Il Progetto

L'idea di GEMS nasce da un bisogno reale rilevato studiato da Sistemi Territoriali negli ultimi anni, in quanto società di servizi e di ricerca/sviluppo tecnologico operante nel settore delle utilities, in particolare la società Toscana Energia del Gruppo Italgas, che gestisce il servizio di distribuzione del gas su buona parte della Toscana con quasi 1 milione di utenze, e che include tutta la gamma di contesti operativi da città ad alta pressione turistica come Firenze e Pisa, a città più piccole e borghi in contesti rurali, montani, costieri.

Le società del Gas come Toscana Energia, dispongono già di una vasta infrastruttura tecnologica con reti di sensori e centraline di controllo remoto che costituiscono una rete “smart” con migliaia di sensori che producono segnali e misure in tempo reale e in modalità continua. A questo dobbiamo aggiungere le centinaia di migliaia di contatori utenza che producono teleletture quotidiane o su base oraria.

Attualmente, in buona parte, questi dati rimangono confinati in ambiti aziendali specifici e usati per scopi operativi ben precisi quali il telecontrollo, oppure la fatturazione e bollettazione delle utenze. Tuttavia questi dati hanno un valore potenziale immenso perché potrebbero essere usati in molteplici contesti aziendali, così come sono, oppure integrati con dati di altri domini, per produrre informazioni di maggior valore o per creare strumenti di supporto decisionale o strumenti di supporto alle operazioni su diversi ambiti aziendali.

In questo contesto Sistemi Territoriali vede la gestione Smart della Rete come un "Sistema di Sistemi", che è a sua volta una parte del più vasto sistema della gestione integrata del Processo di Distribuzione del Gas come concepito dalla regolazione comunitaria e nazionale.

Il carattere di sistema di sistemi, e la necessità di strumenti per la gestione integrata oggi mancanti, derivano dal fatto che la gestione del servizio di distribuzione implica un controllo sulle molte interazioni che occorrono:

• interazioni con le altre parti costituenti del sistema di distribuzione (allaccio alla rete di trasporto SNAM, gestione a livello di impianto, gestione dell'infrastruttura e dei piani di investimento, gestione dei contratti di concessione, rapporto con gli azionisti e con gli stakeholder)
• Interazioni con l’ambiente e gli eventi (interferenze con altre infrastrutture, fughe, eventi estremi frane, terremoti, alluvioni)
• Interazioni con le comunità degli utenti e clienti, e dei lavoratori (e con il loro comportamento socio-economico e l'evoluzione demografica dei valori sociali e delle abitudini); con le pratiche economiche, la pianificazione territoriale ed urbanistica e le rispettive evoluzioni
• Interazioni con la - lenta - evoluzione delle infrastrutture, (apparecchiature e strumenti di elaborazione delle informazioni, facilities ICT, dispositivi di telemetria e di controllo, le tecniche i sistemi di data processing, le tecniche i sistemi di interpretazione dei dati e di supporto alle decisioni DSS, i servizi i modelli di interazione con l'utente

GEMS ha come obiettivo la conduzione di attività di R&S finalizzata allo sviluppo prototipale di una nuova piattaforma tecnologica abilitante per una gestione smart della rete di distribuzione del gas all'interno del paradigma Industria 4.0 / Fabbrica 4.0, integrando in maniera innovativa tecnologie fisiche e logiche quali Internet delle Cose, Big Data, sensor web ed intelligenza artificiale.

La Gestione Smart delle reti di distribuzione del gas prevista da GEMS consentirà alle aziende del settore una significativa riduzione dei costi di gestione e un avanzamento sostanziale in termini di:

• efficientamento delle reti e delle operazioni sul campo
• migliore pianificazione degli investimenti e delle attività di manutenzione
• miglior livello di sicurezza nell’esercizio delle reti
• maggiore concorrenzialità nelle gare di concessione
• migliori rapporti con le autority, le utenze e gli enti locali concedenti.

In sintesi, la soluzione proposta consentirà a tali aziende di entrare appieno nella rivoluzione industriale 4.0, ricavando il massimo beneficio dagli investimenti fatti sulla rete e migliorando nel contempo la qualità del servizio.

Il progetto tiene conto dell’ambito del Piano Strategico ARERA 2019-2021 che contempla, fra gli altri, il piano di digitalizzazione dei misuratori gas. Con le prestazioni innovative dei contatori telegestiti, in particolare di seconda generazione, esse saranno finalizzate alla soddisfazione delle esigenze dei clienti finali, quali ad esempio la riduzione delle stime in bolletta, l’introduzione di forme contrattuali prepagate, la messa a disposizione di dati tempestivi ed aggiornati utili alle scelte di consumo. L’assistenza ai distributori a tale riguardo consentirà loro di accrescere il ruolo competitivo e il miglioramento prestazionale a beneficio dei consumatori finali. L’approccio tiene conto di linee di intervento quali:

• Nuovi meccanismi per il miglioramento della qualità del servizio, mirati alle aree con livelli peggiori di qualità del servizio della media nazionale, e coerenti con la logica di responsabilizzazione degli operatori di rete.
• Sviluppo dei sistemi di smart metering di seconda generazione (2G) nel settore elettrico, completando e semplificando il quadro regolatorio in modo da permettere la rapida diffusione di sistemi di misura a elevate funzionalità.
• Completamento del passaggio a sistemi di misura smart nel settore gas con la conferma del loro deployment (e progressiva estensione agli operatori di minore dimensione), rendendo possibili fin da subito soluzioni con più elevate funzionalità ove il differenziale di costo sia limitato o comunque inferiore ai benefici attesi.

Più in dettaglio, GEMS sarà composto da cinque moduli funzionali principali nativamente integrati:

• Data Broker: agisce da intermediario tra il sistema e le molteplici sorgenti dato da cui deve attingere
• Raccolta dati: riceve i dati forniti dal modulo Data Broker, li elabora e struttura in un datawarehouse per consentire la loro analisi agli altri moduli
• Data Processing: applica tecniche statistiche e algoritmi matematici che a partire dalle informazioni di base presenti nel datawarehouse derivano nuovi dati ed indicatori utili per i moduli le componenti di modelli e DSS

• Modelli e conoscenza: strumenti di simulazione semplificata e avanzata, basate su una modellazione fluido-dinamica di nuova generazione e sul paradigma di “fabbrica virtuale” di Industria 4.0
• DSS: implementa un Sistema di Supporto alle Decisioni, ovvero un insieme di cruscotti e strumenti orientati a diverse tipologie di utenze e quindi di varia complessità di utilizzo che hanno il fine comune di rendere fruibile i dati ed indicatori prodotti da tutti gli altri moduli.

Questi moduli sono stati descritti in maggior dettaglio nella sezione “Idea alla base del progetto”, e la loro implementazione ed integrazione in un prototipo funzionante costituisce il deliverable principale e misurabile di GEMS.

• OO1 - Studio di dettaglio
• OO2 - Progettazione tecnica
• OO3 - Acquisizione dei dati per il prototipo e validazione
• OO4 - Sviluppo sperimentale DSS
• OO5 - Sperimentazione e validazione

OO1 – Avvio di Progetto

Lo scopo di questo obiettivo operativo è quello di aggiornare, completare ed affinare gli studi di dettaglio sulla cui base sviluppare l'attività progettuale.

In dettaglio l’Attività 1.1 di avvio di progetto ha come obiettivo l’aggiornamento dello stato dell’arte tecnico e di mercato, inclusa l'analisi della concorrenza, attraverso un lavoro di screening desk, incontri tecnici interdisciplinari tra i componenti del team di progetto, e consultazioni con esperti del mondo industriale settoriale, technology provider, e della ricerca accademica.

Saranno predisposte le strutture hardware e software necessarie, compreso il sito web di progetto, che avrà la funzione di supportare fin dalle fasi iniziali l’Attività 1.2 “Individuazione e coinvolgimento stakeholder”. Tale attività includerà un'esplorazione di scenari con alcune aziende del settore della distribuzione del gas e si concluderà con un focus group in cui saranno raccolti i feedback degli sperimentatori in merito alle funzionalità previste e alle prospettive dell’idea progettuale.

Il team di lavoro procederà quindi alla definizione di dettaglio delle funzionalità per le utenze target (Attività 1.3). Per ogni funzionalità sarà anche assegnato con una procedura analitica un punteggio di priorità che servirà a definire quali sono le funzionalità principali e strategiche da far confluire nei prototipi dei sottosistemi e nel prototipo integrato. Parallelamente si procederà con l’attività di individuazione e censimento delle fonti di informazione (Attività 1.4), in cui si prenderanno in rassegna diversi bacini informativi di dati necessari per la realizzazione del progetto, database e modelli.

OO2 – Progettazione Tecnica

Scopo di questo obiettivo operativo è la progettazione esecutiva del sistema informativo a partire dagli obiettivi progettuali prefissati e dai requisiti funzionali e architetturali definiti nel corso dell’Obiettivo Operativo 1. Queste specifiche staranno alla base della realizzazione dello sviluppo sperimentale e del prodotto finale che si intende realizzare. In questa delicata fase di ingegnerizzazione del software verranno definite le specifiche funzionali, le scelte implementative e verrà fatta una valutazione oggettiva per la scelta della migliore soluzione realizzativa. Questo fase di analisi verrà condotta sia in funzione dello sviluppo sperimentale che costituisce uno degli obiettivi progettuali, sia in funzione dello sviluppo industriale da mettere in atto in fasi successive alla conclusione del progetto stesso.

Come risultato di queste attività si otterranno una serie di documenti tecnici (specifiche progettuali esecutive) necessari per lo sviluppo e la sperimentazione della soluzione. Nell’elaborazione delle specifiche, oltre a normali strumenti di documentazione e report, verranno usati strumenti di supporto alla progettazione e la modellazione formale del software.

Premettendo che questo obiettivo operativo non presenta particolari problemi in termini di raggiungibilità dello scopo, in quanto le attività sono definite e fattibili e il risultato è determinato, si può tuttavia rilevare come possano sorgere delle problematiche in termini di tempi di realizzazione e risorse consumate, principalmente dovute alla complessità tecnica della tematica e ai tempi di assimilazione. Per questo motivo, per mitigare gli effetti di questo rischio, verrà adottata una metodologia di gestione progettuale Agile, che permette l’individuazione precoce delle problematiche e di dare quindi una risposta veloce ed efficace in relazione alla gestione del cambiamento.

OO3 – Acquisizione dei dati per il prototipo e validazione

Scopo di questo Obiettivo Operativo è la raccolta delle informazioni necessarie per lo svolgimento del progetto, in particolare per quel che riguarda gli studi preliminari, la progettazione, lo sviluppo sperimentale e susseguente validazione.

Questo verrà fatto tramite l’implementazione delle procedure di Data Acquisition, Data integration, Data Quality Assurance, progettate nel corso dell’Attività 2.4, e di analisi dati (progettate nel corso dell’Attività 2.5), tramite l’interfacciamento a sorgenti dati aziendali messe a disposizione e servizi esterni disponibili censiti nell’Attività 1.4. Sono altresì previsti elaborazioni/inserimenti manuali per le fonti dati che lo richiedono (ove non disponibile il dato con una qualità accettabile o in formato digitale/strutturato)

L’obiettivo finale è quindi il popolamento iniziale del datawarehouse (DWH) con tutti i dati che saranno necessari per gli strati superiori previsti dall’architettura di sistema.

Il rischio di questo Obiettivo Operativo è complessivamente medio-basso e insito unicamente nella possibilità che i risultati ottenibili con gli indicatori e le altre procedure non siano ottimali nel caso i dati risultino poco aggiornati, numericamente carenti o di qualità più bassa di quella attesa. Per minimizzare tale rischio, in ottica di una gestione progettuale Agile, è stata prevista fin dall’avvio dell’Obiettivo Operativo e parallelamente a tutta la fase di acquisizione dei dati, un’attività di verifica della qualità dei dati stessi (Attività 3.4), in modo da evidenziare precocemente eventuali problemi e essere in grado di adottare le soluzioni ed alternative più opportune.

OO4 – Sviluppo Sperimentale DSS

Lo scopo di questo obiettivo operativo è la realizzazione di un prototipo che integri i dati acquisiti al termine dell’Obiettivo Operativo 3 e le diverse tecnologie progettate nell’Obiettivo Operativo 2, in modo da poter costruire una soluzione con tutte le funzionalità di interesse per operativi e decisori, in modo uniforme e con interfacce grafiche avanzate, per dimostrare la fattibilità ed efficacia della soluzione proposta. Lo sviluppo non è mirato alla messa in produzione/commercializzazione della soluzione ma alla validazione in ogni suo aspetto, in modo che con un successivo sforzo di generalizzazione e upscaling essa possa diventare un prodotto a tutti gli effetti.

Il prototipo verrà sviluppato secondo il modello SOA, cioè con un'architettura software adatta a supportare l'uso di servizi web e garantire quindi l'interoperabilità tra diversi sistemi. In questo modo sarà possibile l'utilizzo delle singole applicazioni come componenti del processo di business e soddisfare al contempo le richieste degli utenti in modo integrato e trasparente.

Le attività di sviluppo inizieranno con la costituzione dei team, predisposizione alle attività di sviluppo e predisposizione degli ambienti di sviluppo (Attività 4.1) che verranno svolte con un certo grado di parallelismo in modo da ottimizzare le risorse ed accorciare i tempi di sviluppo. A questo scopo verranno usate tecniche di sviluppo basate sulla definizione di interfacce di mocking, dati di prova ed di una conveniente separazione di responsabilità fra i team di sviluppo.

Successivamente si passerà alle fasi di implementazione e sviluppo vero e proprio (Attività 4.2 – 4.7). Infine nell’Attività 4.8 le diverse componenti prototipali verranno integrate e assemblate insieme al fine di ottenere una prima versione funzionate del prototipo, su cui verranno condotti i primi test al fine di individuare eventuali bug nelle procedure, problemi prestazionali e possibili ottimizzazioni. Al termine di questa fase di test il prototipo verrà installato sulle piattaforme.

Per il coordinamento tecnico dei team e delle attività di sviluppo, in termini di specifiche e di scheduling, verrà usata una piattaforma di software development per il tracking e la gestione dei progetti secondo la modalità Agile.

La principale fonte di rischio di questo obiettivo operativo risiede nelle possibili difficoltà tecniche che potranno verificarsi durante l’implementazione delle procedure progettate. Al fine di minimizzare tale rischio, in ottica di una gestione progettuale di tipo Agile, viene prevista una costante attività di test e debugging delle procedure implementate volta ad individuare precocemente eventuali problemi. Ciò ci permetterà di affrontare eventuali problemi individuati in modo incrementale, con l’attuazione delle appropriate azioni correttive e di gestione del cambiamento (change management).

OO5 - Sperimentazione e validazione

Scopo di questo obiettivo operativo è la redazione di un progetto esecutivo per il prodotto sperimentale da immettere sul mercato una volta completata la fase di industrializzazione; a tale scopo, dovrà essere condotta un’attività di sperimentazione e validazione del prototipo risultante dall’OO4.

La validazione avviene sulla base dei processi di sperimentazione condotti a partire dalla validazione della progettazione tecnica seguendo poi l’iter di raccolta dati e sperimentazione in campo sul pilota realizzato per testare l’integrazione fra tutti i componenti del sistema.

La validazione avviene secondo una procedura codificata e diversificata (Attività 5.1.) a seconda del livello di implicazione degli utenti. In particolare la validazione da parte delle aziende di settore (Attività 5.2) assicura la rispondenza dei requisiti agli use case degli utenti, mentre la validazione degli altri key user (Attività 5.3) assicura che tutti i fattori vincolanti al contorno siano considerati. Infine, la validazione tecnica (Attività 5.4) verifica tutte le funzioni e performance in dettaglio permettendo di affinare il progetto esecutivo che costituirà la base per la realizzazione del prodotto sperimentale GEMS al termine di questo progetto.

I risultati principali di questo obiettivo operativo sono la validazione delle specifiche preliminari per l’avvio di progetto, la raccolta sistematica delle valutazioni e indicazioni degli utilizzatori di settore e degli stakeholder esterni che beneficiano direttamente o indirettamente del sistema, la valutazione delle performance sul campo di sperimentazione e la definizione finale del prodotto da realizzare per il mercato.

I principali rischi dell’OO6 sono rappresentati da:

• la disponibilità delle figure coinvolte nella validazione, rischio compensato dal coinvolgimento di un numero maggiore di figure e da uno sforzo di motivazione e di engagement;
• lo slittamento dei ritardi nella disponibilità dei dati, rischio compensato dal fatto che per attivare molte funzioni non è necessario che l’intero set dei dati sia disponibile e la validazione può avvenire in modo progressivo
• che emergano assessment contraddittori tra loro, rischio compensato dalla presenza di esperti indipendenti a cui fare riferimento.