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Master in Ingegneria dell’Emergenza. Salvatore Monaco. giovedì 21 m1rzo 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.
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Master in Ingegneria dell’Emergenza Salvatore Monaco giovedì 21 m1rzo 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)), x0=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
obiettivo obiettivo intervento u y P-1 P P • l’intervento presuppone un obiettivo • si presuppone inoltre di avere una conoscenza del fenomeno su cui si interviene (previsione del comportamento) 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
+ R P - M Uno schema alternativo paradigmatico dell’intervento • 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 • compare in numerosissime architetture complesse 21.3.2002 - Salvatore Monaco
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
+ + z e=0? R P - RP 1 W= Wz= 1+RP 1+RP RP ->inf 0 1 La precisione W=1 Wz=0 z nella misura Wz=-1 No disturbi sulle misure 21.3.2002 - Salvatore Monaco
La precisione richiede l’uso di alti guadagni 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) =kI 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 • pericolo dell’intervento derivativo In presenza di ritardi è necessario avere buone misure e fare buone previsioni. de(t) U(t)=Kd dt 21.3.2002 - Salvatore Monaco
+ R P - M La robustezza 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 perturbazioninella catena di misura 21.3.2002 - Salvatore Monaco
3. esigenze di precisione e contestualmente rapidità di risposta comportano problemi di ampiezza degli interventi e stabilità4. 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 contro-reazione; 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 emergenza1. le informazioni sono parziali (perturbate)2. si desiderano risposte precise e rapide3. si hanno, spesso, ritardi nelle informazioni 21.3.2002 - Salvatore Monaco
E’ necessario1. predisporre canali sicuri di acquisizione e trasmissione delle informazioni2. (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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