesse alle squadre in campo e una migliore efficienza durante la fase operativa. Ecco i principali benefici:

  • Aumento della capacità di gestione degli interventi. L’ottimizzazione derivante da un migliore utilizzo delle risorse umane consente di ottenere una maggiore disponibilità delle stesse e quindi di riuscire a gestire un numero più elevato di attività in campo, senza dover ricorrere a straordinari o squadre esterne.
  • Migliore gestione di piani di intervento complessi. Ottimizzando la schedulazione e l’assegnazione delle attività alle risorse sulla base di molteplici parametri (incluse urgenze, competenze e geolocalizzazione degli impianti), la ricerca operativa è in grado di far fronte anche ai più elaborati calendari di operazioni, tipicamente creati per le manutenzioni degli elettrodotti, semplificandone la gestione generale e riducendo il carico di lavoro per il pianificatore.
  • Aumento dell’efficienza del personale operativo. La capacità di creare le squadre ottimali prendendo in considerazione infinite combinazioni di risorse sulla base delle loro capacità e performance passate, favorisce una più rapida ed efficiente esecuzione degli interventi in campo e, di conseguenza, migliori risultati finali per l’azienda.
  • Forecasting. Analizzando le grosse moli di dati derivanti dagli interventi già realizzati sulla rete, gli algoritmi di ricerca operativa possono effettuare previsioni sulle attività future e le relative risorse necessarie, consentendo al pianificatore di avere un quadro completo e a lungo termine dei carichi di lavoro e quindi di poter intervenire in tempo qualora ci fosse la necessità di effettuare azioni migliorative.

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La complessità della manutenzione sugli elettrodotti

Un elettrodotto è una delle infrastrutture di rete adibita al trasporto di energia elettrica ad alta tensione ed è composto da linee aeree, interrate o sottomarine.

Le linee ad alta tensione (220 kV – 132 kV) più comuni sono quelle aeree, costituite da due o più elementi conduttori sospesi, distanziati da tralicci metallici e opportunamente isolati da questi ultimi. L’alta tensione viene così trasportata in trifase fino ai centri urbani, dove apposite cabine primarie di trasformazione la abbassano a valori compresi tra 5 e 20 kV, effettuando altresì il passaggio alla corrente monofase comunemente usata a livello domestico.

Le attività di manutenzione su impianti di questo tipo sono quindi strategiche per garantire sia la continuità, sia la qualità del servizio e consistono principalmente in:

  • supervisione visiva delle infrastrutture e della distanza dei conduttori da terra;
  • attività pianificate periodicamente (es. lavaggio o sostituzione degli isolatori, pulizia dei basamenti, taglio della vegetazione adiacente per eliminare la possibilità di scariche verso terra);
  • attività straordinarie per eliminare le anomalie riscontrate (es. sostituzione dei distanziatori o delle sfere di segnalazione, riparazione delle rotture sui trefoli dei conduttori o sulla fune di guardia, esecuzione di giunti);
  • emergenze che possono scaturire a fronte di allarmi o incidenti;
  • demolizione e ammodernamento della rete.

La complessità sta nel dover gestire una serie di operazioni molto eterogenee tra loro e che, quindi, richiedono l’intervento di squadre numerose, che devono essere strutturate tenendo in considerazione molteplici vincoli operativi e skill complementari delle risorse. Inoltre, per garantire la continuità del servizio, le attività dovranno essere portate a termine entro tempistiche prestabilite e sull’intero perimetro nel quale la rete è installata, con la conseguente necessità di ottimizzare gli spostamenti all’interno di aree anche molto vaste.

 

 

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