Master in Ingegneria dellEmergenza Salvatore Monaco gioved 21

Master in Ingegneria dell’Emergenza Salvatore Monaco giovedì 21 m 1 rzo 2002 Verso un approccio sistemistico nell’Ingegneria dell’emergenza I paradigmi della teoria del controllo nella definizione delle prestazioni Dip. Informatica e Sistemistica Antonio Ruberti

Emergenza • perché, quale è lo scenario ? • cosa fare ? é dunque necessario: • capire – sapere interpretare i dati • concepire e realizzare un intervento Assumono particolare importanza i concetti della teoria dei sistemi e del controllo 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

relazioni causa-effetto stato – legame dinamico Modellistica: calcolo di una descrizione quantitativa • a scatola trasparente fondata sulla conoscenza dei processi coinvolti e dei legami tra le variabili • a scatola nera fondata sulla manipolazione di serie storiche di dati ingresso-uscita identificabilità: nell’ambito di una fissata classe identificazione: calibrazione (dei parametri) problema più specifico • a scatola grigia …. • per analogia reti di flusso modelli gravitazionali System Dynamics 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Importanza dei modelli descritti da equazioni ricorrenti x(t+1)=f(x(t), u(t)), x 0=x(0) y(t)=h(x(t), u(t)) • funzionamento in tempo reale 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Il modello è sempre una descrizione semplificata della realtà • un buon modello “coglie” i legami essenziali tra le variabili permangono parti (dinamiche) non modellate ed incertezze sui parametri • anche l’individuazione delle “cause” è un processo delicato permangono perturbazioni modellate e non modellate 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Il modello può essere utilizzato per • meglio comprendere • simulare – prevedere • Intervenire Serie di dati ingresso-uscita sono utilizzate per • identificare • validare 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

• I modelli nella previsione, prevenzione, gestione delle emergenze sono chiamati a svolgere un ruolo di primissimo piano. • Si tratta di modelli complessi, ibridi, che rappresentano l’interazione di un livello fisico con un livello decisionale. • I sottosistemi coinvolti sono rappresentati da modelli fisici, di flusso, ad eventi discreti. . • La simulazione del complesso o di parti rappresenta uno strumento di grande utilità 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

• l’intervento presuppone un obiettivo • si presuppone inoltre di avere una conoscenza del fenomeno su cui si interviene (previsione del comportamento) u obiettivo P P-1 intervento y P obiettivo 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

• L’intervento avviene attraverso le cause manipolabili (gli ingressi) del sistema • é concepito sul modello • se ne verifica il funzionamento mediante simulazione sul modello (eventualmente raffinato) • viene implementato sul sistema reale 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

I problemi collegati ad uno schema di intervanto a catena aperta • la validità del modello • l’effetto delle perturbazioni • la causalità 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Uno schema alternativo paradigmatico dell’intervento + R P M • é fondato sulla concezione dell’intervento in base ad obiettivi, verifica e decisione secondo una procedura ricorrente; • à in sintonia con il concetto di modello che funziona in tempo reale 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco compare in numerosissime architetture complesse

Dalla teoria del controllo alcuni concetti paradigmatici che trovano un preciso riscontro e danno indicazioni sul progetto: • la precisione e la velocità di risposta • la stabilità • la robustezza Un ruolo particolare nell’emergenza 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

La precisione + e=0? R + P z W=1 Wz=0 W= RP 1+RP 1 W z= 1+RP RP ->inf 1 z nella misura 0 Wz=-1 No disturbi sulle misure 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

La precisione richiede l’uso di alti guadagni comportano interventi ad alti livelli di potenza che tendono ad aumentare anche la velocità di risposta compromesso tra precisione e velocità di risposta e potenza dell’intervento 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Un modo per ridurre la potenza dell’intervento senza rinunciare alla precisione è di commisurare l’intervento all’integrale dello scostamento dal riferimento • azione integrativa: u(t) =k. I int e(t)dt Risultato: un intervento che migliora la precisione, ma rallenta il conseguimento del risultato. 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

• Alti guadagni ed azioni integrative si devono confrontare con problemi di stabilità. • Esempio del risultato di un intervento proporzionale/integrativo in presenza di ritardi 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Intervento derivativo per ripristinare la stabilità U(t)=Kd de(t) dt • pericolo dell’intervento derivativo In presenza di ritardi è necessario avere buone misure e fare buone previsioni. 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

La robustezza + R P M La desensibilizzazione rispetto a incertezza di strutture in catena diretta è garantita dall’architettura a controreazione Attenzione alla catena di controreazione ! 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Caratteristiche del processo decisionale a contro -reazione 1. è strutturalmente poco sensibile a variazioni dei parametri del modello (incertezze di modello) ed effetto di perturbazioni che agiscono in catena diretta a valle dell’intervento; 2. è sensibile ad errori e perturbazioni nella catena di misura 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

3. esigenze di precisione e contestualmente rapidità di risposta comportano problemi di ampiezza degli interventi e stabilità 4. ritardi nell’anello comportano cattivo funzionamento e instabilità. 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

L’inconveniente al punto 2. rappresenta un limite intrinseco della procedura decisionale a controreazione; il suo superamento può avvenire impiegando architetture “ibride” con percorsi a catena aperta. Il superamento degli inconvenienti ai punti 2. e 3. comporta il “raffinamento” della strategia di intervento. L’adozione di architetture ibride ed il raffinamento della strategia di intervento richiedono la disponibilità di modelli il più possibile aderenti alla realtà. 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Quando si opera in condizioni di emergenza 1. le informazioni sono parziali (perturbate) 2. si desiderano risposte precise e rapide 3. si hanno, spesso, ritardi nelle informazioni 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

E’ necessario 1. predisporre canali sicuri di acquisizione e trasmissione delle informazioni 2. (ammesse disponibili le risorse necessarie per gli interventi) disporre di strategie di intervento “raffinate” 3. impiegare architetture “ibride” E’ importante sviluppare attività di studio e di ricerca su temi mesi in luce ai punti 2. e 3. . . 21. 3. 2002 - Salvatore Monaco

Alcuni riferimenti interessanti Generalità sul significato ed i concetti della modellistica G. Israel: La visione matematica della realtà; biblioteca di cultura moderna Laterza, 1997 S ulla System Dynamics E. F. WOLSTENHOLME: System Enquiry: a system dynamics approach, J. Wiley. 1994. Sul concetto e le proprietà dei sistemi a retroazione in diversi settori Calimani, Lepschy: Feedback; ed Garzanti. Spunti e collegamenti con la pratica dell’emergenza un sito: http: //coe-dmha. org/dr/index. htm

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S. P. Kourniotis, C. T. Kiranoudis, N. C. Marcatos: A systemic approach to effective chemical emergency management; Safety Science 38, 2001, 49 -61.