Salvatore Monaco

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. + 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

12. 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

13. + + 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. + 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. Altinel, I.K.,Ulas, E. (1996) Simulation Modelling for Emergency Bed Requirement Planning, Annals of Operational Research, 67, 183-210 Gardner, Bette (1991) Managing Hospital Emergency Capacity, The Systems Thinker , 2 ,1, 7-9 The Systems Thinker health care Huang, X.M.,Taylor, Charles,Stewart, I.(1995) Computer Simulation of an A&E Department: Towards Shorter Waiting in an Accident and Emergency Department, OR Insight 8 18-21, OR Insight volume 8 is a special issue dealing with simulation in health. Lane, David C.,Monefeldt, C.,Rosenhead, Jonathan V. 1998 Looking in the Wrong Place for Healthcare Improvements: A System Dynamics Study of an Accident and Emergency Department, 16th International Conference of the System Dynamics Society, Quebec '98Quebec City, Canada System Dynamics Society 1 1 53Parallel Session Papers print

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