UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE FACOLTA DI INGEGNERIA

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1 UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE FACOLTA DI INGEGNERIA Scuola di Dottorato in Scienze dell Ingegneria Curriculum Architettura, Costruzioni e Strutture IX Ciclo - nuova serie MONITORAGGIO AUTOMATICO DELLE RISORSE NEL CONSTRUCTION MANAGEMENT Tutor: Prof. Ing. BERARDO NATICCHIA Dottorando: Dott. ANGELO BISCOTTI A.A

2 II Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management

3 INTRODUZIONE III INDICE INTRODUZIONE... 1 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA SUBAPPALTI CONTROLLO DEL LAVORO E DELLO STATO DI AVANZAMENTO SPECIFICHE DEL CONTRATTO E DEL PROGETTO REDAZIONE DI UN DOCUMENTO DI INCARICO ORDINI DI LAVORO PER SINGOLI COMPITI CONTROLLO DEI CAMBIAMENTI DEL PROGETTO CONTROLLO DELL AMBITO DEL PROGETTO CONTROLLO DEI CAMBIAMENTI TECNICI E CONFIGURATION MANAGEMENT CORRELAZIONE DELLE SCHEDULAZIONI, DEI COSTI E DELL AVANZAMENTO TECNICO MISURAZIONE DELL AVANZAMENTO A FRONTE DELLA SCHEDULAZIONE CONTROLLO INTEGRATO DEI COSTI E DEI TEMPI CONTROLLO DEI COSTI CAUSE DI PROBLEMI DI COSTO PROBLEMI DI CONTABILIZZAZIONE DEI COSTI DEI PROGETTI ANALISI E AGGIORNAMENTO DEI DATI INDICI DI GESTIONE PREVISIONI A FINIRE: TEMPI E COSTI MISURAZIONE DELLA PERFORMANCE TECNICA PROCEDURE DI GESTIONE DELLE FORNITURE NEI CANTIERI GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI IN FASE DI PIANIFICAZIONE LA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI DELLE FORNITURE DATI DI INPUT NELLA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI STRUMENTI E TECNICHE DI PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI OUTPUT DELLA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI DURANTE LE LAVORAZIONI LO STOCCAGGIO DELLE FORNITURE IL MONITORAGGIO DELLE FORNITURE L ORDINE DELLE FORNITURE COORDINAMENTO DELLA SICUREZZA LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE GESTIONE APPROVVIGIONAMENTI, SUB-APPALTI E FORZE INTERNE PROBLEMATICHE CONNESSE ALLA GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI, SUB-APPALTI E FORZE INTERNE GESTIONE DELLA CONTABILITA ANALITICA ORDINARIA PROBLEMATICHE CONNESSE ALLA GESTIONE DELLA CONTABILITA ANALITICA ORDINARIA SOFTWARE PER LA GESTIONE PRINCIPALI PROBLEMATICHE INDIRETTE NELLA GESTIONE ATTRAVERSO SOFTWARE GESTIONALE... 54

4 IV Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO GLI RFID NEL CAMPO DELLE COSTRUZIONI GLI RFID A SUPPORTO DEL QUALITY MANAGEMENT GLI RFID PER IL MONITORAGGIO DELLE ATTREZZATURE GLI RFID NEI PARTS & POCKETS UNIFICATION SYSTEMS GPS ( GLOBAL POSITIONING SYSTEM ) GPS PER LA GESTIONE DEI PROCESSI IN TEMPO REALE: UN ESEMPIO APPLICATIVO ULTRA WIDE BAND ( UWB ) ZIGBEE CARATTERISTICHE DELLE RETI ZIGBEE IN RAPPORTO AD ALTRE TECNOLOGIE DI PROSSIMITA FLESSIBILITA DELLE RETI ZIGBEE PRINCIPALI AMBITI APPLICATIVI DI ZIGBEE SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT IL REAL TIME LOCATIONING SYSTEM ZIGBEE L INNOVAZIONE DELL ULTRA LOW POWER L ALGORITMO DI LOCALIZZAZIONE TECNICHE PER LA LOCALIZZAZIONE WEIGHTED CENTROID LOCALIZATION ( WCL ) CONSTRUCTION MANAGEMENT CON RTLS ZIGBEE GESTIONE UTENTE E MEZZO GESTIONE AUTOMATICA DEI RAPPORTI CONSUNTIVI DI MANODOPERA GESTIONE DELLE FORNITURE CON RTLS ZIGBEE IL LIVELLO DI RIORDINO NELL EDILIZIA CONTROLLO ACCESSI E VERIFICA CORRETTO UTILIZZO DEI DPI INTEGRAZIONE RTLS PER IL CONTROLLO ACCESSI IL SOFTWARE DI MONITORAGGIO IL MODULO DI LOCALIZZAZIONE IL MODULO DI GESTIONE DELLA MANODOPERA IL MODULO DI GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI IL MODULO DELLE STATISTICHE IL MODULO ANAGRAFICA E STORICO IL MODULO ALLARMI ANALISI COSTI - BENEFICI CASI DI STUDIO CANTIERE DI PORTA LAVAGINE AD URBINO DESCRIZIONE DELLO STATO DI FATTO DESCRIZIONE DEL PROGETTO PRINCIPALI DATI DIMENSIONALI DEL PROGETTO LAYOUT DI CANTIERE SPERIMENTAZIONE PIATTAFORMA DI LOCALIZZAZIONE SPERIMENTAZIONE DEL MODULO APPROVVIGIONAMENTI SPERIMENTAZIONE CORRETTO UTILIZZO DPI E CONTROLLO ACCESSI IL PROGETTO

5 INTRODUZIONE V STRUMENTAZIONE VARCHI PER CONTROLLO ACCESSI SPERIMENTAZIONE PIATTAFORMA DI LOCALIZZAZIONE SPERIMENTAZIONE VERIFICA UTILIZZO DPI CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA INDICE DELLE FIGURE

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7 1 INTRODUZIONE L attività di ricerca presentata in questa tesi si è svolta nel corso di tre anni, muovendosi principalmente all interno del settore dell automazione e dell organizzazione avanzata degli spazi costruiti, in particolare nel campo dell automazione di processo e del Construction Management. L obiettivo fondamentale è stato quello dello studio e sviluppo di sistemi di monitoraggio per la gestione avanzata dei cantieri edili, con il fine di ottimizzare la gestione ed il controllo del processo di produzione edilizia, soprattutto alla luce dell attuale disponibilità tecnologica in campo ICT. Il lavoro nasce dall esigenza di una migliore gestione delle risorse nelle imprese di costruzioni. La produzione edilizia soffre infatti di alcune inefficienze operative che possono essere correlate anche ad una scarsa evoluzione delle tecnologie a supporto dei processi di gestione. Vi sono infatti alcune esigenze, sia a livello di management che a livello di coordinamento della sicurezza, che possono essere notevolmente supportate dalle attuali innovazioni in ambito tecnologico. Tali esigenze si generano da un quadro operativo complesso, che comprende funzioni come il controllo dell avanzamento lavori, il monitoraggio della risorsa lavoro, l approvvigionamento dei materiali, le ispezioni e gli ordini di servizio. La manodopera, i mezzi e le attrezzature, i materiali, il capitale, sono tutti elementi fondamentali, la cui efficace gestione non è solo una scelta auspicabile ma necessaria in un mercato sempre più globale e competitivo. La letteratura inerente la gestione automatica ed il controllo dei costi è molto esaustiva se rivolta alle imprese industriali operanti a flusso continuo, ma carente nel caso di aziende che lavorano su commessa. La caratteristica che distingue maggiormente le imprese operanti su commessa o per progetto rispetto a quelle che producono per il magazzino, è l elevata differenziazione dei propri prodotti, che vengono di volta in volta costruiti su misura, in base alle richieste dei clienti. Oggi, è infatti sempre più forte l esigenza di avere una organizzazione produttiva e di conseguenza un controllo di gestione automatica, organizzato

8 2 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management per commessa o per progetto, piuttosto che per prodotto. Questo implica che l impresa si doti di strumenti produttivi, organizzativi e gestionali altamente flessibili. La parte principale dello studio è stata finalizzata alla predisposizione di procedure semiautomatiche per il controllo del processo di produzione edilizia, con particolare riguardo al monitoraggio della risorsa lavoro ed alla gestione delle scorte e delle forniture nei cantieri. Partendo dall analisi di casi reali sono stati individuati i metodi ed i punti deboli della gestione supportata da tecniche tradizionali e sono state proposte innovazioni tecnologiche atte a rendere più efficiente la gestione stessa. Gli obiettivi perseguiti sono stati diversi: permettere di conoscere in tempo reale l avanzamento delle attività e avere in ogni istante la posizione delle risorse e dello storico, minimizzare costi, tempi e rischio d errore relativo al monitoraggio dei materiali e delle scorte, comunicare in modo affidabile e facilmente accessibile gli ordini di servizio, migliorare la gestione della sicurezza. Affinché le tecniche e tecnologie proposte fossero realmente introducibili in azienda e soprattutto vantaggiose per l impresa, è stato sviluppato un sistema tecnologico completo hardware e software con una serie di caratteristiche tali da consentire il suo impiego anche in un contesto ostile come quello del cantiere. La difficoltà principale incontrata infatti nell introduzione di tecnologie innovative di monitoraggio nel settore delle costruzioni è implicitamente legata alla particolarità del settore stesso, dove i progetti sono unici, le lavorazioni e i materiali cambiano in base alle fasi di lavoro, molti materiali sono usati per più lavorazioni, ci si muove in un ambiente dinamico, aggressivo e pieno di pericoli. In particolare si sono analizzate: le problematiche relative all introduzione di un nuovo approccio gestionale; la resistenza delle tecnologie all ambiente di cantiere; i benefici e i costi da sostenere; l affidabilità del nuovo sistema di monitoraggio.

9 2 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA La produzione edilizia è un processo produttivo perfettamente strutturato nella misura in cui ruoli, compiti e pianificazione operativa sono stabiliti a norma di legge. Ciononostante la produzione edilizia soffre di alcune inefficienze operative che possono essere correlate anche ad una scarsa evoluzione delle tecnologie a supporto dei processi di gestione. Innovare il controllo di processo di produzione edilizia comporta quindi un profondo ripensamento della prassi corrente in relazione anche all attuale disponibilità tecnologica. I problemi della pianificazione e del controllo operativo sono diversi e di fondamentale criticità: condivisione delle risorse ed ottimizzazione della loro gestione o cantieri complessi e suddivisi in molti lotti; o cantieri multipli, distribuiti sul territorio; complessità dei livelli di informazione e condivisione dell informazione o modello del General Contractor ( in qualità di garante e direttore ) che si avvale di molti sub-appaltatori per l esecuzione dei lavori; o necessità di condividere l informazione allo stesso tempo dalla direzione, dagli uffici centrali e dal personale impegnato in postazioni periferiche; aggiornamento dello stato di avanzamento o necessità di rapporti dettagliati relativi all impiego effettivo di manodopera ed attrezzature, subappalti, avanzamento delle attività, gestione dei magazzini e degli ordinativi; approvvigionamento dei materiali o tracciamento della tipologia e della quantità dei materiali in ingresso ( in cantiere o in magazzino ) e in uscita;

10 4 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management o emissione automatica degli ordini, controllo incrociato del rate di messa in opera dei materiali in cantiere e del livello di stock; coordinamento della sicurezza o verifica del corretto utilizzo dei DPI, controllo degli accessi in cantiere, verifica della corretta applicazione del POS. 2.1 SUBAPPALTI La necessità dei subappalti spesso nasce da una esigenza di forte specializzazione oppure dalla volontà di avere una struttura più flessibile. Naturalmente una delle cose di maggiore importanza è la stipula del contratto, che è l unico metodo che può incentivare ogni subappaltatore a collaborare. Occorre dunque: individuare con precisione il lavoro da svolgere; definire i rapporti tra impresa e subappaltatore; fornire al subappaltatore un sistema semplice di misura dell avanzamento dei lavori. Un parametro da tenere bene sottocontrollo è il calcolo della produttività ( misura dell avanzamento dei lavori e tempi necessari per la realizzazione ). Questi dati vanno registrati quotidianamente e confrontati con il programma dei lavori consegnato ai subappaltatori in fase di formulazione dl contratto in modo da prevenire ritardi di consegna, scostamenti qualitativi insufficienti, errori di previsione, errato stoccaggio. L impresa deve provvedere ad effettuare la pianificazione seguente: 1. quantificazione della necessità di risorse in cantiere su una scala cronologica ( diagramma di uso e consumo del materiale ); 2. organizzazione del cantiere; 3. verifica della disponibilità di spazi per lo stoccaggio, la movimentazione e l eventuale lavorazione; 4. elaborazione dei diagrammi delle consegne e degli approvvigionamenti dei materiali, in base al tempo necessario per far pervenire il materiale in cantiere ( piano delle consegne e degli approvvigionamenti ), tenendo conto del ritardo atteso dalla ditta

11 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 5 fornitrice al momento dell ordine e del tempo di risposta del fornitore per la formulazione delle offerte. 2.2 CONTROLLO DEL LAVORO E DELLO STATO DI AVANZAMENTO La valutazione globale del progetto necessita di una misurazione del progresso tecnico della performance. Il project manager 1 e i functional project leaders possono realizzare un controllo cooperativo: attraverso comuni obiettivi; comune definizione, pianificazione, schedulazione e preventivazione dei compiti; procedure codificate per autorizzare il lavoro, per controllare le modifiche, l entità del lavoro e per controllare le schedulazioni e i costi; procedure di misurazione e valutazione comuni delle performance nei costi, nei tempi e nel contenuto tecnico, in modo da identificare gli scostamenti dal piano ( correnti o futuri ) e intraprendere le misure correttive necessarie; SPECIFICHE DEL CONTRATTO E DEL PROGETTO Assegnato il contratto, la sua amministrazione prepara il master contract release ( documento di ufficializzazione del contratto ) e lo distribuisce ai manager interessati. A titolo d esempio, in un impresa questo documento consiste in 12 pagine, più allegati: 1. Indice 2. Descrizione del lavoro 3. Voci e prezzi hardware 4. Voci e prezzi esigenze di informazione 5. Disegni 1 Il project manager può essere un rappresentante del committente o della società/organizzazione incaricata di realizzare il progetto. Il suo obiettivo essenziale è quello di assicurare il rispetto dei costi, dei tempi e della qualità concordati e soprattutto il raggiungimento della soddisfazione del committente. A prescindere dal campo di realizzazione del progetto, un bravo project manager deve essere abile a interpretare gli obiettivi reali del progetto dal suo inizio sino alla fine, assicurandosi che la visione del committente venga realizzata secondo le sue aspettative.

12 6 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management 6. Schedulazione delle consegne 7. Ispezione, imballaggio, spedizione e dati per la fatturazione 8. Ordini per sostituzioni 9. Necessità patrimoniali 10. Strumenti e attrezzature per i collaudi 11. Esigenze contrattuali 12. Necessità accessorie Con l emissione del documento si autorizza il finanziamento di tutti i costi diretti per la realizzazione del progetto. La Figura 1 - Esempio di project release illustra un tipico documento d autorizzazione ( ufficializzazione ) del progetto, documento che deve essere approvato dal project manager, dall amministratore del contratto, dal direttore operativo ( o dal responsabile del project management ) e dal controller. Se occorrono fondi supplementari per completare il progetto ( per problemi imprevisti o per un cambiamento nell ambito del progetto stesso ) è necessaria una project release aggiornata, prima che i fondi possano essere spesi. Viene allora usata una management release per ottenere i fondi richiesti, o riducendo il margine lordo del contratto o ricavandoli da un altra fonte.

13 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 7 Figura 1 - Esempio di project release

14 8 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management REDAZIONE DI UN DOCUMENTO DI INCARICO Nell ambito del controllo del lavoro è molto importante redigere un documento con i singoli compiti e spedirlo a quanti dirigeranno ed eseguiranno il lavoro stesso, autorizzandoli a sostenere spese e a impiegare manodopera e altre risorse per il progetto. Il documento deve specificare la schedulazione richiesta e il budget assegnato. Questo processo, definito autorizzazione e controllo del lavoro, deve essere adottato sia per i compiti eseguiti dall organizzazione principale sia per quelli affidati a fornitori o appaltatori esterni. In generale si procede come segue: viene assegnato il contratto e viene emanato il contratto generale; viene emesso il documento di project release (Figura 1 - Esempio di project release) ; vengono riviste le schedulazioni e i budget del progetto e dei compiti e ne vengono precisati i tempi, in base alla data d inizio e agli ultimi cambiamenti; si concordano gli ordini di lavoro per le sub-forniture e per gli acquisti previsti; vengono emessi gli ordini per le sub-forniture e per gli acquisti previsti; si autorizza l apertura delle partite contabili per i compiti in atto; le spese vengono registrate in contabilità e tenute sotto controllo. Quando un compito o sub-compito è completato, il suo conto viene chiuso e si respingono ulteriori addebiti, a meno che non intervenga un autorizzazione speciale ORDINI DI LAVORO PER SINGOLI COMPITI Per autorizzare e controllare i compiti, le schedulazioni e i budget relativi, è necessaria una procedura formale. Il documento chiave di questa procedura in genere viene chiamato work order ( ordine di lavoro ). Gli ordini di lavoro dovrebbero prevedere almeno: la descrizione del lavoro; l indicazione della sua collocazione nella PBS ( Product breakdown structure ) ; il budget, diviso in: costi di manodopera e materiali; ore di lavoro e quantitativi;

15 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 9 la schedulazione, dall inizio al completamento del compito, con le milestones 2, con gli eventi d interfaccia conosciuti e con l indicazione dei work packages 3 interessati; in riferimento alle specifiche di prodotto, i disegni e gli altri documenti pertinenti; il codice di contabilità industriale e gli ulteriori codici contabili di controllo per i lavori accessori affidati a terzi; la firma del promotore; la firma di una persona autorizzata ad accettare la responsabilità dell esecuzione del lavoro e il nome e il codice d identificazione della sua unità; eventuali clausole o condizioni speciali. La Figura 2 - Esempio di ordine di lavoro esemplifica un tipico documento d ordine di lavoro a cui dovrebbero essere allegati la schedulazione e il budget del compito, oltre agli altri eventuali documenti pertinenti. Spesso è necessaria un autorizzazione al lavoro di livello inferiore. Il responsabile dell ordine di lavoro principale dovrebbe emettere gli ordini di lavoro secondari, le ufficializzazioni degli ordini di produzione, gli ordini all officina, gli ordini d acquisto o di prelievo, le richieste di collaudo e così via. I costi vengono tutti addebitati al conto dell ordine di lavoro principale. Gli ordini per i singoli compiti sono in realtà dei contratti tra il project manager e i capi funzione che li eseguono, e le schedulazioni e i budget dei compiti costituiscono una parte degli ordini di lavoro; di conseguenza questi documenti sono essenziali per un controllo globale del progetto. Molto importante quindi è che gli ordini di lavoro siano emessi per un compito specifico solo quando si è vicini alla data d inizio del compito stesso ed utilizzarli 2 Il termine milestone viene tipicamente utilizzato nella pianificazione e gestione di progetti complessi per indicare il raggiungimento di obiettivi stabiliti in fase di definizione del progetto stesso. Nei casi di progetti regolati da standard di qualità il raggiungimento delle milestones viene decretato tramite documenti ufficiali redatti dai vari attori del progetto e monitorato tramite metriche attraverso le quali risulta possibile fornire una stima della bontà del progetto e del suo stato di avanzamento. Le milestones indicano cioè importanti traguardi intermedi nello svolgimento del progetto. Molto spesso sono rappresentate da eventi, cioè da attività con durata zero o di un giorno, e vengono evidenziate in maniera diversa dalle altre attività nell'ambito dei documenti di progetto. Esempi di Milestones sono: la fine dei collaudi di un impianto, la firma di un contratto, il varo di un nave, la fine delle opere di muratura di un edificio, eccetera. 3 Un Work Package è un sottoinsieme di un progetto che può essere assegnato a uno specifico partito per l'esecuzione. A causa della somiglianza, pacchetti di lavoro sono spesso identificato erroneamente come progetti.

16 10 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management come base per valutare l avanzamento nella schedulazione e nei costi, per determinare gli scostamenti di costi e tempi. Inoltre devono essere aggiornati e rivisti periodicamente per rispecchiare la situazione effettiva, archiviati, chiudendo le relative partite contabili, non appena il compito è stato completato e conservati nell archivio del progetto per documentazione e per uso in compiti analoghi. Figura 2 - Esempio di ordine di lavoro

17 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA CONTROLLO DEI CAMBIAMENTI DEL PROGETTO I cambiamenti sul progetto originale sono inevitabili, dato che non è possibile in sede di pianificazione prevedere tutti i problemi e tutte le circostanze. Le decisioni di cambiamento possono essere prese: 1. Per compiti, dal capo funzione; 2. Per progetti, dal project manager in collaborazione con i capi funzione interessati, da dirigenti di livello superiore o dal cliente CONTROLLO DELL AMBITO DEL PROGETTO Una causa primaria dei ritardi e dei maggiori costi dei progetti è l incontrollata e spesso ignorata estensione del suo ambito, oltre il piano originale. Si tende a realizzare il miglior risultato possibile, anche se non è quello concordato. I rappresentanti del cliente frequentemente insistono per ottenere l esecuzione di lavoro aggiuntivo per rimediare ad una loro svista, per reazione a cambiamenti nei requisiti o per migliorare il prodotto al di là di quanto previsto dal contratto. Quindi per controllare l ambito del lavoro è necessario tenere sotto controllo continuamente sia i compiti che il progetto stesso. Il project manager quindi ha un ruolo chiave, infatti egli deve: esigere che le descrizioni dei compiti, le schedulazioni e i budget siano chiaramente documentati e siano firmati; tenere, insieme ai capi funzione, sotto controllo i risultati, per assicurarsi che le specifiche e le clausole contrattuali siano rispettate; monitorare, con i capi funzione, le schedulazioni e i budget per individuare i compiti in cui l ambito del lavoro possa essere stato esteso; esigere descrizioni, schedulazioni e budget aggiornati del lavoro qualora l ampliamento dell ambito del lavoro sia stato richiesto dal cliente o sia dovuto ad altre ragioni; controllare e monitorare i contatti diretti con i rappresentanti dl cliente a livello operativo, assicurarsi che i dipendenti non concludano accordi non autorizzati che modifichino l ambito d un qualsiasi compito;

18 12 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management partecipare personalmente alla definizione di qualsiasi accordo di compensazione stipulato dai responsabili di compiti con i rappresentanti dei clienti; insistere che l amministratore del contratto sia coinvolto nelle azioni di cui sopra CONTROLLO DEI CAMBIAMENTI TECNICI E CONFIGURATION MANAGEMENT 4 L inefficacia del controllo dei cambiamenti tecnici spesso provoca dei ritardi e degli eccessi di spesa. A questo proposito: occorre adottare procedure per il controllo dei cambiamenti tecnici; deve essere fissato un punto fermo progettuale ( design freeze point ) corrispondente alla configurazione baseline; deve essere stabilita e applicata una procedura severa per il controllo e la documentazione delle caratteristiche fisiche e funzionali dei prodotti in corso di progettazione e di produzione CORRELAZIONE DELLE SCHEDULAZIONI, DEI COSTI E DELL AVANZAMENTO TECNICO Le schedulazioni e i costi vengono correlati a livello di compito o di work package dal documento della schedulazione e del budget del compito, nel relativo ordine di lavoro. Per il controllo del progetto, il sistema più utile è sicuramente un prospetto ordinato secondo gli elementi della Pbs ( Figura 3 - Correlazione di costi e tempi con la Pbs ). L evoluzione di tale metodologia ad oggi sempre più affermata è l utilizzo di un gantt 5 modificato in grado di 4 La Gestione delle configurazioni (o configuration management) è una attività del processo di sviluppo del software.il configuration management ha lo scopo di controllare e gestire le attività (sia documentali sia implementative) che portano alla produzione di software. Questa attività si appoggia sempre su un data base (base di dati) dove sono memorizzati gli oggetti sottoposti a controllo di configurazione (i configuration items). La gestione è di tipo formale, cioè nel processo vengono osservate delle procedure definite in precedenza, tramite opportuni moduli di gestione. 5 Il diagramma di Gantt è uno strumento di supporto alla gestione dei progetti, così chiamato in ricordo dell'ingegnere statunitense che si occupava di scienze sociali che lo ideò nel 1917, Henry Laurence Gantt ( ). Usato principalmente nelle attività di project management, il diagramma è costruito partendo da un asse orizzontale - a rappresentazione dell'arco temporale totale del progetto, suddiviso in fasi incrementali (ad esempio, giorni, settimane, mesi) - e da un asse verticale - a rappresentazione delle mansioni o attività che costituiscono il progetto.

19 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 13 rappresentare a livello grafico sia la tempistica che le risorse utilizzate che i budget sia preventivi che consuntivi ( Figura 4 - Gantt modificato ( wbs, tempo, risorse, costi ) ).

20 14 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 3 - Correlazione di costi e tempi con la Pbs Figura 4 - Gantt modificato ( wbs, tempo, risorse, costi ) Un buon controllo delle schedulazioni e dei costi del progetto richiede: un attenta pianificazione del lavoro necessario per completare il progetto; una buona valutazione del tempo, della manodopera e dei costi; chiare informazioni circa l ambito dei compiti previsti; un budget preciso ed una procedura severa per l autorizzazione delle spese; una sollecitata contabilizzazione dello stato di avanzamento e delle spese; una rielaborazione periodica dei tempi e dei costi necessari per completare il lavoro restante; una comparazione periodica frequente dello stato di avanzamento e delle spese con le schedulazioni e i budget, sia al momento della comparazione che a progetto ultimato.

21 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA MISURAZIONE DELL AVANZAMENTO A FRONTE DELLA SCHEDULAZIONE La misura dell avanzamento a fronte della schedulazione deve essere eseguita regolarmente. Di norma ciò viene effettuato alla fine di ogni settimana, in modo da utilizzare il weekend per eseguire valutazioni, recuperare ritardi e ripianificare il lavoro della settimana seguente. Sia che la schedulazione del compito sia effettuata con un diagramma a barre, sia con un piano reticolare, la misurazione dell avanzamento sostanzialmente non cambia: si registra il progresso conseguito alla data considerata: o si annotano le attività completate; o si annota il lavoro eseguito per le attività in corso di completamento; si stima il lavoro restante: o si registra il tempo per completare le attività in corso; o si stimano e pianificano nuovamente le attività future, laddove necessario; si stabiliscono i riflessi sul completamento dei compiti, sugli eventi d interfaccia e sui milestones. Per il lavoro in corso, l accento non dovrebbe essere messo sulla parte completata, ma piuttosto sul tempo necessario per ultimare ciascun compito o attività. Il passo successivo per la misurazione dell avanzamento è considerare tutti i compiti nell elemento di livello immediatamente superiore nella Pbs, ponendo l accento sulle interfacce tra i compiti. In questo ambito è utile l utilizzo dei piani Pert 6 perché permettono di effettuare un ottima analisi di ciascun livello e della schedulazione generale del progetto, vedi anche Cpm 7. Si tratta infatti di individuare le attività e i compiti attualmente critici che debbono essere 6 PERT, acronimo dalla lingua inglese che sta per Program Evaluation and Review Technique. È una tecnica (formalismo grafico) di project management sviluppata nel 1958 dalla Booz, Allen & Hamilton, Inc. (una ditta di consulenza ingegneristica), per l'ufficio Progetti Speciali della Marina degli Stati Uniti. L obiettivo era quello di ridurre i tempi ed i costi per la progettazione e la costruzione dei sottomarini nucleari armati con i missili Polaris, coordinando nel contempo diverse migliaia di fornitori e di subappaltatori. Con questa tecnica si tengono sotto controllo le attività di un progetto utilizzando una rappresentazione reticolare che tiene conto della interdipendenza tra tutte le attività necessarie al completamento del progetto. 7 CPM è l'acronimo di Critical Path Method, ovvero "metodo del percorso critico". È uno strumento di gestione progetti sviluppato nel 1957 dalla Catalytic Construction Company per la manutenzione degli impianti della Du Pont de Nemours. Si tratta di una tecnica usata per individuare, nell'ambito di un diagramma a rete (del tipo PERT), la sequenza di attività più critica (massima durata) ai fini della realizzazione di un progetto. Individuato il percorso critico si tengono sotto stretto controllo le attività che lo compongono, in quanto un ritardo (maggiore durata del previsto) di una qualsiasi di queste comporta inevitabilmente un ritardo dell'intero progetto.

22 16 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management tempestivamente completati per rispettare le scadenze concordate. In un tipico piano reticolare circa il 15% delle attività sono da considerarsi critiche: dopo averle individuate, il management può dedicar loro massima attenzione, in modo da garantire il tempestivo completamento del progetto. 2.3 CONTROLLO INTEGRATO DEI COSTI E DEI TEMPI Il controllo integrato dei costi e dei tempi è cosa complessa e molto impegnativa. Per ogni compito ( o work package ) l inizio, la fine e gli eventi intermedi d interfaccia vengono collegati direttamente alle stime e ai budget CONTROLLO DEI COSTI Il controllo dei costi di un progetto, come quello della schedulazione, viene soprattutto esercitato a livello di compito ( work package ) dal capo funzione o del functional project leader che ne è responsabile. Il controllo dei costi ai fini di un efficiente gestione richiede: la definizione dei budget per compiti specifici; la misurazione delle spese a fronte del budget e l identificazione degli scostamenti; l accertamento della correttezza delle spese; l attivazione di misure appropriate di controllo qualora esistano degli scostamenti dal budget. I costi a completare il lavoro dovrebbero essere rielaborati mensilmente per i compiti in corso, e ogni trimestre per tutti i compiti incompleti. I costi al completamento debbono essere stimati almeno mensilmente a livello di compito, a livello intermedio e a livello di progetto totale. I costi al completamento ( o finali ) consistono nella somma delle voci seguenti: i costi di tutti i compiti completati; i costi sostenuti più la stima di quelli da sostenere per completare tutti i compiti in corso; i costi attualmente previsti per completare tutti i compiti futuri.

23 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 17 E anche noto come Eac ( estimate at completion ) 8. Molta attenzione va posta inoltre al controllo degli impegni e degli addebiti ritardati. Gli impegni pendenti non ancora formalizzati debbono essere inclusi nei rendiconti dei costi effettivi in modo da poter controllare il progetto. Allo stesso modo vanno considerati inoltre gli addebiti ritardati provenienti da contestazioni sulle fatture, dalla correzione di errori amministrativi, dall invio non tempestivo delle fatture CAUSE DI PROBLEMI DI COSTO stime, offerte e preventivi non realistici e insufficienti; decisione manageriale d abbassare il prezzo dell offerta e i preventivi per fronteggiare la concorrenza o per ridurre stime ritenute eccessivamente alte; estensione incontrollata e non segnalata dell ambito del lavoro; lavoro aggiuntivo dovuto a modifiche o estensioni; problemi tecnici imprevisti; ritardi nell avanzamento che richiedono lavoro straordinario, con conseguenti costi aggiuntivi, o attribuzione al progetto di ore di lavoro non lavorate; procedure inadeguate di preparazione dei budget dei costi, di rendiconto e di controllo PROBLEMI DI CONTABILIZZAZIONE DEI COSTI DEI PROGETTI informazioni non tempestive; impegni non registrati e segnalati adeguatamente; i costi di produzione sono difficilmente identificabili prima della spedizione, o difficilmente attribuibili e raffrontabili con il budget; sistemi contabili o procedure di rendiconto in cui non sono previsti i costi a completare e i costi di completamento. 8 Le estimate at completion rappresentano un insieme di indicatori rivolto a tenere sotto controllo e prevedere l'andamento delle principali variabili critiche del progetto (i costi, i tempi, la qualità, le risorse, le variazioni di scopo, ecc.). Le stime includono solitamente una serie di indicatori standard, ma possono essere estese con altri indicatori definiti ad hoc in base alla specifica natura del progetto.

24 18 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management ANALISI E AGGIORNAMENTO DEI DATI Un problema di fondamentale importanza per l aggiornamento del programma dei lavori e per la valutazione dell andamento di un cantiere, al fine di intraprendere azioni correttive, è sicuramente quello dell analisi e dell aggiornamento dei dati. La scelta auspicabile sarebbe quella di costruire una memoria a lungo termine ( ad esempio un database aziendale ), che permetta di eseguire pianificazioni sempre più accurate per le commesse future. Gli interventi correttivi sulla pianificazione ( legami logici tra attività, traslazioni all inizio o alla fine di determinate fasi di attività, maggior rendimento delle risorse umane, rallentamento delle attività non critiche, accelerazione delle attività critiche in ritardo, modifica delle date di inizio e fine dei lavori per i subappaltatori, modifica dell assegnazione delle risorse, controllo accurato dei costi di cantiere) possono essere supportati da strumenti analitici e sintetici, che trovano la loro applicazione in funzione della velocità e dell accuratezza dell aggiornamento dei dati. STRUMENTI ANALITICI o TEMPI : Gantt di base vs Gantt lavori effettivo; o COSTI: Computo metrico estimativo vs conto economico consuntivo. STRUMENTI SINTETICI o In fase di pianificazione il programma dei lavori viene integrato con tutte le informazioni sui COSTI, in modo che essi siano assegnati a tutte le attività della WBS INDICI DI GESTIONE Per stimare la bontà di esecuzione dal punto di vista dei tempi e dei costi del progetto si può fare riferimento ad una serie di indici: BCWS = Budget cost work scheduled = costo del budget di lavoro programmato. 9 Con l'espressione inglese Work Breakdown Structure (WBS, Struttura Analitica di Progetto) si intende l elenco di tutte le attività di un progetto. Le WBS sono usate nella pratica del Project management e coadiuvano il project manager nell'organizzazione delle attività di cui è responsabile. Molto spesso i progetti sono composti da migliaia di attività: per facilitare il lavoro di organizzazione delle varie attività esistono delle WBS-tipo che elencano tutte le possibili attività (generiche) per i progetti del rispettivo ambito. L'insieme delle attività può quindi essere confrontata con una check-list.

25 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 19 Importo che avrebbe dovuto essere speso alla data di aggiornamento secondo la previsione del programma dei lavori. N.B. La sommatoria sulle attività eseguite fino alla data di aggiornamento restituisce il BCWS di progetto. BCWP = Budget cost work performed = EV = costo del budget di lavoro realizzato. Importo che avrebbe dovuto essere speso alla data di aggiornamento considerando l effettivo avanzamento temporale del cantiere e prendendo come validi i costi previsti. ACWP = Actual cost work performed = costo consuntivo del lavoro realizzato. Questo valore corrisponde al REALE COSTO delle attività alla data di aggiornamento ( di tutti i costi effettivamente sostenuti fino a quel momento ). Dal punto di vista temporale, confrontando BCWS e BCWP è possibile dedurre lo scostamento tra gli andamenti temporali previsto ed effettivo. Dal punto di vista dei costi si può confrontare BCWP e ACWP, che comunicano come si stanno utilizzando le risorse, ovvero se il costo effettivo è diverso dal budget previsto.

26 20 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 5 - Esempio di confronto annuale basato su indici di gestione Dai 3 indici precedenti si ricava: SPI = Schedule Performance index = Indice di prestazione nel tempo ( paragone tra il lavoro svolto riferito al costo di budget con il lavoro reale riferito al suo costo ). Si ha dunque: SPI = BCWP/BCWS, SPI > 1 in anticipo SPI < 1 in ritardo CPI = Cost Performance index = Indice di prestazione dei costi ( paragona il lavoro svolto riferito al costo reale con quello riferito al costo di budget previsto e quindi si valuta l andamento dei costi di cantiere ).

27 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 21 Si ha dunque: CPI > 1 costi inferiori al programmato CPI < 1 costi maggiori al programmato Tutti questi indici servono per la ridefinizione del budget e la programmazione dei lavori, prevedendo i risultati di possibili futuri scostamenti ( sia in termini di tempo che di costo ) PREVISIONI A FINIRE: TEMPI E COSTI Aggiornando il programma dei lavori si hanno informazioni sul cammino critico, mentre gli indici di gestione valutano l andamento complessivo del cantiere. FTTC = Forecasted time to complete = Tempo di fine lavori con la resa avuta fino a quel momento ( ritardo in % ) FTTC = 1/SPI; FCTC = Forecasted cost to complete = Costo previsto per fine lavori con la resa avuta fino a quel momento FCTC = 1/CPI; Quando si aggiorna il programma dei lavori si considera per le attività non ancora completate una resa pari a quella avuta fino a quel momento. 1 CASO: ritardo del cantiere sulle attività già svolte, per il resto si torna alla resa prevista TC1 ( Total Cost ) = ACWP + ( TB ( Total Budget ) BCWP ); 2 CASO: le attività continuano con la stessa resa delle attività precedenti TC2 = ACWP + ( TB BCWP ) x FCTC = ACWP + ( TB BCWP ) / CPI; 3 CASO: aggravio dei costi e di tempo ( CPI < 1 e SPI < 1 ) TC3 = ACWP + ( TB BCWP ) x FCTC x FTTC = ACWP + ( TB BCWP ) / ( CPI x SPI ); L impresa può inserire questi dati in anticipo nella sua contabilità MISURAZIONE DELLA PERFORMANCE TECNICA Per TPM si intende la previsione o la dimostrazione continuativa della misura in cui gli obiettivi tecnici sono previsti o conseguiti, compresa l analisi di scostamenti tra quanto conseguito alla data ( è il valore stimato di un parametro tecnico attraverso un parametro

28 22 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management specifico o test ), la stima corrente ( parametro specifico che deve essere raggiunto a fine progetto ) e quanto previsto dalle specifiche. Lo scopo del TPM è assicurare il confronto tra performance tecnica effettiva e quella pianificata, fare accertamenti e previsioni tempestive, fare valutazioni delle conseguenze di modifiche proposte al progetto. All interno dell intero progetto si devono pianificare punti di verifica TPM che coincidono con il completamento di work packages ultimati in modo da facilitare la verifica. Devono inoltre essere individuati i margini di tolleranza al momento della stima nonché i limiti di budget e di schedulazione entro i quali si ricade e individuare le milestones correlate. Per misurare il TPM si cerca di controllare lo stato d avanzamento a fronte del profilo previsto per ciascun parametro della performance tecnica ( il valore dello stato di avanzamento deve rientrare nei margini di tolleranza; in caso contrario occorre effettuare un nuovo profilo o una stima aggiornata fatta in base allo stato attuale d avanzamento, al tempo e al budget disponibile ). Si elaborano inoltre piani alternativi di recupero delle deficienze della performance tecnica esaminando attentamente le implicazioni sui costi, sulla schedulazione e sulla performance tecnica. 2.4 PROCEDURE DI GESTIONE DELLE FORNITURE NEI CANTIERI E possibile individuare due fasi distinte che caratterizzano la gestione delle forniture nei cantieri. La prima fase riguarda quelle operazioni che vengono svolte tra il momento di aggiudicazione dei lavori fino all inizio delle lavorazioni; in questa fase l impresa deve pianificare gli acquisti, selezionare i fornitori e stipulare i contratti. La seconda fase, invece, riguarda tutte quelle operazioni che interessano la fornitura dal momento in cui questa arriva in cantiere fino al momento del suo utilizzo: lo stoccaggio in sito, il monitoraggio dei livelli delle scorte, la relativa documentazione, le procedure di controllo e di riordino GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI IN FASE DI PIANIFICAZIONE La gestione dell approvvigionamento di progetto (Project Management Book of Knowledge ) prevede i seguenti processi:

29 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 23 - Pianificare gli acquisti: determinazione degli elementi da acquistare o acquisire, quando e con quale modalità. - Pianificare le forniture: documentazione dei requisiti di prodotti, servizi e risultati oggetto di approvvigionamento e individuazione dei potenziali fornitori. - Richiesta di risposte dai fornitori: reperimento di informazioni, preventivi, offerte o proposte in base alle necessità. - Selezionare i fornitori: valutazione delle offerte, scelta tra i potenziali fornitori e stipula di un contratto scritto con ciascun fornitore prescelto. - Amministrazione del contratto: gestione del contratto e delle relazioni tra acquirente e fornitore, revisione e documentazione delle prestazioni presenti e passate del fornitore per stabilire eventuali azioni correttive necessarie e gettare le basi per una collaborazione futura con il fornitore; gestione delle modifiche relative al contratto e, ove necessario, gestione delle relazioni contrattuali con l acquirente esterno del progetto. - Chiusura del contratto: completamento e conclusione di ogni contratto, compresa la risoluzione di eventuali questioni aperte, e la chiusura di tutti i contratti relativi al progetto o ad una fase del progetto. La Figura 6 mostra una visione d insieme dei processi di gestione dell approvvigionamento di progetto. La Figura 7, invece, illustra un diagramma di flusso di tali processi e dei relativi input e output e di processi correlati relativi ad altre aree di conoscenza.

30 24 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 6 - Processi di gestione dell'approvvigionamento di progetto

31 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 25 Figura 7 - Diagramma di flusso dei processi di gestione dell'approvvigionamento di progetto

32 26 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management LA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI DELLE FORNITURE Il processo di pianificazione degli acquisti identifica: - quali esigenze di progetto possono essere meglio soddisfatte mediante l acquisto di prodotti, servizi o risultati all esterno dell organizzazione del progetto; - quali esigenze di progetto possono invece essere realizzate dal gruppo di progetto nel corso dell esecuzione del progetto. In questo processo si valuta se, come, cosa, quanto e quando acquistare. Quando il progetto ottiene i prodotti, i servizi e i risultati richiesti per l esecuzione del progetto da un soggetto esterno alla Performing Organization, per ciascun elemento da acquistare vengono eseguiti i processi che vanno dalla pianificazione degli acquisti alla chiusura del contratto. La schedulazione del progetto può influire in misura significativa sul processo di pianificazione degli acquisti. Le decisioni che si prendono quando si sviluppa il piano di gestione dell approvvigionamento hanno effetti sulla schedulazione del progetto e devono essere integrate con lo sviluppo della stessa, la stima delle risorse delle attività e alle decisioni di tipo make-or-buy. Nel processo di pianificazione degli acquisti occorre analizzare i rischi legati a ciascuna decisione make-or-buy e valutare la scelta del tipo di contratto che si intende utilizzare in un ottica di riduzione dei rischi e di loro trasferimento al fornitore. Figura 8 - Processo di pianificazione degli acquisti

33 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA DATI DI INPUT NELLA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI Le informazioni e i dati di input per la pianificazione degli approvvigionamenti possono essere raccolti da varie fonti, in particolare: - Fattori ambientali aziendali: comprendono le condizioni del mercato, la tipologia di prodotti, servizi e risultati disponibili sul mercato, i possibili fornitori e i termini e le condizioni contrattuali che è possibile ottenere. - Asset dei processi organizzativi: forniscono le politiche, le procedure, le direttive e i sistemi di gestione formali e informali già esistenti in azienda di cui occorre tenere conto nello sviluppo del piano di gestione dell approvvigionamento e nella selezione del tipo di contratto da adottare. - Descrizione dell ambito del progetto: riporta i limiti, i requisiti, i vincoli e gli assunti del progetto correlati all ambito del progetto. I vincoli sono fattori specifici che limitano le opzioni di acquirente e fornitore. Uno dei vincoli riscontrati con maggiore frequenza nei progetti è la disponibilità di fondi. Altri esempi possono essere date di consegna obbligatorie, risorse qualificate disponibili e politiche organizzative. - Working Breakdown Structure (WBS): la struttura di scomposizione del lavoro mostra la relazione tra tutti i componenti del progetto e i deliverable del progetto stesso. - Piano di Project Management: fornisce il piano complessivo per la gestione del progetto e comprende anche i piani ausiliari, quali il piano di gestione dell ambito, il piano di gestione dell approvvigionamento, il piano di gestione della qualità e i piani di gestione del contratto, che a loro volta forniscono un orientamento e una guida per la pianificazione della gestione dell approvvigionamento STRUMENTI E TECNICHE DI PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI Vengono presentate le tecniche che il project manager ha a disposizione per la pianificazione degli acquisti: - Analisi make-or-buy. È una tecnica di management che consente di determinare se un particolare prodotto o servizio può essere realizzato direttamente dal gruppo di progetto o può essere acquistato. Nelle decisioni make-or-buy vengono presi in considerazione gli eventuali vincoli sul budget del progetto. Se si decide per l acquisto

34 28 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management ( buy ), occorre poi decidere se acquistare o noleggiare i beni richiesti. L analisi include sia i costi indiretti che quelli diretti. Ad esempio, la parte buy dell analisi comprende sia i costi effettivi legati alle spese vive sostenute per l acquisto del prodotto che i costi indiretti derivanti dalla gestione del processo di acquisto. In un analisi make-or-buy, la scelta di acquistare riflette sia la prospettiva dell organizzazione del gruppo di progetto, sia le esigenze immediate del progetto stesso. Anche la strategia a lungo termine dell organizzazione del gruppo di progetto è una componente dell analisi make-or-buy. - Parere di esperti. Spesso si ricorre al parere tecnico degli esperti per valutare gli input utilizzati per il processo e gli output ottenuti. Il parere di esperti del settore acquisti può anche essere utile per sviluppare o modificare i criteri da adottare per valutare le offerte o le proposte presentate dai fornitori. Il parere di esperti in materie legali, come per esempio un avvocato, può essere utile per quanto riguarda i termini contrattuali e le condizioni di approvvigionamento non standard. I pareri e le competenze degli esperti (comprese le conoscenze di tipo commerciale e tecnico) sono utili sia per curare i dettagli tecnici di prodotti, servizi o risultati oggetto dell approvvigionamento, sia per alcuni aspetti dei processi di gestione dell approvvigionamento. - Tipo di contratto. In funzione del tipo di acquisto, è possibile optare per diversi tipi di contratto. Il tipo di contratto scelto e i termini e le condizioni specifici di tale contratto definiscono il grado di rischio a cui sono soggetti l acquirente e il fornitore. I contratti rientrano in genere in una delle categorie descritte di seguito: - Contratto a prezzo prefissato o a importo forfetario. Si tratta di un contratto che prevede un prezzo totale prefissato per un prodotto ben definito. - Contratto con rimborso spese. Si tratta di un contratto che prevede il pagamento (rimborso) da parte dell acquirente dei costi effettivi sostenuti dal fornitore, più un compenso che rappresenta il profitto del fornitore. - Contratto Time and Material (T&M). I contratti T&M sono una tipologia ibrida di accordo contrattuale che contiene aspetti di un contratto con rimborso spese e aspetti di un contratto a prezzo prefissato.

35 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA OUTPUT DELLA PIANIFICAZIONE DEGLI ACQUISTI L output di pianificazione degli acquisti è costituito da documenti come il Piano di gestione dell approvvigionamento, dal Capitolato contrattuale o dalle Decisioni make-or-buy : - Piano di gestione dell approvvigionamento. Descrive la modalità con cui vengono gestiti i processi di approvvigionamento dalla fase di sviluppo della documentazione relativa all approvvigionamento fino alla chiusura del contratto. Questo documento contiene gli elementi seguenti: - tipi di contratto da utilizzare; - chi produrrà le stime indipendenti e se queste servono come criteri di valutazione; - azioni che il gruppo di Project Management può intraprendere autonomamente, se la Performing Organization dispone di un ufficio approvvigionamenti, contrattazione o acquisti; - documenti di approvvigionamento standardizzati, se necessari; - gestione di più fornitori. - coordinamento dell approvvigionamento con altri aspetti del progetto, quali la schedulazione e il reporting delle prestazioni; - vincoli e assunti che possono influire sugli acquisti pianificati; - gestione dei tempi di consegna per l acquisto o l acquisizione degli elementi dai fornitori e coordinamento con lo sviluppo della schedulazione di progetto; - gestione delle decisioni make-or-buy e loro collegamento ai processi Stima delle risorse delle attività e Sviluppo della schedulazione ; - impostazione delle date schedulate in ciascun contratto per i deliverable del contratto stesso e coordinamento con i processi di sviluppo e controllo della schedulazione; - identificazione degli obblighi di esecuzione di contratto o di accordi assicurativi per ridurre alcune forme di rischio del progetto;

36 30 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management - definizione delle indicazioni da dare ai fornitori per lo sviluppo e la gestione di una WBS del contratto; - determinazione della forma e del formato da utilizzare per il capitolato contrattuale; - identificazione dei fornitori selezionati a cui ricorrere tra quelli preventivamente qualificati, se presenti; - metriche di approvvigionamento da utilizzare per la gestione dei contratti e per la valutazione dei fornitori. - Capitolato contrattuale. Ogni capitolato contrattuale definisce, per gli elementi acquistati, soltanto la porzione dell ambito di progetto coperta dal contratto. Il capitolato (SOW) di ogni contratto viene sviluppato a partire dalla descrizione dell ambito del progetto, dalla struttura di scomposizione del lavoro di progetto e dal dizionario della WBS. Il capitolato contrattuale descrive l elemento oggetto dell approvvigionamento ad un livello di dettaglio sufficiente da consentire ai potenziali fornitori di determinare se sono in grado di fornire l elemento in questione. Il livello di dettaglio sufficiente varia in base alla natura dell elemento, alle esigenze dell acquirente o alla forma di contratto prevista. - Decisioni make-or-buy. Si tratta delle decisioni documentate di quali prodotti, servizi o risultati del progetto verranno acquistati e quali verranno realizzati dal gruppo di progetto; ci possono essere anche decisioni relative alla stipulazione di polizze assicurative o di garanzia di esecuzione del contratto allo scopo di affrontare alcuni rischi identificati. Il documento delle decisioni make-or-buy può essere semplicemente un elenco che riporti una breve giustificazione della decisione presa. Queste decisioni possono essere iterative, se le attività di approvvigionamento successive indicano l esigenza di un approccio diverso GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI DURANTE LE LAVORAZIONI Dal momento in cui le lavorazioni in cantiere hanno inizio, è possibile identificare tre fasi di gestione delle forniture: - lo stoccaggio delle forniture;

37 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 31 - il monitoraggio delle forniture; - il riordino delle forniture; LO STOCCAGGIO DELLE FORNITURE A meno di casi particolari (ad esempio: cantieri ubicati nei centri storici) le aree di deposito dei materiali vengono ricavate all interno delle aree di cantiere. Naturalmente queste dovranno essere disposte in modo tale da non creare problemi al passaggio dei mezzi e da coprire più aree del cantiere per evitare di essere costretti a movimentare i carichi con la gru con eccessiva frequenza. Figura 9 - Schema fornitore - deposito interno di cantiere I materiali in sito devono essere protetti adottando le dovute cautele. Questi infatti vanno protetti dall acqua e dall umidità coprendoli con teli in plastica e mantenendoli sollevati dal terreno. Se il cantiere è di dimensioni notevoli potrebbe essere necessario prendere in affitto un terreno o un capannone e adibirlo a deposito temporaneo. Questa è una pratica che generalmente viene effettuata da grosse imprese che hanno più cantieri nella stessa area o città. Naturalmente questa scelta comporta notevoli costi di gestione; infatti oltre all immobile (terreno o fabbricato adibito a deposito) si generano costi dovuti al personale e ai mezzi per la movimentazione/protezione delle forniture. Figura 10 - Schema fornitore - deposito esterno cantiere

38 32 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management IL MONITORAGGIO DELLE FORNITURE Il capo cantiere è il responsabile dal monitoraggio dei livelli delle scorte alla documentazione dei report dei livelli. A fine giornata compila il rapporto delle forniture di cantiere dove vengono indicati: - lavorazioni eseguite nella giornata; - materiali in uscita (cioè usati per le lavorazioni); - materiali in entrata (cioè consegnati dal fornitore). Figura 11 - Rapporto giornaliero delle forniture Il capo cantiere inoltre, sempre a fine giornata, controlla il livello delle giacenze delle forniture e prende nota di queste informazioni sui documenti di cantiere o sul proprio computer Figura 12 - Rapporto giornaliero del livello delle forniture compilato dal capo cantiere

39 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 33 Ad intervalli definiti in base alla pratica aziendale (generalmente una volta a settimana), il capo cantiere invia i report all amministrazione, che li inserisce nel database aziendale e può aggiornare la contabilità e procedere al pagamento dei fornitori. Figura 13 - Aggiornamento dati aziendali da parte dell'amministrazione L ORDINE DELLE FORNITURE Quando il capo cantiere, monitorando il livello delle scorte, si accorge che un materiale sta finendo, chiama l amministrazione per informarla di contattare il fornitore e avviare le procedure per il riordino. Ricevuta la richiesta da parte del capo cantiere, l amministrazione provvede a contattare, via telefono o via fax, il fornitore e comunica la quantità e la tipologia della fornitura richiesta. Figura 14 - Invio della richiesta di fornitura del capo cantiere

40 34 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 15 - Invio della richiesta di fornitura da parte dell amministrazione L ordine viene ricevuto dagli uffici del fornitore e successivamente girato al magazzino, dove la fornitura viene preparata, caricata sul camion e inviata al cantiere. Una volta arrivata viene scaricata nelle aree di deposito materiali all interno del cantiere, e nel deposito esterno se presente. Figura 16 - Preparazione, trasporto e consegna della fornitura 2.5 COORDINAMENTO DELLA SICUREZZA Una questione molto importante è relativa al controllo e al miglioramento dei livelli di sicurezza. La sicurezza sul lavoro è lo stato d assenza da pericoli cui si deve tendere nell esercizio di una qualsivoglia attività. Tale principio è sancito dalla Costituzione (Art. 32, Art. 35, Art. 41), per la quale il diritto alla salute è considerato un diritto fondamentale dell individuo ed interesse della collettività, e la tutela del lavoro rappresenta un principio etico imprescindibile. Nonostante tali premesse, in molti settori lavorativi oggi si continuano a registrare troppi infortuni; non solo eventi eccezionali ma una miriade di piccoli incidenti che le statistiche non sempre riescono a evidenziare; in questo ambito è proprio l edilizia il comparto che presenta le più evidenti caratteristiche di esposizione al rischio d infortunio rispetto alle altre situazioni lavorative ed è per questa ragione che enti pubblici, associazioni di categoria e istituzioni private (come ad esempio il Comitato Paritetico Edile) promuovono da diversi anni

41 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 35 iniziative mirate a perseguire la tutela del lavoro. Le ragioni del primato dell Edilizia nelle statistiche sugli infortuni, vanno ricercate nelle peculiarità che contraddistinguono questo settore estremamente complesso. L Edilizia, infatti, include una miriade di attività e presenta varie situazioni e condizioni di rischio per i lavoratori, impensabili in qualunque altro ambito produttivo; è caratterizzata da cantieri temporanei e mobili, spesso con carattere stagionale, lavoro irregolare e scarsa preparazione professionale degli addetti; inoltre ogni opera edile è un caso a sé stante per cui si devono ricercare soluzioni preventive sempre nuove e differenti; in definitiva risulta difficile stabilire regole generali applicabili universalmente. Un analisi ravvicinata alla tipologia e dimensione delle aziende edili, rivela, inoltre, che l attività prevalente di tali imprese in Italia è a favore dell edilizia abitativa privata, svolta per lo più da piccole e medie aziende, con 15/20 addetti per una piccola azienda e 50 unità per una media impresa. Ciò comporta una maggiore difficoltà, sotto il profilo della sicurezza, perché è difficile per una committenza privata, attuare un efficace e significativo controllo. D altra parte i costi umani e le conseguenze economiche degli infortuni sono un grave peso per il sistema economico e produttivo del settore, sia in termini di costi d assicurazione, sia per le ore di lavoro perdute, i danni ambientali, e i danni alle attrezzature ed alle opere. Tra i rischi specifici del settore ricordiamo, in particolare, quelli dovuti a: impiego di macchine, mezzi di sollevamento e trasporto ed apparecchiatura varie; lavori in posti sopraelevati, spesso a notevole altezza; frequente movimentazione di materiale ed attrezzature; esecuzione di scavi e lavori entro scavi; operazioni che comportano sviluppo di gas o vapori infiammabili e/o tossici; cedimento delle opere in costruzione, di strutture provvisionali o apparecchi di sollevamento, causato da errori di progettazione o da difetti di esecuzione o montaggio; crollo improvviso di opere in demolizione. E con gli incidenti come la caduta dall alto e gli infortuni in itinere ( a bordo o alla guida di camion, furgoni o automobili ) che il settore edile detiene il primato di attività lavorativa a

42 36 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management maggior rischio. Nel caso di infortuni mortali, gli agenti materiali sono principalmente i mezzi di trasporto e le macchine operatrici. Tabella 1 - Principali forme infortunio settore costruzioni, fonte INAIL Uno degli aspetti più importanti in questo senso è sicuramente la corretta applicazione del PSC ( piano di sicurezza e coordinamento ), nel rispetto dei vincoli operativi che questo definisce ed impone ( ad esempio zone non accessibili, tempi di esecuzione ed accesso al cantiere, interferenza tra le varie squadre, corretto utilizzo dei DPI, etc. ). Non meno importante è anche la valutazione della compatibilità del POS ( piano operativo di sicurezza ) con il reale avanzamento dei lavori. Queste valutazioni sono molto critiche, in quanto derivano dalla difficoltà del monitoraggio in tempo reale del cantiere. La normativa si sta muovendo molto verso questa direzione, incoraggiando l impiego di sistemi automatici di monitoraggio ai fine di una maggiore efficienza dei compiti di coordinamento della sicurezza. Oltre alla nota legge 81/08, ex 626/94, in particolare si fa riferimento al Protocollo di Intesa per la Regolarità e la Sicurezza nei Lavori Pubblici promosso dalla Provincia di Milano e recepito anche dal Comune (2 Settembre 2008). In virtù di questa intesa vengono premiate, in fase di valutazione dell offerta, le imprese che adottano tecnologie avanzate per il monitoraggio delle presenza in cantiere e la registrazione dello storico; inoltre viene reso obbligatorio il badge per i lavoratori, viene suggerito il controllo automatico del corretto utilizzo dei DPI, degli ingressi e della regolarità dei rapporti di lavoro. Anche la Regione Emilia Romagna, con la Legge Regionale 2 Marzo 2009 n. 2, prescrive la registrazione automatica degli ingressi nei cantieri, ai fini del monitoraggio della presenza degli operai. In quest ambito si inserisce REPAC, un innovativo sistema informativo telematico ideato e sviluppato da NuovaQuasco, per conto della Regione Emilia-Romagna, per la rilevazione e la supervisione da remoto delle presenze di addetti ed operatori preventivamente accreditati nei cantieri edili e di costruzioni. REPAC costituisce una efficace

43 LE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEL PROCESSO DI PRODUZIONE EDILIZIA 37 misura di prevenzione all'impiego di manodopera irregolare ed all'impiego di manodopera per tempi di lavoro superiori a quelli consentiti dalle normative, che possono essere concausa d'infortuni sul lavoro.

44 38 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management 3 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE Di seguito si analizzeranno le procedure di gestione degli approvvigionamenti, sub-appalti, forze interne e contabilità analitica di una importante impresa di costruzioni marchigiana, evidenziandone le principali problematiche, anche in raffronto alla recente letteratura ed alla attuale disponibilità tecnologica nel settore. 3.1 GESTIONE APPROVVIGIONAMENTI, SUB-APPALTI E FORZE INTERNE Durante l analisi di una commessa, si studia il contratto d appalto, da cui emergono le differenti fasi di esecuzione dei lavori per lo sviluppo del cantiere. Da questa attenta analisi nasce il fabbisogno, cioè vengono individuanti i prodotti e le forze necessarie per un corretto sviluppo. Si parte con una richiesta di acquisto emessa dai responsabili tecnici, dopo le analisi di progetto e verificata poi successivamente dal responsabile acquisti. Dopo la sua approvazione, il responsabile tecnico provvede all organizzazione delle forze interne aziendali verificando le disponibilità di mezzi e manodopera per il periodo di sviluppo del cantiere. Effettuata l organizzazione interna si passa all individuazione dei fornitori, attraverso l analisi di un elenco fornitori basato sulle commesse precedenti e sulle caratteristiche logistiche. Nel caso di un nuovo fornitore, l azienda lo sottopone ad un analisi di valutazione, su dei materiali standard, che permettono un confronto diretto con altri fornitori. Individuati i nominativi si provvede all emissione dell ordine attraverso la scheda di conferma ordine. Questo procedimento viene eseguito anche per l individuazione dei sub-appaltatori fino alla stipula del contratto. Una volta terminata l attività degli ordini di fornitura degli approvvigionamenti e l identificazione dei sub-appaltatori si provvede al controllo della merce al momento della consegna, da parte del capo cantiere o responsabile tecnico presente. Successivamente il personale amministrativo provvederà al controllo delle fatture e dei documenti fiscali per la gestione della contabilità analitica.

45 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 39 Richieste da: Sviluppo commessa Esecuzione lavori Fabbisogno (addetto Uff. tecnico, Capo cantiere ) No Richiesta di acquisto Contratto d appalto Richiesta di acquisto Verifica richiesta (Resp. Uff. Acquisti, addetto uff. Tecnico) Elenco mezzi ed operai disponibili Approvazione Si SI Individuazione forze interne ( Manodopera e mezzi ) Elenco fornitori Individuazione fornitori (Uff. tecnico, Resp. Acquisti) Nominativi Caratteristiche logistiche Fornitura critica? Si Elenco fornitori Nuovo fornitore Si Valutazione Fornitori All.1.1 Nominativi No No Materiale standard No Richiesta offerta All.1.2 Si Nominativi Richieste Ordine (resp. Acquisti) Scheda conferma ordine (All. doc.1) Contratto sub appalto N.B. Nel caso l approvvigionamento avvenga direttamente in cantiere lo schema è lo stesso ma con la particolarità che il controllo al ricevimento viene eseguito dal capo cantiere e non dal resp. magazzino Controllo al ricevimento All.1.3 Controllo fatture/ documenti fiscali All.1.4 Figura 17 - Schema logico di gestione approvvigionamenti, sub-appalti e forze interne

46 40 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management VALUTAZIONE FORNITORI (All. 1.1) Valutazione fornitura critica Valutazione condizioni qualificazione Scheda qualificazione No Assegnazione punteggio e inserimento su scheda Elenco fornitori Con numero Anagrafica e punteggio Riesame Condizioni persistono? Si Rapporto riesame ok Figura 18 - Schema logico di valutazione dei fornitori

47 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 41 RICHIESTA OFFERTA (All.1.2) No Nominativi Fornitori Richiesta offerta ( Resp. Acquisti ) Documento o contatto diretto Documento o contatto diretto Ricevimento offerta ( Resp. Acquisti, uff. tecnico ) Condizioni accettabili Ricevimento offerta ( Resp. Acquisti, uff. tecnico ) Si Si Condizioni accettabili Ricevimento offerta ( Resp. Acquisti, uff. tecnico ) Scheda Conferma ordine Figura 19 - Schema logico di richiesta offerta

48 42 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management CONTROLLO AL RICEVIMENTO (All.1.3) Materiale Documenti (DDT) Ricevimento merce (resp. Magazzino) Materiale Documenti (DDT) Controllo (Resp. Magazzino) Rapp. Di conformità DDT firmato (Resp. Magazzino. All. Doc.2) N.C.? Si Gestione non conformità (Resp.materiali-Resp.acquisti) No DDT Fattura Acquisto Controllo amministrativo (resp.amministraz.,resp.tecnico) Ordine o listini N.C.? Si No Sistemaz. Documento in contabilità (Resp.amministraz.) Documento- Fatture vistate Figura 20 - Schema logico di controllo al ricevimento

49 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 43 CONTROLLO FATTURE/DOCUMENTI FISCALI(All. 1.4) DDT firmati Controllo completezza documenti (pers. Amm.vo) Doc. vistati Fatture Ok? No Richiesta info. mancanti Si Listini fornitori/ordini Controllo prezzi Ok? No Richiesta info. mancanti Si Visto Dir. generale Scadenzario passivo Registrazione documento (software contabilità) Reg. IVA Bilancio Figura 21 - Schema logico di controllo fatture / documenti fiscali

50 44 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Intestazione Azienda Cod. Fisc. e P.IVA C.C.I.A.A. Iscrizione al registro delle imprese di Web Mail Figura 22 - Scheda conferma d'ordine di materiale / servizio

51 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 45 Intestazione Azienda Cod. Fisc. e P.IVA C.C.I.A.A. Iscrizione al registro delle imprese di Web Mail Figura 23 - Scheda documento di trasporto

52 46 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management PROBLEMATICHE CONNESSE ALLA GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI, SUB-APPALTI E FORZE INTERNE Come si può notare dagli schemi logici precedenti, l azienda presa in esame si presenta con una organizzazione già ben strutturata e che segue fedelmente il normale iter manageriale della responsabilizzazione del personale, dell emissione di documenti di conferma, elenchi fornitori, valutazione dei fornitori e dei sub-appaltatori etc. Questo normale cammino però lascia delle lacune informative, che invece, sono necessarie ad ogni azienda che si presta ad operare su grandi opere edili. Infatti dopo aver analizzato le varie fasi organizzative ed aver ascoltato anche le problematiche rilevate dall azienda stessa sono emerse due principali problematiche: rilevamento degli approvvigionamenti di cantiere. Il sistema aziendale si occupa degli approvvigionamenti fino al loro arrivo in cantiere, ma il responsabile tecnico e il project manager non sanno se questi sono stati utilizzati, in quale quantità, se sono ancora presente in cantiere o se è necessario rifornirsi. Questa mancata informazione va ad incidere sull organizzazione della commessa in modo negativo, in quanto senza queste informazioni è possibile organizzare il cantiere solo con la verifica visiva del materiale, che nelle grandi opere edili inizia ad essere impegnativa. Inoltre questa situazione non mi permette di essere preciso sui TPM ( Technical Performance Measurements ), in quanto non è possibile quantificare, se non con una stima sommaria, il lavoro a misura e quindi prevedere sia le performance ottenute che gli ordini di materiale futuri. Per ovviare a questa problematica l azienda impiega due responsabili tecnici per circa 4 ore ogni mese in modo da poter controllare nella sua globalità il magazzino di cantiere per l inventario. rilevamento delle ore su mezzi ed attrezzature. Durante le lavorazioni di cantiere, per evitare il meno possibile rotture sui macchinari che possono causare gravi ritardi in una commessa, l azienda ha previsto un controllo di tutti i mezzi ed attrezzature ogni duecento ore di lavoro. A tal fine un responsabile tecnico dedica circa un ora al mese per aggiornare tutte le letture dai segna ore dei mezzi. Le problematiche riscontrate in questa struttura organizzativa vanno ad incidere sia sui ritardi, a causa dell indisponibilità di mezzi e materiali, sia sui costi, in quanto ogni ritardo si trasforma poi in onere per l azienda.

53 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 47 Inoltre, se una impresa è strutturata con più cantieri, questa problematica può diventare ancora più grave ed incidere economicamente anche sulle altre commesse, in quanto la mancata presenza di alcuni mezzi, organizzati in successione per poterne usufruire in più cantieri, va a ledere anche le tempistiche organizzative del cantiere successivo. 3.2 GESTIONE DELLA CONTABILITA ANALITICA ORDINARIA L impresa dopo ogni giornata lavorativa provvede al reperimento dei dati attraverso l utilizzo di rapporti giornalieri che i rispettivi capi cantiere compilano insieme al responsabile amministrativo. Il capo cantiere consegna inoltre tutti i DDT riguardanti il suo cantiere. Il responsabile amministrativo inserisce successivamente i dati forniti dal capo cantiere, all interno di un software aziendale. Mensilmente invece il personale tecnico quali geometri ed ingegneri provvederanno a consegnare sempre al responsabile amministrativo il resoconto orario delle loro presenze in cantiere. Anche queste ultime informazioni vengono inserite dal responsabile amministrativo all interno del software. Rapporto lavoro giornaliero Capi cantiere ( All. 1.5 ) e DDT(All. Doc.2) Raccolta informazioni ( personale amministartivo ) Informazioni Rapporto mensile Personale tecnico Inserimento dati Software CANTIERI (personale amministrativo ) Riepilogo mensile Informazioni complete Figura 24 - Schema logico di gestione della contabilità analitica ordinaria

54 48 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 25 - Rapporto giornaliero di cantiere - Fronte

55 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 49 Figura 26 - Rapporto giornaliero di cantiere - Retro

56 50 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management PROBLEMATICHE CONNESSE ALLA GESTIONE DELLA CONTABILITA ANALITICA ORDINARIA Anche nella fase di gestione della contabilità analitica l azienda si presenta ben organizzata. Tuttavia anche in questo caso sorgono problematiche importanti individuabili in tre punti principali: 1. Tempo per la compilazione del rapporto giornaliero da parte del capo cantiere. Il capo cantiere impiega circa un ora alla fine di ogni giornata lavorativa per elencare e descrivere tutte le ore sia dei dipendenti aziendali che dei sub-appaltatori, descrizioni delle attività, mezzi ed attrezzature utilizzate, forniture etc. 2. Errori durante la compilazione del rapporto giornaliero. Questa è tra le problematiche più importanti, in quanto il capo cantiere durante l arco della giornata non prende nota mai di quando inizia o finisce una attività, di quando utilizza un mezzo, orario preciso dei sub appaltatori e loro mezzi utilizzati. Il risultato finale è che il capo cantiere a fine giornata fa una stima sommaria delle durate delle attività, di tutti i mezzi utilizzati e delle info che fornisce. 3. Tempo per l inserimento dei dati nel software. Il responsabile amministrativo impiega circa un ora ogni giorno per inserire i dati all interno del software. Queste problematiche recano enormi disagi all interno dell organizzazione, sia aziendale che relativamente alla commessa stessa. Infatti, soprattutto per gli errori di compilazione si hanno conseguenze simili a quelle degli approvvigionamenti, in quanto la stima oraria di attività non mi permette di avere indici di TPM precisi, ma solo stimati. Inoltre, nell ottica di una grande opera edile, man mano che si evolve la struttura del complesso edilizio, si sviluppano situazioni in cui non è sempre possibile verificare la presenza costante del personale all interno del cantiere, se non ogni volta con una verifica visiva. La problematica si accentua nel caso di sub-appaltatori con orari diversi da quelli del cantiere ordinario. Infatti, nei casi in cui le squadre sono in trasferta, i lavoratori preferiscono a volte fare orari più lunghi e lavorare anche nei fine settimana per poter rientrare presso la loro sede ogni due o tre settimane, usufruendo del Venerdì e del Lunedì. Questo implica, da parte dell azienda principale, una riduzione del controllo sia sull orario che sulla velocità di esecuzione, in quanto la verifica può essere effettuata solo alla vista del lavoro compiuto nell intervallo considerato.

57 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE SOFTWARE PER LA GESTIONE I software in utilizzo attualmente nelle imprese edili sono prevalentemente dei gestionali. A titolo di esempio si riportano alcune immagini dal software cantieri, utilizzato presso l azienda in esame. Questo software permette, attraverso una interfaccia grafica di output, di inserire ed interrogare le informazioni reperite durante il quotidiano aggiornamento dello stesso attraverso i documenti di trasporto ( DDT ), i rapporti giornalieri di cantiere effettuati dai capi cantiere e i resoconti mensili delle ore in cantiere del personale tecnico ( geometri e ingegneri ). Questo software dopo essere stato aggiornato quotidianamente dal personale amministrativo permette di stampare diverse categorie di output: 1. Approvvigionamenti. Elenco aggiornato di tutti i materiali, quantità e costi che vengono utilizzati in cantiere ogni giorno. Questo dato viene aggiornato attraverso l inserimento dei dati provenienti dai DDT e poi viene valorizzato al momento dell arrivo della fattura. 2. Rapporto giornaliero. Fornisce l elenco delle risorse differenziato in attrezzature interne o esterne, dipendenti o cottimisti. Inoltre vengono affiancate le quantità in ore ed il relativo costo unitario e totale derivante dal tariffario. Questo dato viene fornito dal rapporto giornaliero di cantiere compilato a fine giornata dal capo cantiere. 3. Giornale lavori. Fornisce tutte le informazioni su ogni giornata lavorativa del cantiere considerato e quindi attrezzature, manodopera, sub-appaltatori, descrizione delle attività etc. Questi dati sono estratti direttamente dal rapporto giornaliero di cantiere che viene compilato dal capo cantiere. Il software, attraverso un aggiornamento quotidiano, permette di avere una visione degli andamenti dei singoli cantieri a livello di costi e di organizzazione, suddividendo inoltre il cantiere in centri di costo ( piazzamento cantiere, costi diretti e costi indiretti ) in modo da poter identificare subito la tipologia di spesa.

58 52 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 27 - Elenco approvvigionamenti giornaliero

59 LE ATTUALI PROCEDURE DI GESTIONE 53 Figura 28 - Rapporto lavori

60 54 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 29 - Giornale lavori PRINCIPALI PROBLEMATICHE INDIRETTE NELLA GESTIONE ATTRAVERSO SOFTWARE GESTIONALE Le principali problematiche indirette riscontrate nella gestione attraverso un software gestionale di questo tipo, sono relative soprattutto alla stima dei TPM per il controllo delle performance. Infatti l aggiornamento manuale dell informazione implica da un lato la stima non precisa dei dati coinvolti, e dall altro la possibilità di introdurre errori di trascrizione o di inserimento dei dati stessi. Non si riscontra inoltre una sezione di aggiornamento del magazzino, e in particolare del livello di utilizzo dei materiali, rendendo dunque difficile la previsione degli approvvigionamenti futuri.

61 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 55 4 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO Il monitoraggio, la raccolta e la condivisione dei dati in tempo reale dell avanzamento dei lavori e dell utilizzo delle risorse (manodopera, mezzi, forniture, ecc.) è essenziale per identificare discrepanze tra le performance previste in fase di pianificazione e quelle attuate in fase di progetto. Le tecnologie di monitoraggio innovative permettono la raccolta in automatico di dati e integrando queste tecnologie con adeguati sistemi di connessione è possibile creare sistemi di gestione del cantiere in grado: - di permettere all impresa un monitoraggio costante dei propri cantieri; - monitorare l utilizzo di mezzi e attrezzature; - monitorare la presenza del personale di lavoro; - migliorare le condizioni di sicurezza nei cantieri; - migliorare il quality management; - avere uno strumento efficace per determinare il reale avanzamento dei lavori. Queste sono solo alcune delle opportunità legati all introduzione di questi sistemi nelle imprese di costruzioni. Per esempio, se un impresa può essere costantemente aggiornata sull avanzamento delle lavorazioni nei propri cantieri, allora può adottare tempestivamente manovre correttive per mitigare gli effetti di un ritardo. Infatti, più tardi queste divergenza nei tempi viene individuata, più seri e potenzialmente dannosi sono i rischi che si corrono, in quanto le misure correttive diventano sempre più costose e più complesse man mano che il cantiere avanza. Inoltre, raccogliere tutti dati e le esperienze durante la realizzazione di un opera permette all impresa di aggiornare un archivio dati ( database ) che faciliterà la gestione delle fasi di lavoro in futuro, e sarà così più semplice pianificare con maggiore precisione tempi e costi, quantità di manodopera e di materiali necessari, etc. Per fare questo l impresa in passato è stata costretta a impiegare personale col compito di seguire le varie lavorazioni e raccogliere questi dati, con costi non trascurabili e occupando

62 56 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management così una risorsa uomo per una mera opera di controllo. La raccolta dati infatti è un operazione che per l azienda brucia tempo ed è costosa, motivo per cui buona parte delle imprese di costruzioni ( in particolare quelle di piccole medie dimensioni ) non si sono mai interessate in maniera efficace al problema. Di conseguenza l impresa non è in grado di gestire tempestivamente le situazioni di criticità e sarà costretta a pagare un prezzo molto maggiore per mitigarne gli effetti. 4.1 GLI RFID NEL CAMPO DELLE COSTRUZIONI Quasi tutte le sperimentazioni di monitoraggio semiautomatico dei cantieri disponibili nella letteratura scientifica sono state sviluppate con tecnologie RFID. La tecnologia RFID (Radio Frequency Identification) è utilizzata già da parecchi anni in molti settori, in particolare quello della logistica, dei trasporti, dell industria manifatturiera, e negli ultimi anni sono stati introdotti anche nel mondo delle costruzioni. I vantaggi che questa tecnologia può garantire sono diversi: - realizzare un flusso di informazioni continuo tra tutti i soggetti interessati; - migliorare la produttività e l efficienza delle lavorazioni; - realizzare un controllo delle performance per monitore costi e tempi; - monitorare ogni fase della produzione per evitare tempi morti o ritardi; - fornire uno strumento in più per facilitare le operazioni di decision making; - monitorare i movimenti del personale e l utilizzo delle attrezzature; - monitorare l utilizzo di attrezzature e forniture nei cantieri. Un sistema RFID è composto da due componenti fondamentali: - tag (attivo o passivo); - reader. Il tag contiene un microchip e un antenna, e può essere passivo (senza batteria) o attivo (con batteria). I tag attivi hanno costi maggiori e il range di lettura varia tra i 10 e i 100 metri. Quelli passivi, invece, hanno un range di letture fino a 5 metri. La maggior parte dei tag impiegati nel campo delle costruzioni sono passivi. I dati vengono immagazzinati nel tag come numero seriale. Il reader, invece, ha la funzione di ricevere e trasmettere dati attraverso

63 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 57 un campo elettromagnetico che fornisce al tag la potenza necessaria per operare. Il tag trasmette i dati al reader attraverso un antenna. I dati sono poi letti dal reader che può trasferirli ad una unità di elaborazione, come un computer. Il sistema RFID spesso viene integrato con un Personal Digital Assistant ( PDA ), con il quale è possibile immagazzinare ed elaborare le informazioni. Il sistema stesso può essere dunque completato con una piattaforma web per permettere il rapido accesso dello staff, anche da remoto. Figura 30 - Tag e reader RFID GLI RFID A SUPPORTO DEL QUALITY MANAGEMENT Un efficace ed efficiente quality management è essenziale per raggiungere gli obiettivi dell impresa: realizzare prodotti e progetti di qualità rispettando i tempi previsti e il budget stabilito. Con l avvento di Internet e con la disponibilità di nuove tecnologie, la distribuzione di informazioni è divenuta rapida e a costo zero, con notevoli opportunità per velocizzare il flusso di informazioni, migliorare il controllo e la gestione della qualità. Per anni infatti, la lentezza nell aggiornamento dei documenti, spesso cartacei e di non facile consultazione, ha rappresentato il maggiore ostacolo alla produzione che si trovava ad operare con un flusso di informazioni lento e spesso non attendibili.

64 58 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Oggi, attraverso piattaforme web, ogni componente dell azienda ha accesso alle informazioni che gli interessano in tempo reale. I dati, una volta raccolti manualmente, oggi possono essere acquisiti da sistemi automatici, come i sistemi RFID, e ogni quality engineer attraverso un computer (Personal Digital Assistant) può avere accesso a database o modificare il flusso di informazioni. Dalla sinergia di queste due tecnologie (la piattaforma web e i sistemi RFID) prende vita il Quality Inspection and Management System (RFID QIM), per monitorare la produzione e le attività in cantiere, condividere dati e aggiornarli in modo rapido e facendo sì che ogni addetto dell impresa ne possa venire a conoscenza. Figura 31 - Quality Inspection and Management Per realizzare un sistema che sia in grado di migliorare in maniera efficace il controllo di qualità, sono due gli aspetti essenziali su cui concentrarsi: - l acquisizione dei dati in tempo reale; - la condivisione e la comunicazione delle informazioni. L acquisizione dei dati presenta difficoltà perché la maggior parte dei documenti sono in genere aggiornati manualmente, vengono usate semplificazione o abbreviazioni, e il flusso di

65 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 59 informazioni giunge ai destinatari con ritardo rispetto al momento della loro acquisizione, e con confusione. Il sistema RFID QIM invece, facilita l accesso alle informazioni. Attraverso un computer i dati possono essere condivisi da un edificio all altro, da un ufficio all altro. In questo modo si evitano gli sprechi di tempo dovuto a trascrivere i documenti, e il management prendendo visione in tempo reale dei dati ha uno strumento in più per rendere più efficace il proprio decision making. Il sistema deve quindi concentrarsi sui seguenti aspetti perché possa essere realmente utilizzabile: - realizzare un sistema integrato RFID PDA che possa realizzare un efficace flusso di informazioni; - costruire un portale web per condividere i dati tra i laboratori e l impresa in modo da poter realizzare un quality management; - permettere a ogni membro dello staff di poter avere accesso ai dati; Una sperimentazione di tale sistema è stata realizzata a Taiwan e ha coinvolto un laboratorio che conduce test su provini di calcestruzzo e cinque imprese di costruzioni, le quali hanno fornito un sito ciascuna per il test. L approccio utilizzato precedentemente il test era quello classico di report compilati manualmente. Lo studio ha seguito le varie fasi della produzione dei provini, dalla preparazione del mix, alla posa, alle prove di compressione e alla fase di stesura dei report utilizzando il sistema RFID QIM. Una volta deciso il mix e le caratteristiche dei materiali, i dati sono stati caricati in un tag, che poi veniva o inserito nel provino ( al momento della posa del calcestruzzo ) o veniva applicato esternamente. Una volta arrivato in laboratorio, il tag veniva scannerizzato e i dati del provino recuperati. Una volta effettuati i testi di compressione, i dati venivano caricati nel PDA. Il sistema, a questo punto, inviava un messaggio di allarme in automatico all office manager, invitandolo a prendere visione degli aggiornamenti. Il sistema RFID QIM veniva aggiornato in automatico in modo da poter garantire rapido accesso alle informazioni agli ingegneri, alla produzione e al management. I tag applicati esternamente sono stati utilizzati per tutto il periodo della sperimentazione ( sette mesi ) senza dare segni di problemi o malfunzionamento. Quelli applicati all interno del provino invece, che non possono essere riutilizzati, non hanno interferito con i valori delle

66 60 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management prove. I provini testati erano cento, con provenienza da cinque cantieri diversi. Il sistema RFID QIM è stato installato nel laboratorio prima dell inizio dei test, e il personale che lo ha utilizzato durante la sperimentazione è stato chiamato a compilare un questionario per raccogliere i feedback e per confrontare il sistema RFID QIM con quello precedentemente utilizzato dal laboratorio. I risultati hanno mostrato un notevole miglioramento nella velocità di conduzione dei test ( recuperare le caratteristiche del provino, recuperare i risultati, aggiornare il database ), rispetto al classico sistema dei report aggiornati a mano. In particolare: - Nel 91% dei feedback ricevuti, i clienti ( le imprese che hanno commissionato i test sui provini ) si sono dimostrati estremamente soddisfatti del sistema RFID QIM in quanto in grado di migliorare gli attuali standard di quality management; - Nel 88% dei casi, i feedback ricevuti dal personale del laboratorio indicano estrema soddisfazione nel sistema, in particolare riguardo alla possibilità di recuperare dati in automatico, raccogliere dati dopo i test e inviarli automaticamente al RFID QIM, riducendo così i tempi di ciascun test, i tempi di aggiornamento dei report, ed evitando errori nella trascrizione dei dati; - L 87% degli intervistati ha affermato che il principale vantaggio del sistema risiede nel fatto che, attraverso la raccolta e l aggiornamento dei dati in automatico, viene migliorata l efficienza e il flusso di informazioni tra i vari soggetti GLI RFID PER IL MONITORAGGIO DELLE ATTREZZATURE Il RFID System è considerato uno strumento di straordinaria potenzialità per il controllo della produttività del cantiere. Va ricordato infatti che ogni progetto infatti ha caratteristiche uniche, e quindi la produttività della forza lavoro varia da progetto a progetto, da lavorazione a lavorazione, ma un fattore fondamentale è la disponibilità degli strumenti. Non a caso il settore delle costruzioni si è mossa in questa direzione con l obiettivo di migliore la gestione delle attrezzature in cantiere ( Jobsite Tools Management ). Fino a oggi le grandi imprese preferivano fornire una quantità di attrezzature maggiore di quelle necessarie previste, basandosi sul principio che il costo delle attrezzature in eccesso è nettamente inferiore dei costi causati dai possibili ritardi per la loro assenza. Ma l ideale

67 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 61 strategia è quella di avere a disposizione solo le attrezzature strettamente necessarie, per ottimizzare il loro utilizzo e ridurne i costi. Nei primi esperimenti di monitoraggio degli strumenti sono stati utilizzati i codici a barre, senza trovare grande successo. I maggiori problemi erano dovuti al fatto che i codici a barre non sono adatti a resistere alle estreme condizioni di un cantiere di costruzioni, e deteriorandosi diventavano illeggibili per gli strumenti. Con questo sistema invece, i tag ( adeguatamente modificati ) vengono inseriti direttamente all interno dello strumento, in modo da non alterare il modo in cui l operatore la deve utilizzare, e evitando così che i tag si possano deteriorare. Due grandi imprese americane, impegnate nella costruzione di centrali elettriche, hanno partecipato alla sperimentazione di questo sistema per il monitoraggio delle attrezzature. Una delle due imprese ha fornito ha fornito due siti per la sperimentazione, mentre l altra ne ha messo a disposizione uno. I tre progetti, tutti realizzati in Kentucky, US, prevedevano la costruzione o l ampliamento di centrali elettriche. Prima che la sperimentazione iniziasse sono stati decisi tre strumenti, largamente impiegati da entrambe le imprese, che sarebbero stati monitorati. I tag ( attivi, cioè in grado ricevere ed inviare dati ) sono stati installati all interno degli strumenti senza modificare così sia l aspetto estetico sia il modo di maneggiarli. Durante i lavori, sono stati effettuati tentativi di lettura dei tag da varie distanze e in situazioni di disturbo ( strumenti all interno di box di acciaio, lavorazioni sotto il livello del terreno, pareti in c.a. tra il tag e il reader ). Nel frattempo le stesse misure venivano rilevate da operatori attraverso un metro e annotate su una tabella, per poi confrontarle con quelle immagazzinate dal RFID. È stata anche verificata la capacità dei tag di immagazzinare un elevato numero di dati e per lunghi intervalli di tempo. I risultati della sperimentazione hanno dato risultati positivi, dimostrando che il sistema RFID system è idoneo per il monitoraggio delle attrezzature e presenta notevoli possibilità di utilizzo e di miglioramento. Le misure realizzate in sito erano affidabili per un raggio di 7 9 metri dal reader mentre in una situazione ottimale raggiungono i metri. Durante i tre mesi di test tutti i tag hanno operato senza problemi. Tuttavia i segnali dai tag subiscono forti distorsioni in presenza di elementi metallici, in presenza di basse temperature (- 10 ) e possono esserci interferenze tra i reader e le strumentazioni di cantiere (in particolare i comandi delle gru).

68 62 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management GLI RFID NEI PARTS & POCKETS UNIFICATION SYSTEMS Un ulteriore sforzo verso una industrializzazione del settore delle costruzione è stato portato avanti in Giappone. In questo caso la tecnologia RFID è stata utilizzata per integrare il cosiddetto parts and pockets ( materiali e informazioni ) attraverso un controllo automatico del loro flusso attraverso il complesso processo di produzione. Bisogna sottolineare, infatti, che i progetti si svolgono su più livelli, e chi progetta non è in grado di passare tutte le informazioni al lavoratore in sito attraverso un disegno esecutivo. Durante la costruzione di un opera, quindi, il lavoratore deve interpretare i disegni, capire quali materiali devono essere utilizzati, con quali procedure, etc., con incontrollabili risultati per quanto riguarda la qualità. Da qui nasce la necessità di realizzare un sistema dove ogni elemento sia in grado di portare con se adeguate informazioni, o almeno sia possibile risalirne attraverso a un codice. Il lavoratore sarebbe in grado di recuperare più facilmente le procedure necessarie, e in questo modo, come succede nel settore manifatturiero, anche il lavoratore inesperto sarebbe in grado di lavorare con maggiore precisione. Con questa finalità è stato progettato il sistema IT based Parts Oriented Construction che permette al Cost Manager di avere un controllo di un enorme flusso di informazioni attraverso milioni di chip di dimensioni nell ordine del decimo di millimetro impiantati negli elementi. Ogni chip contiene un indirizzo preciso, denominato Product URL. I chip si muovono all interno del complesso sistema di produzione e il sistema di controllo, denominato Glue Logic, riceve informazioni dai chip: i loro movimenti, se l elemento è arrivato in cantiere, se è stato installato, etc. Da due anni il sistema è in fase di sperimentazione in Giappone, dove tre compagnie sono impegnate nello sviluppo di questo progetto: Shimizu ( come general contractor ), Tostem ( come sub contractor ) e Hitachi Informatione System ( come solution business ). Tostem produce nelle proprie fabbriche gli elementi usati nella costruzione, con stabilimenti sparsi in Giappone e all estero. L impresa produce, trasporta e assembla gli elementi in sito.

69 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 63 Figura 32 - Logica del sistema con diagrammi di flusso La produzione degli elementi prefabbricati può essere identificata come un vero e proprio processo industriale e opera in un ambiente controllato, mentre in sito l impresa è esposta a una serie di rischi dovuti alla variabilità delle condizioni ambientali, progettuali, del sito, etc. Il settore delle costruzioni può essere identificato come un produzione project type, cioè dove è possibile industrializzare il processo fino al raggiungimento di un preciso obiettivo, potendo disporre di una determinata quantità di risorse e in una precisa situazione ambientale ( il sito ). È quindi indispensabile modificare di volta in volta il project type in base alle caratteristiche del nuovo progetto. La pratica è quella di identificare una serie di passaggi dove i costi aumentano significativamente, che vengono definiti cancelli di produzione" ( production gates): stipula del contratto, approvazione del progetto, progetto dei componenti prefabbricati, elaborazione di un piano di produzione, fabbricazione degli elementi, trasporto e installazione in sito. Una volta che gli elementi prefabbricati sono realizzati viene impiantato un chip, e vengono spedite al sito dove vengono installate. Se i dati inseriti nel chip vengono modificati, il chip invia un segnale alla Glue Logic che prende visione della modifica.

70 64 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 33 - Viaggio del sensore nelle fasi del processo: produzione - trasporto - cantiere Quando un chip passa attraverso un gate, il Product URL del chip viene letto e il segnale è inviato alla Glue Logic che determina che cos è quelle elemento, dove e quando deve essere installato. La Glue Logic può così comunicare che l elemento è arrivato al gate. I lavoratori portano con se un lettore PDA, delle dimensione e caratteristiche di un classico palmare, che è capace di leggere e riscrivere le informazioni di un chip. Il lettore PDA può recuperare procedure di installazione, manuali, disegni esecutivi. Quando il lavoratore ha installato l elemento, attraverso il suo PDA comunica che l operazione è stata eseguita e invia un messaggio alla Glue Logic. Al tempo stesso la Glue Logic può calcolare il tempo impiegato per realizzare quella lavorazione, e confrontarlo con quello pianificato per monitorare le performance. Questo sistema permette di avere un flusso di informazioni enorme e di poter realizzare con rapidità gli aggiornamenti sullo stato delle lavorazioni. 4.2 GPS ( Global Positioning System ) GPS è la sigla di Global Positioning System, che indica il sistema per la determinazione delle tre coordinate geocentriche relative alla posizione di ogni punto posto sulla superficie terrestre o al di sopra di essa. Nell'impiego più generale il GPS consente la misurazione, oltreché della posizione, anche della velocità del ricevitore relativa alla Terra, attraverso la determinazione dell'effetto Doppler sui radiosegnali. In tale impiego il GPS diviene una delle componenti del

71 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 65 Global Navigation Satellite System (GNSS) e costituisce il più avanzato sistema di radionavigazione disponibile per le navi, gli aeromobili e ogni altro veicolo in movimento. Il risultato finale delle ricerche e dell'attuazione del progetto GPS ha portato alla creazione di una Costellazione di 24 satelliti orbitanti intorno alla Terra lungo sei distinti piani orbitali inclinati di 55 rispetto all'asse polare, ciascuno dei quali interseca l'equatore ogni 60 di longitudine. I satelliti sono posti su un'orbita di raggio di circa km intorno alla Terra in modo da avere un periodo di rivoluzione di 11 ore e 58 minuti. La costellazione dei satelliti è configurata in maniera tale che, in ogni luogo del mondo, un minimo di quattro satelliti sia di 5 al di sopra dell' orizzonte locale. In alcune condizioni sono contemporaneamente visibili da un qualunque punto della superficie terrestre fino a 8 satelliti. La logica di calcolo della posizione si basa sul concetto trigonometrico di triangolazione. Il fatto che i riferimenti (i satelliti che emettono il segnale) siano mobili, introduce il tempo come ulteriore variabile da cui consegue la necessità di avere disponibili al ricevitore, in ogni istante, non meno di quattro segnali di quattro satelliti diversi. GPS consente, a parte eventuali ostacoli alla ricezione del segnale (che non è potentissimo), la visione di un numero di satelliti che va da un minimo di cinque al massimo di otto. Figura 34 - Tracciamento delle orbite seguite dai satelliti presenti nell'atmosfera terrestre Il GPS ha numerosi impieghi e lo si utilizza ogniqualvolta si debba determinare, con la precisione consentita, la posizione e la velocità di un corpo nello spazio atmosferico. Le navigazioni aerea e marittima sono i settori di maggior impiego del GPS: con questo sistema ogni nave o aereo conosce la propria posizione e velocità. Anche il traffico automobilistico beneficia del GPS grazie alla possibilità offerta dal sistema di mostrare la posizione del veicolo sovrapposta a cartine topografiche; perfino in caso di furto è possibile conoscere la posizione dell'auto.

72 66 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management GPS PER LA GESTIONE DEI PROCESSI IN TEMPO REALE: UN ESEMPIO APPLICATIVO In questo paragrafo viene presentato un esempio di un sistema di automazione per la gestione di un cantiere edile, basato sul sistema di tracciamento della posizione GPS, su reti di comunicazione wireless e su una dotazione meccatronica personale dell operatore in grado di interfacciare in tempo reale un sistema di controllo remoto. La rete wireless Il soggetto mobile, dotato di ricevitore GPS per la rilevazione in continuo della sua posizione all interno del cantiere, deve essere in grado di comunicare in automatico al sistema di controllo (direzione lavori) l attività che sta svolgendo e in quale luogo. In particolare la comunicazione è una normale comunicazione di tipo IP su rete LAN (Local Area Network) wireless basata sulle specifiche IEEE b che sono peraltro le più diffuse. La dotazione individuale dell operatore Ulteriore componente delle tecnologie di base è un insieme di elementi che, integrati in una soluzione cosiddetta meccatronica, di cui dotare l operatore di cantiere, consentono funzionalità di gestione e di controllo del processo costruttivo anche da una postazione remota. Tali elementi sono, in particolare: un sistema CAD integrato con GPS; un sistema audio-video di ricezione e trasmissione controllato da software; una radio bussola; una webcam per la comunicazione visiva. L utilizzo del sistema CAD permette di realizzare il duplice obiettivo di referenziare le coordinate geografiche assolute ottenute dal ricevitore GPS rispetto alla configurazione del cantiere, e di rendere disponibili, direttamente dal database del sistema informatico, i disegni di progetto. La georeferenziazione del cantiere avviene attraverso l utilizzo di almeno due punti fiduciali con coordinate GPS note, attraverso i quali mettere in scala il sistema ottenendo, per tutti i punti interni al cantiere, le coordinate GPS. La restituzione in formato digitale (CAD) della configurazione di cantiere permette al sistema informatico di individuare con precisione la posizione di un operatore di cui siano note le coordinate GPS.

73 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 67 Per quanto concerne la comunicazione del dato, viene utilizzato un applicativo realizzato in VBA. Il software permette di avere una finestra video, una finestra audio e una finestra interattiva e rende possibile lo scambio, in formato digitale, di documentazione di ogni genere. Uno strumento importante per la georeferenziazione del cantiere è la bussola a radio frequenza, in sostituzione della classica bussola magnetica; essa trasmette direttamente le coordinate in radio frequenza oppure tramite collegamento via usb all elaboratore. Fornisce la direzione verso la quale si dirige l utente. Per la comunicazione con il microcontrollore usa una uscita PWM oppure una interfaccia I2C. Per quanto riguarda la trasmissione video si adotta come terminale una semplice webcam a colori, posizionata nella parte anteriore del caschetto dell operatore, per far si che chi riceve l immagine possa avere identica visuale di chi la trasmette. Nel pensare alla dotazione individuale telematica dell operatore, molta importanza va data alle caratteristiche ergonomiche della soluzione, con l obiettivo di evitare inutili ingombri in condizioni operative spesso poco agevoli e di fornire ai lavoratori una strumentazione di facile accesso, duttile, e di immediata integrazione con l attrezzatura normalmente utilizzata. Per ottenere ciò vengono proposte due soluzioni. La prima, integrando il tutto all interno del caschetto di sicurezza ( Figura 35 ), per legge già in dotazione a tutti i lavoratori. Figura 35 - Vista elmetto La seconda ponendo la strumentazione su una comune cintura da cantiere, dove sia il sistema web cam, che quello GPS trovano facile collocazione; attraverso due pulsanti l operatore può, con un semplice gesto, catturare immagini e informazioni ( Figura 36 ).

74 68 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 36 - Ergonomia della dotazione individuale completa Il sistema di controllo, di fatto, è costituito dalla connessione dei dispositivi su elencati, cioè webcam, ricevitore GPS, radiobussola, cuffie e microfono, per l integrazione dei quali funziona, da elemento di assemblaggio e di raccordo, l elmetto di sicurezza in uso ai vari operatori in cantiere e che, per questo, è stato denominato chiamato custom. Le connessioni, di cui qui di seguito viene riprodotto uno schema riassuntivo ( Figura 37 ), sono realizzate tramite cavi USB o in radiofrequenza (wireless e bluetooth). Figura 37 - Schema riassuntivo delle connessioni

75 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 69 Rilievo del segnale e sperimentazione Per la sperimentazione del sistema gli ideatori del sistema hanno preso in esame un complesso residenziale realizzato a Faenza (RA) composto di due edifici, che si è ben prestato all esperimento in quanto di medie dimensioni e quindi pieno di problematiche specifiche della gestione dei flussi informativi. I fabbricati sono disposti su 3 piani fuori terra e un piano interrato dove sono ricavati boxes e garage ( Figura 38 ). Ogni piano fuori terra prevede la realizzazione di appartamenti di varia metratura, per un totale di dodici unità abitative a palazzina. La copertura all ultimo piano è realizzata con un tetto in laterocemento a quattro falde. Al momento del rilievo le due palazzine erano in due situazioni di avanzamento lavori differenti: una ancora a grezzo, con realizzata solo la struttura portante in c.a., l altra ad uno stato grezzo avanzato, con i vani interni degli appartamenti già intonacati e tutti gli impianti (elettrici e idrici) realizzati. Anche per questo motivo, è risultata la situazione ideale per poter studiare le più diverse situazioni presenti nel corso della vita del cantiere. Figura 38 - Stato al rilievo

76 70 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Gli autori hanno proceduto, per ogni piano degli edifici, partendo dal piano interrato fino al terzo e ultimo, alla rilevazione della qualità del segnale di ricezione scegliendo due zone: la prima, al bordo esterno del perimetro di ingombro dei fabbricati, la seconda, nel punto centrale a fianco della rampa delle scale e del vano ascensore. Come da previsioni, i migliori risultati sono stati conseguiti all esterno degli edifici, dove si è raggiunto il massimo di satelliti intercettati e massime soglie di frequenza di ricezione. All interno della palazzina allo stato grezzo (senza ancora i tramezzi esterni), si è riscontrato un segnale più forte e un numero di satelliti intercettati maggiore rispetto alla palazzina con muri esterni ed interni già realizzati. Ottimo risultato è l avere avuto una discreta ricezione anche nelle posizioni più schermate da solai e tramezzature, come, ad esempio, i piani interrati di entrambe le palazzine. All interno di ambienti particolarmente chiusi, dove per esempio erano già in opera gli infissi, si è riscontrata una interruzione del segnale o, comunque, una ricezione molto debole. Questo è sempre stato il problema principale del rilievo satellitare: la scarsità di segnale al chiuso; per ovviare a questo problema sono in corso sperimentazioni di nuove tecnologie che ipotizzano l integrazione del GPS con sistemi di tipo wireless o bluetooth o la sua sostituzione con tecnologie del tipo ultra wide band. 4.3 ULTRA WIDE BAND ( UWB ) Con il termine ultra wide band ( UWB ) si indica una tecnologia sviluppata per trasmettere e ricevere segnali mediante l'utilizzo di impulsi di energia in radiofrequenza di durata estremamente ridotta ( da poche decine di picosecondi a qualche nanosecondo ). Questi impulsi sono rappresentati da pochi cicli d'onda di una portante in radiofrequenza e quindi lo spettro associato a questa forma d'onda è estremamente ampio ( da qui il nome ). La brevità dell'impulso rende UWB poco sensibile alle interferenze dovute alla riflessione dell'onda stessa. La larghezza della banda fa sì inoltre che la densità spettrale di potenza sia molto bassa, motivo per cui questa caratteristica rende le comunicazioni difficilmente intercettabili perché il segnale ha una intensità simile al rumore di fondo. Inoltre UWB non interferisce con le applicazioni già esistenti e permette di realizzare dispositivi con un consumo energetico molto ridotto. Ultra wide band è un protocollo di trasmissione wireless dei dati, che permette di raggiungere una banda dell'ordine di gigabit/secondo attraverso emissioni alla frequenza di circa 4 GHz

77 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 71 con una potenza elettrica in antenna di decimi di watt. Essa può essere utilizzata con antenne omnidirezionali o comunque a largo angolo di copertura per distanze brevi, fino a 10 metri, ad esempio come sistema per la localizzazione di oggetti, mediante triangolazione in antenna o etichette RFID poste sugli oggetti. In alternativa, viene utilizzata con antenne direzionali per trasmissioni su distanze maggiori. Inizialmente nata in ambito militare, UWB si sta affermando negli ultimi anni anche dal punto di vista commerciale mediante soluzioni di real time locationing in diversi ambiti applicativi, dal manifatturiero alle telecomunicazioni, dall agricoltura all entertainment. Un sistema completo UWB consta di tre tipologie di dispositivi: le antenne; i tags; la centrale di controllo, alla quale sono collegate tutte le antenne e che provvede a mantenere la sincronia temporale tra queste ultime. La società Multispectral, costituita dal prof. Robert Fontana ha sviluppato diversi progetti per i militari americani dai quali ha derivato il primo sistema UWB RTL commerciale, con precisione fisica pari a 30 cm. Figura 39 - Il sistema completo UWB di Multispectral La società Ubisense ha studiato invece un sistema commerciale che permette di localizzare oggetti e persone nelle tre dimensioni con un margine di errore di cm.

78 72 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 40 - Il sistema completo UWB di Ubisense Sebbene un sistema di questo tipo risulterebbe molto adatto all utilizzo nei cantieri edili per la localizzazione di mezzi e personale, oltre che per l automazione di processo, restano comunque i lati negativi dell'elevato costo e della necessità di stendere decine di metri di cavi per la comunicazione tra le antenne, che devono essere sincronizzate temporalmente tra loro. 4.4 ZIGBEE ZigBee è una tecnologia radio di prossimità nata nel 2004, dalla necessità di definire uno standard di comunicazione wireless per la creazione di reti di micro-dispositivi che rispondano ai seguenti paradigmi: o bassi costi; o consumi limitati; o utilizzo di frequenze libere; o scalabilità; o affidabilità; o interoperabilità; o sicurezza. ZigBee opera su frequenze libere della banda UHF (868 e 915 MHz) e ISM (2.4 GHz), con velocità di trasmissione dati che arrivano al massimo a 250 kbit/s. Essendo una tecnologia di

79 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 73 prossimità, il raggio di azione non supera le decine di metri su singola tratta (single-hop), ma si estende a chilometri se si sfrutta il multi-hop, cioè la possibilità di far transitare l informazione da un nodo all altro fino al nodo destinazione, che, non trovandosi nel raggio d azione del nodo sorgente, non può essere raggiunto direttamente. ZigBee è nato per realizzare reti di tipo Wireless Personal Area Network (WPAN), cioè reti personali di dispositivi intelligenti e multifunzione, in grado di integrare sensori ed attuatori per la traduzione in dati di stimoli esterni di varia natura, che si riconfigurano dinamicamente per formare reti ad hoc, adattabili al contesto in cui si inseriscono. Le caratteristiche principali di reti di questo tipo sono l adattabilità e la flessibilità, proprie del termine ad hoc, in cui i nodi si auto-configurano, cioè si uniscono ad una rete e scoprono in maniera automatica il loro ruolo all interno della rete stessa. Il protocollo ZigBee è stato standardizzato dalla ZigBee Alliance alla fine del 2004 e si basa sullo standard IEEE ( approvato nel 2003 ) per il livello fisico e il livello di accesso al mezzo condiviso ( livello MAC Medium Access Control ). La ZigBee Alliance, di cui anche Telecom Italia fa parte dal luglio 2004, è un associazione non-profit di circa 150 aziende ( tra cui Mitsubishi, Motorola, Philips, Siemens, Samsung, Texas Instruments ) che operano nel campo di semiconduttori, tecnologia hardware e software, sistemi di comunicazioni, prodotti end-user. Questa alleanza ha elaborato, in collaborazione con IEEE, uno standard aperto finalizzato ad un mercato globale per micro-dispositivi intelligenti in grado di configurarsi in una rete ad hoc e adatti al controllo remoto e all automazione. Lo stack protocollare ZigBee specifica i livelli di rete, sicurezza e applicazione. La standardizzazione si spinge fino a livello applicativo, definendo profili applicativi specifici che garantiscono l interoperabilità tra produttori diversi che possono coesistere con profili privati proprietari.

80 74 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 41- Stack protocollare Zigbee e frequenze utilizzate CARATTERISTICHE DELLE RETI ZIGBEE IN RAPPORTO AD ALTRE TECNOLOGIE DI PROSSIMITA Un requisito fondamentale per reti di dispositivi che devono poter operare anche in ambienti esterni, con costi e tempi di manutenzione molto bassi, o essere integrati in sistemi con risorse di potenza limitate, è la riduzione del consumo energetico. ZigBee garantisce consumi limitati (dell ordine di qualche decina di ma) quando i nodi sono attivi in trasmissione/ricezione e permette modalità di risparmio energetico (con consumi minori di 1 ma), in cui il nodo può essere messo in stato dormiente (sleep mode) e risvegliarsi, per esempio in base ad un timer prestabilito. Questo consente di avere tempi di vita dei dispositivi medio-lunghi, che arrivano anche ad alcuni anni per quelle applicazioni in cui il nodo ha un tempo di attività (duty cycle) basso: un esempio potrebbe essere una rete di sensori distribuiti sul territorio per il

81 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 75 monitoraggio di parametri ambientali, in cui i nodi si risvegliano solo per il tempo necessario alla trasmissione dei campioni prelevati. Spesso si sente parlare di Bluetooth (IEEE ) e di ZigBee come di due tecnologie radio per reti personali wireless che si competono. Le differenze principali rispetto alla tecnologia Bluetooth, si possono riassumere nella realizzazione di dispositivi a minore dissipazione di energia e con più efficienti caratteristiche di connettività di rete, intese come una veloce riconfigurabilità della rete stessa nel caso di caduta o aggiunta di un nodo ed un maggior numero di dispositivi connessi. Inoltre, rispetto a sistemi Bluetooth, in ZigBee si fa riferimento ad una banda limitata per la trasmissione dei dati (250 kbit/s rispetto a 1 Mbit/s), e a tipologie di rete che non si limitano a comunicazioni punto-punto: per questi motivi, Bluetooth e ZigBee sono da considerarsi come due tecnologie concepite essenzialmente per ambiti applicativi diversi ( Tabella 2 ). A differenza di altre tecnologie di prossimità quali RFID (Radio Frequency IDentification), ed in particolare NFC (Near Field Communication), ZigBee permette la formazione di reti ad hoc autoconfigurabili, capillari e pervasive, con un numero di nodi molto elevato (nominalmente fino a ), che comunicano tra loro con distanze che vanno da metri (single-hop) a chilometri, sfruttando il multi-hop. Un punto chiave di questa tecnologia rispetto a quella RFID è che scompare il binomio di tag e lettore, in quanto qualunque nodo della rete può scambiare dati con gli altri nodi ed essere configurato tramite software per svolgere funzioni diverse.

82 76 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Tabella 2 - Confronto tra tecnologie di prossimità FLESSIBILITA DELLE RETI ZIGBEE La flessibilità e la scalabilità delle reti Zigbee sono garantite anche dal fatto che sono previsti due tipi di nodi: i più evoluti con piene funzionalità denominati FFD ( Fully Function Device ) e quelli con funzionalità ridotte ( foglie ) denominati RFD ( Reduced Function Device ). Gli FFD possono comunicare con qualsiasi altro nodo, mentre gli RFD possono dialogare solo con gli FFD: in questo modo si possono realizzare diverse tipologie di rete, che non si limitano a semplici configurazioni a stella ( star ), ma supportano anche reti magliate ( mesh ) e reti a tipologia mista ( cluster tree ), in cui sottoreti a stella ( un FFD che coordina diversi RFD ) si interfacciano mediante collegamenti diretti fra FFD. Le configurazioni di rete proprie di ZigBee prevedono la scelta di un nodo con funzionalità di coordinatore della PAN ( Personal Area Network ), ZigBee Coordinator, responsabile principalmente della formazione

83 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 77 della rete e della gestione centralizzata della sicurezza. Gli altri nodi possono essere degli instradatori, ZigBee Routers, nel caso in cui siano connessi con più di una unità, o semplici foglie della rete, ZigBee End Device, nel caso di connessione ad un singolo elemento. Figura 42 - Topologie di rete Zigbee Il coordinatore ed i nodi instradatori devono quindi essere dispositivi FFD, mentre i nodi foglia possono essere di tipo RFD. Le caratteristiche di auto-configurabilità e autoadattività permettono alla rete di modificarsi al variare delle condizioni operative e di autoconfigurarsi, scegliendo dinamicamente i nodi e gestendone la connettività, a seconda dell ambiente applicativo. L utilizzo di tipologie magliate permette di massimizzare l affidabilità complessiva della rete, garantendo la possibilità di distribuire l informazione su percorsi diversi. Inoltre, attraverso il processo di trasferimento dell informazione hop-by-hop tra i nodi, è possibile arrivare ad una copertura estesa del territorio anche avendo a disposizione singoli collegamenti a portata limitata PRINCIPALI AMBITI APPLICATIVI DI ZIGBEE Il campo di applicazione delle reti Zigbee è vastissimo sia in ambito indoor che outdoor e va dalla domotica all automazione industriale, dall'elettronica di consumo al Machine to Machine (M2M), fino alle reti di sensori per il monitoraggio dell ambiente. Nella Figura 43 sono indicate le principali aree applicative, tra cui particolarmente interessanti sono anche gli utilizzi nel settore dell health-care per la teleassistenza ed il monitoraggio dei pazienti in ambito bio-medicale, ma in generale per applicazioni in cui i sensori ZigBee sono pensati per migliorare la qualità della vita di ciascun individuo.

84 78 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 43 - Applicazioni Zigbee Per garantire l interoperabilità tra prodotti di fornitori diversi, la ZigBee Alliance prevede la creazione di profili applicativi standard: il primo profilo che è stato standardizzato ( nella prima metà del 2006 ) è stato quello di automazione domestica per il controllo di impianti di illuminazione, di riscaldamento e condizionamento e di altri sensori ed attuatori utilizzabili in ambito residenziale. In ambito outdoor ci si sposta dalla casa ad ambienti esterni quali la città, per arrivare ad un paradigma di città digitale intelligente, in cui la tecnologia ZigBee può essere utilizzata per: o monitoraggio dei parametri ambientali, quali la temperatura, l inquinamento; o servizi di infomobilità come le informazioni di viabilità, di turismo; o pagamenti e gestione dei parcheggi;

85 LE TECNOLOGIE DI MONITORAGGIO 79 o controllo accessi; o servizi di mobile-commerce e ticketing, quali il pagamento dei mezzi di trasporto (bus, treni), l accesso al cinema, teatro, museo, etc.;

86 80 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management 5 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT L'evoluzione delle tecnologie per la localizzazione e per il rilevamento di prossimità può contribuire in maniera significativa al miglioramento dei processi decisionali nei cantieri edili, fornendo supporto in tempo reale ai compiti connessi al progetto e consentendo l accesso tempestivo e accurato alle informazioni. Proprio il rapido accesso alle informazioni contestuali al progetto può portare a notevoli risparmi di tempo e di costi, grazie alla precisione e all' immediatezza con cui le informazioni sul progetto possono essere messe a disposizione del personale sul campo. Considerando l'estensione territoriale e la natura dinamica tipica dei progetti di costruzione, gli attori del processo dovrebbero essere costantemente monitorati sia all'aperto come al chiuso. Negli ultimi anni, l utilizzo di sistemi di localizzazione indoor si è rapidamente affermato in molti settori ( automotive, healthcare, energy management ) e si rende necessario nei cantieri edili, in particolare. Nel campo delle costruzioni infatti diversi compiti, come il controllo dello stato di avanzamento del progetto e dei costi, richiedono l'accesso ad una quantità di informazioni sul progetto molto ampia e approfondita. Attualmente, i tecnici di cantiere, gli ispettori e altro personale preposto, devono sprecare molto tempo nella ricerca manuale di documenti e disegni per accedere alle necessarie informazioni di supporto ai compiti, oltre che dover produrre giornalmente o settimanalmente dei report sulle attività basati spesso su stime ed incertezze. Una funzione che trova crescente richiesta è quella che associa sensibilmente la posizione dell utente o dell oggetto ai parametri del contesto in cui si trova, dando una risposta tecnologica dinamica e immediata, in riferimento alle informazioni pertinenti e ai servizi raggiungibili, come il controllo degli input di lavoro o la misura della produttività ad esempio. I parametri che interessano la gestione in un contesto dinamico sono sicuramente la localizzazione dell utente corrente, l interazione con altri utenti o oggetti, i parametri che descrivono il contesto ambientale come suddivisione aree, scansione temporale, lavorazioni etc. La localizzazione, per il monitoraggio, è un compito essenziale in quasi tutte le

87 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 81 applicazioni progettate per ottenere, mantenere e fornire informazioni su base continua; buoni esempi di monitoraggio di un sito sono quelle delle informazioni che riguardano materiale, manodopera, mezzi e attrezzature. Il Global Positioning System (GPS) è un'opzione interessante per gli ambienti esterni, ma non è adatto per applicazioni indoor, in quanto ha bisogno di una linea chiara di fronte all orbita dei satelliti per poter stimare la posizione. Come risultato, è necessario sostituire i mezzi di tracciamento GPS degli utenti, in caso di ubicazione in ambienti interni. Come valida alternativa la ricerca ha prodotto diverse soluzioni per il tracciamento in ambienti chiusi, come le WLAN, UWB e Zigbee. Sebbene queste tecniche di monitoraggio forniscano soddisfacenti livelli di precisione, ci sono due principali inconvenienti che limitano il loro impiego in un cantiere edile; in primo luogo, l infrastruttura deve essere flessibile, per evitare un notevole spreco di risorse in termini di tempo e denaro ogni qualvolta la si voglia implementare o modificare; in secondo luogo la capacità di trasmissione dati deve garantire un livello minimo di comunicazione in ogni punto dello spazio strumentato. Sinora, un significativo sforzo di ricerca è stato dedicato al miglioramento delle prestazioni, precisione, robustezza e accessibilità. Tuttavia, ciò che rende la maggior parte di questi metodi inappropriati per un cantiere edile è il fatto che tutti dipendano in qualche modo dalle infrastrutture pre-installate (ad esempio struttura articolata, marcatori, etc.). I progetti di costruzione di solito sono realizzati in un luoghi ed ambienti dinamici, in cui le attrezzature ed i materiali sono in movimento, correlati insieme, o scomponibili in parti, e il terreno può cambiare di forma. Tale ambiente non presenta condizioni ideali di installazione di infrastrutture per il monitoraggio delle attrezzature, in particolare se il lavoro è in primo luogo all'aperto e si estende su vaste aree. Pertanto, il personale in un ambiente esterno, come un cantiere deve essere dotato di un sistema di posizionamento che possa essere creato e gestito rapidamente e senza alcuna dipendenza dalle infrastrutture pre-installate. 5.1 IL REAL TIME LOCATIONING SYSTEM ZIGBEE Come descritto in precedenza ad un sistema di monitoraggio per i cantieri edili sono richieste alcune caratteristiche fondamentali per il suo impiego con successo: flessibilità e facilità di installazione;

88 82 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management bassi costi di gestione e manutenzione; buona capacità di comunicazione; resistenza alle condizioni atmosferiche e di cantiere; bassissima invasività; ergonomia; affidabilità del dato; elevata autonomia energetica. Dall analisi dei requisiti sopra esposti, ne risulta che allo stato attuale dell arte la tecnologia di monitoraggio che meglio si presta a tale impiego è sicuramente il nuovo protocollo Zigbee. Esso infatti presenta quasi tutte le caratteristiche ideali per il suo impiego in un contesto ostile come quello del cantiere. Si possono infatti riassumere una serie di caratteristiche salienti che ne fanno il candidato principale: sino a 65 mila nodi per ogni rete di sensori con capacità di auto-riconfigurazione in caso di guasti ( flessibilità ); interventi minimi o nulli sul sistema in caso di guasti, grazie all implementazione del mesh networking, con il quale un nodo può trovare automaticamente strade alternative di comunicazione ( bassi costi di gestione ); range di comunicazione tra due nodi pari a circa 70 m in ambienti aperti e circa 30 m in ambienti chiusi, con possibilità di utilizzo di amplificatori e di estensione del range mediante il collegamento in cascata ( buona capacità di comunicazione ); utilizzo di scatole con protezione IP65 e resistenza alle basse ed alte temperature ( resistenza alle condizioni del cantiere ) completamente privo di cavi ( minima invasività e totale autonomia energetica ); dispositivi di dimensioni estremamente contenute ( ergonomia ); nessuna interferenza con le tecnologie esistenti, meccanismi di gestione e ritrasmissione del dato, crittografia ( affidabilità );

89 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 83 Il protocollo Zigbee nativamente prevede l utilizzo di una rete di comunicazione wireless, basata su tre tipologie logiche di funzionamento: PAN Coordinator: ha la funzione di inizializzare la rete, indirizzare i nodi appartenenti alla propria sotto-rete e memorizzare le informazioni a riguardo della topologia. Il coordinatore rappresenta inoltre la centrale di raccolta e distribuzione delle informazioni trasmesse, ed è dunque l unico elemento che necessita di alimentazione da rete. Figura 44 - PAN Coordinator FFD ( Full Function Device ): sono detti anche routers o, nelle applicazioni di localizzazione reference nodes, in quanto possono fungere anche da sistema di riferimento geografico bidimensionale. Hanno una capacità di memoria e di calcolo sufficienti a svolgere il monitoraggio della rete e l attività di routing. Possono essere alimentati sia da rete che a batteria (coppia di batterie AA 1,5 V). Figura 45 - FFD

90 84 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management RFD ( Reduced Function Device ): sono dispositivi alimentati a batteria, che nelle applicazioni di localizzazione vengono detti anche blind nodes. La loro funzione è quella tipicamente di raccogliere letture di vari sensori ad intervalli regolari e trasmetterle alla centrale di controllo. Data la loro natura, hanno ridotti ingombri, bassi cicli di funzionamento e ridottissimi consumi energetici. Sono dunque particolarmente indicati per la dotazione al personale e sulle attrezzature da monitorare. Figura 46 - RFD L INNOVAZIONE DELL ULTRA LOW POWER Il protocollo Zigbee nasce principalmente per l impiego nel settore industriale e della domotica. Non a caso il primo profilo ufficiale rilasciato è quello della Home Automation e comprende funzioni come il controllo delle luci, dei caloriferi, oltre che un elaborato sistema di controllo degli accessi e di allarmistica. Una situazione tipo che può essere descritta è la seguente: si ipotizzi un controllo di accensione di una lampada mediante un interruttore Zigbee. Nel caso in esame l interruttore è un RFD che è in uno stato di sleep per la maggior parte del tempo, ossia la sua circuiteria elettronica e la radio sono spente per ridurre i consumi. Nel momento in cui si preme l interruttore, tale evento fa risvegliare il dispositivo e trasmettere un segnale di ON alla lampada. La lampada strumentata ad esempio con un FFD, dovrà quindi mantenere la radio sempre accesa per essere in grado di captare tali segnali e dunque necessiterà di alimentazione da rete elettrica. Nel caso del cantiere edile è impensabile alimentare l infrastruttura di rete, sia per una questione di costi, ma soprattutto per una questione di scarsa flessibilità ed invasività non

91 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 85 tollerabili. Per questa ragione la vera innovazione proposta in questo lavoro di ricerca consiste nell aver ideato una estensione dello standard Zigbee, denominata GULP ( Genuine Ultra Low Power ). Il GULP è un sistema integrato hardware-firmware, che è il cuore del sistema di monitoraggio proposto. Il meccanismo di funzionamento consiste in una procedura di comunicazione asincrona preliminare alla trasmissione del dato, che consente di eliminare la necessità di alimentazione da rete anche dall intera infrastruttura. Tale risultato apre una serie di scenari completamente nuovi, in quanto anche gli FFD possono sostare in uno stato di sleep quando non occorre il loro intervento per la trasmissione del dato. Questo consente di collocare gli FFD nello spazio da monitorare semplicemente disponendoli secondo una strategia di affidabilità di comunicazione, ottenendo una autonomia di circa due anni con delle comuni batterie AA da 1.5 V. Con una caratteristica del genere, il sistema Zigbee GULP si inserisce nel mercato delle tecnologie di monitoraggio e localizzazione come la più adatta per l impiego nel Construction Management di cantieri edili complessi. 5.2 L ALGORITMO DI LOCALIZZAZIONE La localizzazione attraverso reti di sensori wireless, come anche in altri sistemi, avviene mediante l utilizzo di alcuni nodi di riferimento con coordinate spaziali note, che fungono da sistema di riferimento bidimensionale o tridimensionale per la stima della posizione. Esistono diverse tecniche per stimare la posizione di un nodo all interno di una rete di comunicazione wireless; il punto tuttavia non sta nell efficienza dell algoritmo o nella sua velocità di calcolo. Il parametro fondamentale nella scelta di un algoritmo di localizzazione per una rete Ultra Low Power deve essere necessariamente relativo alla minimizzazione dei consumi energetici, cosa che rende possibile l abolizione dei cablaggi. Ne deriva dunque l impossibilità di utilizzare metodi basati su considerazioni temporali, come ad esempio la misurazione del tempo di arrivo (ToA) o la differenza del tempo di arrivo (TDoA), dato che richiedono elaborazioni aggiuntive per la sincronizzazione dei dispositivi. Zigbee offre la possibilità di sviluppare un applicazione di localizzazione a bassissimo consumo: utilizzando infatti l indicatore di qualità del segnale ricevuto ( RSSI Received Signal Strength Indicator ), è possibile ricavare anche una stima della distanza tra i dispositivi di comunicazione, al fine di utilizzarla appunto per il calcolo della posizione.

92 86 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management La Weighted Centroid Localization (WCL), cioè la localizzazione attraverso il calcolo del centroide, fornisce una possibilità per stimare la posizione dei dispositivi in una rete di sensori wireless. La determinazione del centroide avviene attraverso un algoritmo che calcola la posizione dei dispositivi con la media delle coordinate dei punti di riferimento noti. Per migliorare la posizione calcolata in termini reali il WCL usa dei pesi in grado di correggere la stima, utilizzando come peso proprio l RSSI del segnale ricevuto. Le soluzioni basate sulla misura del RSSI non producono risultati molto precisi, tuttavia sufficienti per applicazioni dove non è richiesta una accuratezza nella stima della posizione inferiore ai 3-5 metri, come appunto nel caso dei cantieri edili TECNICHE PER LA LOCALIZZAZIONE Molti algoritmi di localizzazione permettono di stimare la posizione di un nodo, relativamente alla distanza dai dispositivi conosciuti, utilizzati come riferimento. Una possibilità di acquisire una misurazione della distanza è quella di ricavarla dalla misura della qualità del segnale radio ricevuto in risposta ad una richiesta o query. Infatti, secondo Friis, nell equazione della trasmissione nello spazio libero, la potenza del segnale rilevato diminuisce quadraticamente con la distanza dal trasmettitore, tenendo in conto la potenza di trasmissione e i rispettivi guadagni d antenna, oltre che la frequenza su cui si lavora. PRX PTX GTX GRX 4 d 2 P TX P = Potenza di trasmissione RX = Potenza d onda ricevuta G TX G = Guadagno di trasmissione RX = Guadagno di ricezione = Lunghezza d onda d = Distanza tra trasmettitore e ricevitore Molti dispositivi hardware che implementano tecnologie di comunicazione wireless hanno già integrato un registro che consente di ottenere immediatamente una indicazione del RSSI per ogni segnale radio ricevuto. Tipicamente, la potenza di trasmissione utilizzata in Europa è di 1 mw. La qualità del segnale ricevuto dipenderà poi dalla configurazione hardware dei dispositivi utilizzati, in particolare dall adattamento di antenna. RSSI P 10 log RX P Ref

93 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 87 Ad un aumento della potenza del segnale in trasmissione corrisponde dunque un incremento del RSSI. D altro canto, la distanza d è inversamente proporzionale al RSSI ricevuto. Figura 47 - Potenza ricevuta in relazione alla distanza dal trasmettitore Figura 48 - Relazione tra potenza in trasmissione ed RSSI a parità di distanza Negli scenari reali, la distribuzione ideale non è applicabile, in quanto la propagazione del segnale radio è modificato da una serie di interferenze che si possono riassumere in: - riflessioni su oggetti metallici; - sovrapposizione di campi elettromagnetici; - diffrazione a bordi; - rifrazione da diversi supporti con velocità di propagazione; - polarizzazione di campi elettromagnetici; - circuiti di ricezione non perfettamente accordati;

94 88 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Queste interferenze degradano la qualità del segnale ricevuto in maniera significativa. L indicatore RSSI è infatti caratterizzata da una elevata varianza. Figura 49 - Un esempio di confronto tra RSSI teorico e misurato Questo comporta necessariamente una diminuzione dell accuratezza nella stima della posizione che nel caso migliore, per reti Zigbee, si attesta attorno ai 3-5 metri WEIGHTED CENTROID LOCALIZATION ( WCL ) Una rete di sensori per la localizzazione basata su protocollo Zigbee è composta da un numero totale di k nodi, di cui u nodi mobili di cui deve essere stimata la posizione ( blind nodes ) e b nodi fissi ( reference nodes ) di cui la posizione è nota ( b << u ). I reference nodes mantengono in memoria il riferimento alle proprie coordinate spaziali ( bidimensionali o tridimensionali ) in riferimento ad un layout come ad esempio una planimetria. I blind nodes invece sono mobili, non fanno necessariamente parte della rete di comunicazione e sono in grado di dialogare con qualsiasi reference node raggiungibile con il segnale radio. Di questi si vuole dunque stimare la posizione; gli algoritmi CL ( centroide localization ) servono a determinare il centroide e quindi a stimare la propria posizione. La stima della posizione può essere fatta in due modi: centralizzata; distribuita.

95 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 89 In entrambi i casi i blind nodes, con un tempo di ciclo detto poll, inviano una richiesta nell ambiente contenente il proprio indirizzo e manifestando la volontà di stimare la propria posizione. Nel primo caso i reference nodes raggiunti da tale segnale, inviano ad un concentratore centralizzato i dati necessari aggiungendo in coda l indicazione del RSSI. Sarà compito del concentratore raccogliere tutte le indicazioni provenienti dai reference nodes all interno di un tempo di sessione e applicare il CL. Nel secondo caso invece, i reference nodes inviano la propria posizione Bj(x,y) al blind node, che provvederà esso stesso a calcolare la propria posizione Pi'(x,y) dalla determinazione del centroide data da tutte le posizioni dei reference nodes. n 1 Pi x, y B j x, y n La differenza sostanziale tra i due metodi consiste nel trovare un trade-off tra i lati positivi e negativi. Nel primo caso sicuramente si va incontro ad una maggiore congestione della rete, dovuta all incremento dei messaggi che viaggiano dalla periferia al centro. Tuttavia è possibile sgravare il blind node delle operazioni di calcolo della posizione, riducendo dunque il tempo in cui la circuiteria radio deve restare accesa e contenendo i consumi. Nel secondo caso è l esatto contrario: si ottiene una riduzione del traffico a fronte di un incremento dei consumi dei blind nodes. Dato che i blind nodes devono essere necessariamente di dimensioni molto ridotte per favorire l ergonomia, non è possibile utilizzare delle batterie con capacità molto elevate, motivo per cui in reti Ultra Low Power è sicuramente da preferire la prima soluzione, magari aumentando il tempo di ciclo e tollerando quindi una maggiore latenza di aggiornamento delle posizioni successive. L errore di localizzazione fi (x, y) è definito come la distanza tra l'esatta posizione Pi (x,y) e la posizione approssimata Pi '(X, Y) per un certo blind node. j 1 f x, y ( x ' x) ( y ' y ) i 2 2 Mentre CL esegue solo la media delle coordinate dei reference nodes per localizzare l incognita, il WCL usa dei pesi al fine di garantire di correggere in parte l errore di localizzazione. La formula per determinare la posizione con WCL è derivata a partire dal calcolo aritmetico del centroide.

96 90 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management P x, y i n w B x, y ij j 1 n j 1 j w ij Il peso wij è funzione della distanza e delle caratteristiche intrinseche ed estrinseche legate ai ricevitori e all ambiente. Nel caso in esame si utilizza l RSSI. Per limitare l impatto relativo all errore di localizzazione bisogna tenere presenti altri fattori molto importanti. Sicuramente, quello più importante da considerare è che ogni blind node dovrebbe essere in grado in ogni istante di comunicare con almeno tre reference nodes. Infatti nel caso in cui il segnale venisse ricevuto solo da un reference node, la posizione stimata del blind node coinciderebbe con esso, mente nel caso in cui siano in due a ricevere il segnale, la posizione verrebbe stimata su di un segmento che congiunge i due reference nodes. In questi casi l errore di localizzazione si massimizza. L utilizzo di RSSI come peso può produrre degli effetti indesiderati nel caso in cui ci sia una grande presenza di ostruzioni al segnale, come ad esempio partizioni murarie o altre interferenze radio. Pertanto, prima di installare una rete di localizzazione, va condotta un'analisi approfondita dell ambiente, al fine di valutare il range di trasmissione dei dispositivi e le dimensioni della rete, con lo scopo di minimizzare gli errori di localizzazione. Da queste considerazioni ne deriva che la configurazione ottimale per la valutazione del sistema di localizzazione è sicuramente quella in ambiente aperto. La figura seguente illustra un esempio di ambiente di test a maglia quadrata, con lato 10 metri. Il test consiste nel valutare ad ogni punto interno ad una griglia 10 x 10 la posizione del blind node, ripetendo tale calcolo per 20 volte. A seguito del processo di calcolo gli errori vengono confrontati con la posizione esatta. Figura 50 - Configurazione di test di localizzazione all'aperto

97 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 91 La figura seguente illustra il risultato del processo di localizzazione. Il tracciato dei vettori che rappresentano l errore di posizione inizia con l'esatta posizione e finisce alla stima della posizione calcolata dal WCL. L errore di localizzazione aumenta se il nodo si sposta dal centro alla periferia, avvicinandosi ad un reference node. Tali considerazioni variano enormemente a seconda dell hardware utilizzato: più il circuito ricevente e l antenna sono accordati correttamente, minimizzando l errore interno, minore è la variabilità del RSSI all aperto. Figura 51 - Errore di localizzazione in WCL Sebbene tale algoritmo di non fornisca dei risultati molto accurati, la bassa complessità, e la minima quantità di risorse di calcolo necessarie fa del WCL l algoritmo di localizzazione più indicato nelle reti di sensori wireless a basso consumo, in particolare quelle basate su Zigbee. 5.3 CONSTRUCTION MANAGEMENT CON RTLS ZIGBEE Il sistema tecnologico effettua la localizzazione di tutti i TAG presenti in cantiere, acquisendo così le informazioni relative al cantiere stesso e trasmettendo il dato un server centrale, che manterrà inoltre uno storico delle informazioni sull area in oggetto. Attraverso una applicazione desktop remota, si può interrogare il server centrale per reperire le informazioni di interesse, sempre aggiornate in tempo reale. Con una struttura di questo tipo, la direzione aziendale è in grado di monitorare e di effettuare qualsiasi tipo di analisi in tempo reale su tutte le sue commesse.

98 92 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Il concetto della localizzazione in tempo reale di personale ed attrezzature applicato all organizzazione di cantiere permette di valutare diversi aspetti: dall orario di lavoro dell utenza, al controllo dell intera commessa in tempo reale, gestendo sia l aggiornamento automatico del magazzino di cantiere che delle ore dei mezzi. Queste informazioni danno la possibilità al project manager di fare previsioni e di controllare la presenza di scostamenti a livello di budget o a livello di tempistica, in modo da poter intervenire con tempestività. Il sistema fornisce in tempo reale ( con un periodo di aggiornamento di circa 30 secondi ), l elenco completo di tutti i tag presenti all interno di un area oggetto di rilevazione. La tabella seguente mostra un esempio di report: Cantiere Porta Lavagine Data ore Lista TAG ID Area di presenza 27/10/ Tag 1 OP001 Blocco 2 Tag 2 OP002 Blocco 2 Tag 3 OP003 Blocco 2 Tag 4 OP004 Blocco 2 27/10/ Tag 1 OP001 Blocco 2 Tag 2 OP002 Blocco 2 Tag 3 OP003 Blocco 2 Tag 4 OP004 Blocco 2 Tag 5 OP005 Blocco 2 27/10/ Tag 1 OP001 Blocco 2 Tag 2 OP002 Blocco 2 Tag 3 OP003 Blocco 2 Tag 4 OP004 Blocco 2 Tag 5 OP005 Blocco 2 Tali informazioni possono essere utilizzate per compilare automaticamente sia il rapporto di manodopera che il giornale lavori.

99 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 93 Le informazioni richieste per il rapporto di manodopera sono: data; nome cantiere; ID TAG; risorsa corrispondente ( dipendente, cottimista, attrezzatura interna o esterna ); n. ore totali risorsa; n.ore totali con attrezzatura interna ( da selezionare tra l elenco delle attrezzature in funzione quel giorno ). Di seguito si mostra un esempio di rapporto di manodopera automatico. Rapporto manodopera automatico Data 27/10/2009 Cantiere Indicare tipologia di risorsa (tra le tipologie in elenco) es. Porta Lavagine dipendente cod. ID cottimisti cod. ID attrezzatura interna cod.id attrezzatura esterna cod ID Attrez.utiliz. in cantiere ( da selez. tra quelle regist. dal sistema in tale data ) Es. steso Tnt su parete esterna lato nord Es. Scavo sez obbligata ecc... Descrizione attività Ore totali in cantiere escavatore bobcat pala gommata ecc 1 ora 4 ore 3 ore 5 ore 8 ore

100 94 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Le informazioni richieste per il giornale lavori sono: Data; Nome cantiere; Condizione del tempo ( sole o pioggia ); Elenco totale delle risorse umane interne coinvolte e n ore di ciascuna risorsa; Elenco totale delle attrezzature interne coinvolte e n ore di ciascuna risorsa; Elenco cottimisti coinvolti e n ore totali per ciascuna risorsa umana; Elenco totale delle attrezzature interne ed esterne utilizzate dai cottimisti ( ore di utilizzo ). Di seguito si mostra un esempio di giornale lavori automatico. Giornale lavori automatico Data 27/10/2009 Cantiere Condizioni del tempo ( da scegliere tra sole e pioggia ) es. Porta Lavagine sole Nostre maestranze e attrezzature elenco risorse umane interne ed ore totali Mario Rossi Mario Rossi conduttore Luca Rossi 4 ore 4 ore 8 ore elenco attrezzature interne con ore totali escav. e215 new holland 4 ore Spazio per descrizione attività Es. steso Tnt su parete esterna lato nord ( Mario Rossi 2; Luca Rossi 2 ) Es. Scavo sez obbligata ecc (Mario Rossi 6; Luca Rossi 6) Ore totali in cantiere 4 ore 12 ore 16 ore

101 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 95 Cottimista ALFA elenco risorse umane interne ed ore totali Paolo Rossi Paolo Rossi conduttore Ernesto Rossi Ernesto Rossi 4 ore 4 ore 4 ore 4 ore elenco attrezzature interne con ore totali escav. e215 new holland 4 ore elenco attrezzature esterne con ore totali autogru 4 ore Descrizione attività Es.montaggio gru Es. Scavo sez obbligata ecc... 4 ore 12 ore Ore totali in cantiere 16 ore Cottimista Beta elenco risorse umane interne ed ore totali risorsa non pervenuta elenco attrezzature interne con ore totali risorsa non pervenuta elenco attrezzature esterne con ore totali risorsa non pervenuta Spazio per descrizione attività Ore totali in cantiere

102 96 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management GESTIONE UTENTE E MEZZO Una delle problematiche principali nella compilazione del giornale lavori nasce dall esigenza di avere un unico segnale o un segnale abbinato tra il mezzo e il suo conducente in modo che nel giornale lavori risulti precisamente l orario di utilizzo del mezzo e quanto l utente ha usufruito di quel mezzo. Questa informazione permette così alla committenza di valutare più precisamente le tempistiche di scavo o altre lavorazioni, oltre che per valutare le effettive ore sia dell utente che del mezzo. La tecnologia utilizzata prevede la combinazione di un sensore di vibrazione che avverta l entrata in funzione del mezzo. Accanto ad esso un trasmettitore a bassa frequenza emette un segnale ( raggio di trasmissione < 2 metri ) captato dal tag in dotazione all utente. Tale segnalazione fa scattare l accoppiamento tra utente e mezzo utilizzato. La Figura 52 mostra il processo logico di accoppiamento tra utente e mezzo, mente la Figura 53 mostra un esempio fotografico di soluzione della problematica. Figura 52 - Logica di accoppiamento utente mezzo.

103 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 97 Figura 53 - Esempio fotografico di soluzione al problema utente-mezzo

104 98 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management GESTIONE AUTOMATICA DEI RAPPORTI CONSUNTIVI DI MANODOPERA Il sistema di monitoraggio rileva la presenza dei TAG all interno dell area richiesta, spedendo tutti i dati al server centrale. Il personale, attraverso l applicativo software, non fa altro che interrogare il server sulle informazioni necessarie alla compilazione del rapporto di manodopera. Attraverso l integrazione delle descrizioni di attività, da parte dell utente, si è in grado di avere una stampa che riepiloga l intera attività giornaliera. Figura 54 - Processo di gestione automatica dei rapporti consuntivi di manodopera 5.4 GESTIONE DELLE FORNITURE CON RTLS ZIGBEE All interno del cantiere un unità di materiale, come può essere un pallet di mattoni o di piastrelle, un fascio di ferri, etc., deve essere etichettata in modo da poter identificare la fornitura per tipologia e quantità.

105 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 99 Per realizzare un monitoraggio continuo, tale etichetta deve essere una tecnologia in grado di eseguire letture multiple a intervalli di tempo regolari, e trasmettere questi dati ad una centrale di controllo, al fine di controllare i livelli delle scorte in cantiere. Una volta decisa la tecnologia di etichettatura, in cantiere dovrà essere installata una tecnologia in grado di rilevare la presenza delle etichette, e quindi della fornitura all interno dell area di lavoro. È necessario sottolineare che il cantiere è un ambiente dinamico sempre in continua evoluzione e la struttura del cantiere si trasforma con la costruzione stessa. La tecnologia deve operare dunque assolutamente senza cablaggio e deve essere in grado di operare in condizioni estreme. Una volta che il materiale è stato utilizzato, è sufficiente disattivare l etichetta per determinare che quel prodotto è stato consumato. In questo modo non sarebbe più necessario per il capo cantiere monitorare giornalmente il livello delle forniture e aggiornare la documentazione di cantiere; sarebbe proprio la tecnologia di monitoraggio a svolgere questa operazione. In questo modo inoltre, l impresa può svolgere un attività di controllo sui propri cantieri e quando il livello di un materiale scende sotto al livello di riordino, il sistema comunica che bisogna effettuare il riordino del materiale. Figura 55 - Architettura del sistema di monitoraggio Il sistema RTLS basato su Zigbee consente di realizzare un monitoraggio continuo dei livelli delle forniture, come illustrato nel seguente diagramma di flusso.

106 100 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 56 - Diagramma di flusso monitoraggio delle scorte

107 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 101 Figura 57 - Sistema di controllo remoto da parte dell'amministrazione IL LIVELLO DI RIORDINO NELL EDILIZIA Il settore delle costruzioni presenta delle differenze notevoli rispetto al settore industriale. Per esempio, se si stesse analizzando la gestione delle scorte di una azienda automobilistica (catena di montaggio), potremmo affermare che per produrre un certo numero di auto (dato noto dalle vendite) i componenti necessari sono ben definiti e così anche il loro ordine nel montaggio. Le auto, infatti, pur variando da modello a modello, sono una produzione dello stesso prodotto per più volte, e quindi la velocità di consumo dei materiale è costante ed è facile determinare il livello di riordino di un pezzo o di un materiale.

108 102 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 58 - Livello di riordino nell'industria Il settore edile invece presenta una produzione a commessa che complica i ragionamenti fatti precedentemente, in particolare: ogni progetto è diverso da un altro, sia tecnologicamente che tecnicamente; variano le condizioni di lavoro e quindi la logistica e la gestione delle operazioni di cantiere; varia la velocità di consumo dei materiali in funzione delle squadre che operano ad una certa lavorazione; le produttività delle squadre può subire oscillazioni notevole a causa di pioggia o alte temperature; la sequenza delle lavorazioni è definita dal programma dei lavori ma può subire forti modifiche; i fornitori sono esterni e i tempi di consegna sono più lunghi (1/3 giorni lavorativi). Quindi la velocità di consumo dei materiali non è costante e può subire forti oscillazioni. Questo dipende dalla sequenza delle lavorazioni e dal numero di squadre che svolgono una operazione e che spesso non è definibile con largo anticipo in quanto sono scelte che vengono fatte dal capocantiere giorno per giorno. Inoltre anche altri fattori (maltempo, assenza per malattia di un lavoratore, ecc.) possono incidere sulla velocità delle lavorazioni e, di conseguenza, sulla velocità di consumo di un materiale. Proprio a causa di queste oscillazioni, la velocità di consumo non sono rappresentate da una rete ma da una linea che non ha un andamento costante.

109 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 103 Figura 59 - Livello di riordino nell'edilizia Inoltre, per quanto riguarda il livello di riordino, bisogna considerare che i fornitori (tranne in alcuni casi) sono esterni all impresa, e questo complica le cose. Nel settore industriale, i pezzi vengono prodotti all interno o nelle vicinanze dello stabilimento. Non c è un problema di livello minimo di riordino e i tempi di consegna sono generalmente molto brevi in quanto si tratta di spostare i pezzi da un punto all altro dell azienda. Nel settore delle costruzioni generalmente i fornitori sono esterni all impresa e quindi il livello minimo di riordino è il carico massimo del camion che effettua il trasporto. Infatti, qualora decidessimo di minimizzare i costi di mantenimento e di ordinare un quantitativo ridotto di fornitura, avremmo costi di riordino molto elevati a causa dei costi di trasporto della forniture rendendo questo approccio non economicamente sostenibile. Per determinare il momento di riordino bisogna conoscere il lead time del materiale, cioè il tempo che trascorre tra la richiesta della fornitura da parte del capo cantiere fino alla sua consegna. Infatti, durante lo scorrere del lead time, le lavorazioni vanno proseguono e se le scorte non sufficienti a fronteggiare il consumo fino all arrivo della nuova fornitura, le lavorazioni si bloccano. Se il fornitore è esterno, come avviene nell edilizia, il lead time è più elevato e va considerato con più attenzione perché ci sono più passaggi, ognuno dei quali consuma del tempo. Alcuni materiali, come le barre per c.a. o i laterizi, vengono consegnati in tempi brevi in quanto i magazzini sono generalmente pieni visto che sono materiali largamente utilizzati in grandi quantità. Altre forniture invece (isolanti, pannelli, pavimentazioni, rivestimenti, ecc.) vengono consegnati in tempi più lunghi perché sono meno utilizzati e quindi è probabile che il fornitore non li abbia in pronta consegna.

110 104 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management A questo punto, nota la velocità di consumo e il lead time del materiale, possiamo determinare il livello di riordino di sicurezza Mls, che è pari a: Ml = livello di riordino S = scorta di sicurezza (safety stock) Mls = Ml + S = u*l + S u = velocità di consumo (o di utilizzo) del materiale l = intervallo di riordino (lead time) 5.5 CONTROLLO ACCESSI E VERIFICA CORRETTO UTILIZZO DEI DPI Il sistema RTLS basato su Zigbee può trovare un impiego molto utile per il miglioramento dei livelli di sicurezza all interno dei cantieri, in particolare per la prevenzione del diffuso fenomeno di impiego di manodopera irregolare ed all'impiego di manodopera per tempi di lavoro superiori a quelli consentiti dalle normative, che possono essere concausa d'infortuni sul lavoro. Una ulteriore funzionalità che può essere implementata è quella della verifica del corretto utilizzo dei DPI. L impiego di tecnologie per la rilevazione e la supervisione da remoto delle presenze di addetti ed operatori preventivamente accreditati nei cantieri edili e di costruzioni sta assumendo rilevanza notevole, ed è supportato sempre più da bandi di concorso per incentivare le imprese edili a realizzare livelli di sicurezza sempre più elevati. La Regione Emilia Romagna, con il bando PLUS Security del 24/09/2009 ha stanziato un milione di euro per incentivare le imprese edili a realizzare maggior sicurezza nei cantieri, in primo luogo quelli finanziati con risorse regionali, attraverso la formazione dei lavoratori e l utilizzo di sistemi elettronici di controllo. Il bando prevede incentivi economici per assicurare livelli di sicurezza che riguardano la formazione (con gli standard incrementali definiti dalla Regione Emilia-Romagna e con l approvazione del Programma straordinario di formazione per la sicurezza ) e l utilizzo di sistemi informatici di rilevazione delle presenze dei lavoratori in cantiere. Vengono incentivati i progetti di formazione in cantiere per tutti i lavoratori presenti nel cantiere stesso, con particolare riguardo ai rischi di caduta dall alto, di sprofondamento, di seppellimento, di folgorazione, di caduta di oggetti dall alto. Inoltre, la Regione insieme all approvazione del bando ha varato congiuntamente le specifiche tecniche

111 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 105 del sistema informativo Repac (Registratore delle presenze autorizzate nei cantieri). Il sistema Repac consente al committente e all impresa di controllare in tempo reale ingressi e uscite il rispetto degli indici di congruità lavorativa e il controllo in remoto da parte degli enti di vigilanza. Il sistema informativo REPAC si compone di tre principali componenti: IL TESSERINO (BADGE) DI RICONOSCIMENTO che identifica il soggetto autorizzato all'accesso nello specifico cantiere. Il tesserino è dotato di sistema di trasmissione dati RFID e riporta stampata la foto del soggetto. Nelle procedure di rilascio del tesserino si acquisiscono i dati anagrafici del soggetto, dell'organismo d'appartenenza (impresa, ente, altro) del ruolo e della mansione che il soggetto svolgerà nel cantiere. Nella successiva procedura d'accreditamento, finalizzata all'attivazione del tesserino per l'accesso nello specifico cantiere, si procede all'abbinamento del codice RFID (unico per ciascun tesserino) con un codice alfanumerico (unico per ciascun soggetto) elaborato da un dispositivo di scansione delle caratteristiche biometriche dell'impronta digitale del soggetto. Con la procedura d'accreditamento si rende praticamente impossibile la falsificazione del tesserino e/o l'uso del tesserino da altro soggetto diverso dal proprietario. IL DISPOSITIVO DI REGISTRAZIONE ACCESSI che rileva per mezzo di sensori RFID tutti gli ingressi e le uscite degli addetti dotati di tesserino di riconoscimento attivando alla bisogna i dispositivi d'ingresso/uscita (tornelli o elettroserrature) solo per i soggetti accreditati. All'atto dell'ingresso e dell'uscita il dispositivo rileva (con apposita telecamera) una fotografia del soggetto che potrà essere comparata (anche da remoto via web) con la foto originale d'archivio acquisita all'atto del rilascio del tesserino. Il dispositivo trasmette immediatamente le informazioni rilevate ad un server remoto di gestione per il salvataggio dei dati anche in caso di rotture e/o manomissioni dei dispositivi posti in cantiere. Dopo la verifica (da parte di un operatore remoto preposto al controllo) di corrispondenza della foto d'ingresso/uscita con la foto originale del tesserino/autorizzato. Le foto prese all'atto dei singoli accessi/uscite sono cancellate dalle memorie di archiviazione. I casi di utilizzo anomalo sono registrati dal sistema e rendicontati con le modalità specifiche previste.

112 106 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management L'APPLICATIVO WEB (xxx.repac.it) di raccolta, elaborazione, aggregazione e consultazione dei dati. I dati rilevati all'atto dell'attivazione del cantiere, all'atto del rilascio dei singoli tesserini e i dati degli ingressi uscite degli operatori sono acquisiti e riversati a remoto su un web server su cui diversi soggetti, a seconda dello specifico profilo di utenza deciso all'atto della prima configurazione, possono consultare le informazioni rilevate. In particolare sono consultabili i dati del cantiere aggiornati in tempo reale, i dati delle imprese: appaltatrice, sub-appaltatrici e sub-contraenti che concorrono ai lavori di costruzione; i dati dei professionisti coinvolti, i dati di tutti gli operatori sia dipendenti che lavoratori autonomi con le entrate, le uscite e il consuntivo dei tempi di permanenza in cantiere, anche divisi per turno di lavoro. Queste informazioni sono aggiornate in tempo reale in quanto il dispositivo di cantiere trasmette i dati al server non appena li rileva e i servizi di consultazione dispongono in tempo reale alla banca dati così aggiornata. REPAC è un semplice ed efficace sistema di controllo degli accessi e un sistema informativo aggiornato in tempo reale a disposizione del committente ed anche degli organismi di vigilanza e dell'impresa appaltatrice. In particolare con il sito web relativo al cantiere: Gli UTENTI possono consultare una mappa territoriale dove i cantieri monitorati con il sistema informativo REPAC risultano localizzati e quindi accedere al cartello di cantiere aggiornato in tempo reale con i dati di tutte le imprese: appaltatrice, subappaltatrici e sub-contraenti potrà inoltre conoscere le date di conclusione dei lavori aggiornate in relazione agli stati d'avanzamento. Gli ORGANISMI DI VIGILANZA potranno conoscere i dettagli delle anagrafiche delle imprese coinvolte, le anagrafiche di tutti gli operatori accedenti, l'elenco anche giornaliero delle entrate e delle uscite ed un quadro di sintesi per periodi temporali selezionati degli accedenti con il computo delle ore/minuti di permanenza in cantiere. L'AMMINISTRAZIONE COMMITTENTE E L'IMPRESA avranno la disponibilità, oltre le informazioni prima elencate, del listato giornaliero aggiornato in tempo reale degli ingressi e delle uscite con un quadro riepilogativo che mostra anche le foto rilevate all'ingresso e all'uscita di ciascun addetto. Infine a chiusura degli stati di avanzamento o alla fine dei lavori si può, attraverso l'elaborazione delle presenze

113 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 107 messa in relazione con le mansioni degli operatori, redigere un rapporto che mostrerà a consuntivo l'incidenza della manodopera per singola categoria di lavorazioni principali INTEGRAZIONE RTLS PER IL CONTROLLO ACCESSI Come descritto in precedenza, in un sistema RTLS basato su Zigbee ogni lavoratore è dotato di un badge con funzione di end-device ai fini della localizzazione o del rilevamento della presenza all interno del cantiere. L integrazione di tale badge con un etichetta RFID consente di poter utilizzare il medesimo badge anche per l autenticazione all entrata o all uscita dal cantiere ed essere quindi perfettamente integrabile con sistemi informativi come REPAC. Ogni badge può costituire a sua volta il nucleo di un sotto-sistema di comunicazione capace di integrare una vasta gamma di sensori. Il badge in dotazione può essere dunque utilizzato per la verifica del corretto utilizzo dei dispositivi di protezione individuale. Nel sistema proposto, i DPI vengono dotati di un piccolo trasmettitore a bassa frequenza, con un range di comunicazione inferiore ai 2 metri, mediante il quale trasmettono un codice di rilevamento di una certa lunghezza. Il badge a sua volta colleziona i dati ricevuti ed inoltra al server l elenco DPI rilevati ed indossati dal lavoratore. Tale funzionalità consente di attivare in automatico delle politiche di segnalazione o allarmistica ai fini della prevenzione. 5.6 IL SOFTWARE DI MONITORAGGIO I dati raccolti dalla piattaforma RTLS sono resi disponibili attraverso l impiego di un sistema di tipo client-server. Le informazioni trasmesse dagli end-device attivi ( tags ) attraverso la rete di comunicazione, vengono raccolte da uno o più concentratori in grado di effettuare un bridge verso la rete di comunicazione più diffusa al mondo, ossia la rete IP. In questo contesto nasce dunque la possibilità di mettere a disposizione i dati in tempo reale e soprattutto anche in remoto, attraverso Internet. Inoltre, con lo sviluppo sempre più ampio delle tecnologie informatiche di visualizzazione geografica sul web come Google Maps o Virtual Earth è possibile mettere a disposizione dell utente una piattaforma di localizzazione su base geografica con possibilità di monitoraggio di vari cantieri, anche distribuiti sul territorio nazionale.

114 108 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 60 - Architettura del sistema di trasferimento dati Il software è stato interamente progettato e sviluppato seguendo i principali criteri di HMI (Human Machine Interface): facile ed intuitivo nell utilizzo; efficace nella visualizzazione grafica, soprattutto per quanto riguarda gli allarmi e la sintesi del dato. Il software presenta una struttura modulare e si compone di diversi plug-in: piattaforma di localizzazione basata su Google Maps; modulo di gestione della manodopera; modulo di gestione degli approvvigionamenti; modulo statistiche; modulo anagrafica, ricerca e storico; modulo di gestione degli allarmi IL MODULO DI LOCALIZZAZIONE Il modulo di localizzazione consente di visualizzare, in due o in tre dimensioni, la planimetria del cantiere collocata sul reale geoide terrestre, utilizzando le API di Google Earth. Attraverso semplici operazioni con il mouse è possibile effettuare operazioni di zoom, rotazione e variazioni della inclinazione della visuale, anche in 3D.

115 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 109 Figura 61 - Panoramica del software di localizzazione Dalla schermata principale è possibile scegliere il cantiere di interesse, qualora ve ne sia più di uno da monitorare. Il plug-in, attraverso una tecnica chiamata mashup mostra l immagine della planimetria sovrapposta alla mappa nelle reali coordinate di latitudine e longitudine. Sull immagine della planimetria è possibile visualizzare o nascondere sia il sistema di comunicazione, sia avere un quadro grafico riassuntivo della collocazione di personale ed attrezzature all interno del cantiere. Inoltre, per ogni persona o asset, è possibile avere informazioni relative allo storico. Di seguito vengono mostrate alcune immagini relative al modulo di localizzazione, in particolare per la rete di comunicazione e per la localizzazione del personale.

116 110 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 62 - Visione della rete di comunicazione Figura 63 - Selezione del cantiere da monitorare IL MODULO DI GESTIONE DELLA MANODOPERA Il modulo di gestione della manodopera si può integrare al sistema di localizzazione. Attraverso questo plug-in è possibile: monitorare la presenza degli operai in cantiere; determinare l utilizzo dei mezzi;

117 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 111 stampare il rapporto di manodopera senza la necessità di compilare i documenti manualmente. I dati utilizzati sono quelli raccolti dal sistema RTLS nella sua attività di monitoraggio descritta nei precedenti paragrafi, e vengono recuperati mediante interrogazioni al database di cantiere. Figura 64 - Rapporto di manodopera

118 112 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 65 - Stampa del rapporto di manodopera IL MODULO DI GESTIONE DEGLI APPROVVIGIONAMENTI Attraverso il modulo di gestione degli approvvigionamenti é possibile monitorare le forniture presenti in cantiere. Le necessità sono quelle di: inserire i materiali che si vogliono monitorare, quando per esempio partono i lavori in un nuovo cantiere o quando si avvia una nuova fase delle lavorazioni; visualizzare i livelli delle scorte in cantiere, con grafici e tabelle. Il capo cantiere non dovrà dunque occuparsi di: monitorare i livelli delle scorte; compilare a mano i rapporti delle forniture; chiedere il riordino di un materiale all amministrazione; consegnare la documentazione all amministrazione;

119 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 113 Tutte queste operazioni saranno gestite in automatico e il capo cantiere dovrà solo svolgere un compito di controllo, comunque ben più veloce rispetto alle attività sopra elencate. Una volta scelti i materiali da monitorare, è possibile scegliere dalla lista dei materiali dell azienda la relativa tipologia ed indicarne il livello di riordino. Figura 66 - Selezione del materiale da monitorare

120 114 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 67 - Selezione della tipologia di materiale da monitorare Figura 68 - Inserimento del livello di riordino

121 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 115 In fase di monitoraggio, l utente può visualizzare il livello attuale delle forniture attraverso una tabella dove è indicato: le quantità in stock, cioè presenti in cantiere (num. fasci, num. pallet, ecc.); le quantità usate in giornata (num. fasci, num. pallet, ecc.); il livello di riordino indicato. Figura 69 - Tabella dati forniture

122 116 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management IL MODULO DELLE STATISTICHE Attraverso il modulo statistiche è possibile monitorare in tempo reale lo stato della rete di comunicazione, i livelli delle batterie ed il numero di badge presenti in cantiere per ogni piano o zona del cantiere stesso. Attraverso il modulo statistiche è inoltre possibile ricercare un badge, ed ottenere informazioni sulla sua collocazione all interno del cantiere. Figura 70 - Screenshot del modulo statistiche IL MODULO ANAGRAFICA E STORICO Attraverso il modulo è possibile accedere alle anagrafiche delle unità monitorate, di controllare la squadra di appartenenza e verificare il corretto utilizzo dei DPI. Nella schermata generale è possibile accedere alle informazioni di interesse e verificare le associazioni tra persona fisica, badge assegnato, squadra di appartenenza e DPI indossati al momento del monitoraggio.

123 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 117 Figura 71 - Screenshot del modulo anagrafica IL MODULO ALLARMI Attraverso il modulo allarmi è possibile avere in tempo reale una schermata riepilogativa delle situazioni di anomalia presenti in cantiere, come ad esempio il mancato utilizzo dei DPI o la funzione uomo a terra, che sta a significare una condizione di allarme per cui un badge risulta fermo da troppo tempo nella stessa posizione.

124 118 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 72 - Screenshot del modulo allarmi 5.7 ANALISI COSTI - BENEFICI L obiettivo dell analisi costi - benefici è quello di guidare chi prende le decisioni nella scelta dei progetti di investimento e delle spese che massimizzano il guadagno organizzativo. I prezzi di mercato hanno, perciò un ruolo centrale nella valutazione dei benefici, anche se si dovranno apportare a queste relazioni delle notevoli modifiche, al fine di tener conto della situazione in cui non esiste un mercato per il prodotto del progetto, come nel caso dei cantieri edili. E possibile una suddivisione della tipologia di beneficio in due categorie: 1. Benefici quantificabili: sono tutti quei surplus che l azienda avrebbe in termini monetari se investisse in quella tipologia organizzativa. o Riorganizzazione oraria del capo cantiere; o Riorganizzazione oraria del personale tecnico; o Riorganizzazione oraria del personale amministrativo. 2. Benefici non quantificabili: sono tutti quei surplus che l azienda avrebbe investendo in quella tipologia organizzativa, senza però avere la possibilità della valutazione monetaria, in quanto sono informazioni o dati di gestione. o Sicurezza sia del personale che dei mezzi;

125 SISTEMA INNOVATIVO PER LA GESTIONE DEL CONSTRUCTION MANAGEMENT 119 o Certificazione di qualità; o Maggiori informazioni di cantiere; o Certezza dei dati ottenuti; o Analisi tempistiche più precise ( riduzione degli scostamenti ); o Punteggio maggiore nelle gare di appalto; o Aggiornamento quotidiano del magazzino di cantiere sugli approvvigionamenti continui; o Manutenzione mezzi. Nelle tabelle seguenti è possibile simulare un analisi costi - benefici, basata sulle ore lavorative che il personale tecnico, amministrativo e di manodopera, risparmierebbe con l applicazione della gestione attraverso un sistema di rete RTLS, integrata dei benefici non quantificabili, che sono stati valutati, sulla base dell offerta fornita dall azienda oggetto della sperimentazione. Valutazione dei benefici per 2 cantieri: Voce di Beneficio Costo unit. quantità parziale note riorganizzazione capo cantiere Riorganizzazione responsabile amministrativo Riorganizzazione personale tecnico oraria oraria oraria 26, Compilazione rapporto giornaliero 19, Inserimento dati all interno del software 22,86 4 * 12 * Inventario del magazzino di cantiere con 2 tecnici Valutazioni sulle tempistiche, info in tempo reale sugli approvvigionamenti di cantiere, segnale di manutenzione macchine A forfait 6000 per cantiere ogni anno TOTALE 24777

126 120 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Costi ammortizzabili su 6 anni (circa 2 cantieri): Voce di costo Costo unit. quantità parziale note Router Tag Tecnici rete installazione 8*30 12*2* Si suppone che 2 tecnici installino in 2 cantieri lavorando su ognuno 12 giorni (da cui 12*2*2); il costo orario è supposto 30 /ora Opere provvisionali per installazione A forfait 3000 per cantiere Totale costi su 6 anni Parziale annuale Costi annuali: tecnici manutenzione per 8* Un tecnico per 6 giorni all anno (circa 2 visite) Ricambio componenti A forfait 3000 per cantiere (comprende anche le batterie) Parziale annuale TOTALE = Dalla simulazione effettuata con i dati forniti dall azienda del cantiere oggetto di sperimentazione risulta che i costi risultano decisamente inferiori ai benefici.

127 CASI DI STUDIO CASI DI STUDIO In questo capitolo saranno presentati alcuni casi di studio relativi all applicazione del sistema RTLS nei cantieri edili. 6.1 CANTIERE DI PORTA LAVAGINE AD URBINO Il presente caso di studio verte sul Progetto del Centro Polifunzionale Porta Lavagine ( Ex Consorzio Agrario ) a Urbino in Via Bocca Travaria. L area oggetto di intervento è situata in prossimità della rotatoria della Croce dei Missionari. Su tale incrocio convergono le principali arterie di accesso alla città. Tale area, inoltre risulta delimitata su quasi tre lati dalla Strada Statale 73 bis DESCRIZIONE DELLO STATO DI FATTO Dal Punto di vista paesaggistico risulta essere in posizione particolarmente delicata, essendo situata baricentricamente tra la propaggine sud del Centro Storico di Urbino ed il Mausoleo di San Bernardino. L area risulta irregolare e presenta diversi salti di quota. In precedenza era parzialmente edificata, con edilizia tipica degli anni 60, valorizzata da murature in mattoni faccia a vista. Le aree scoperte, poste a diversi livelli, erano utilizzate prevalentemente come parcheggio a raso, inoltre sono presenti zone piantumate con essenze autoctone che si prevede di conservare e reintegrare. L area risulta già servita dalle principali opere di urbanizzazione primaria.

128 122 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 73 - Foto del piazzale antistante - ex consorzio agrario Figura 74 - Foto retro - ex consorzio agrario

129 CASI DI STUDIO DESCRIZIONE DEL PROGETTO Il complesso edilizio previsto è collocato addossato al pendio, seguendo l andamento curvilineo dell area su cui insiste. Esso è costituito da tre distinti corpi di fabbrica con coperture parzialmente interconnesse, articolati su tre livelli, di cui due fuori terra. Il livello seminterrato risulta unico per tutto il complesso edilizio. Dal punto di vista funzionale, il nuovo insediamento ospita al Piano Terra ed al Piano Primo le attività commerciali-direzionali ed in parte le ricreative. Nel Piano Seminterrato sono collocati alcuni degli spazi ricreativi ed una parte dei parcheggi pubblici e privati, con i relativi servizi. I tre volumi sono collegati tra loro da un sistema di porticati, cortili, camminamenti comuni e coperture. I collegamenti verticali tra i vari livelli sono assicurati attraverso un sistema di scale ed ascensori, posti in posizioni baricentriche all intera struttura. Il sistema delle coperture adottato è in parte a giardino pensile ed in parte lastricato. Come si è detto, il complesso ospita al Piano Seminterrato una parte delle attività ricreative e la gran parte dei parcheggi sia pubblici che privati. Il piano è naturalmente accessibile sia dall alto, mediante corpi scale ed ascensori e sia direttamente dall esterno per le percorrenze carrabili. La ventilazione è prevista prevalentemente mediante bucature e bocche di lupo sul lato verso valle e mediante una intercapedine quasi continua a cielo aperto sul lato verso monte. La percorrenza carrabile è prevista mediante corsie di distribuzione a doppio senso e l accesso avviene mediante una rampa anch essa a doppio senso, inoltre con l attuazione del Piano Particolareggiato dell Ex Fornace, l accesso al Piano seminterrato avverrà direttamente dalla strada di nuova previsione, sostituendo così l attuale rampa di accesso. Al Piano Terra, il progetto ospita gli spazi di natura terziaria, commerciale, direzionale ed in parte ricreativa. I locali risultano organizzati prevalentemente con le vetrine verso valle e con gli spazi logistici verso monte. Un porticato continuo, che consente una percorrenza pedonale protetta dalle intemperie costituisce un elemento di alleggerimento delle masse muraria viste da valle, grazie all effetto chiaroscurale che il porticato stesso determina. In prossimità del porticato, è prevista una zona di carico e scarico merci attribuita agli standards di natura privata. Inoltre, da una testata del porticato, si accede mediante una rampa

130 124 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management metallica a dolce pendenza al piano superiore. Tale rampa è inserita all interno di una struttura metallica molto leggera, di altezza variabile, che contribuisce ad una maggiore dinamicità del prospetto verso valle. Al Primo Piano, accessibile dai vani scala ed ascensore, oltre che dalla rampa di cui si è detto, il progetto ospita ulteriori spazi commerciali e direzionali, con articolazioni e caratteristiche corrispondenti a quelli sottostanti. Le coperture sono previste prevalentemente a giardino pensile, con porzioni in lastricato solare. Le facciate sono previste rivestite da pianelle alla romana caratterizzate da ridotto spessore e lunghezza considerevoli, disposte con tessitura allineata e corredate, in alcune posizioni tipiche, di inserti in pietra bianca. Gli infissi sono previsti in alluminio pre-verniciato del tipo a taglio termico con vetri camera di sicurezza. A completamento delle superfici di facciata, sono previsti inserti intonacati di limitata estensione. Le superfici carrabili sono per la gran parte previste con cubetti di porfido, mentre quelle pedonali sono previste prevalentemente in pietra bianca trattata anti-sdrucciolo. Figura 75 - Vista frontale 1

131 CASI DI STUDIO 125 Figura 76 - Vista frontale PRINCIPALI DATI DIMENSIONALI DEL PROGETTO Superficie Utile Lorda Totale mq. 3547,88 Superficie Utile Lorda fuori terra mq. 3170,22 Superficie Utile Lorda seminterrato mq. 377,66 Volume totale mc ,64 Volume fuori terra mc ,94 Volume seminterrato mc. 1661,70 Superficie Utile Lorda per attività commerciali, direzionali, ricreative fuori terra Superficie Utile Lorda per attività commerciali fuori terra Superficie Utile Lorda per attività ricreative mq. 1749,77 mq. 1420,45 mq. 377,66 seminterrato

132 126 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 77 - Vista frontale dell'intervento

133 CASI DI STUDIO 127 Figura 78 - Pianta piano seminterrato

134 128 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 79 - Pianta piano terra

135 CASI DI STUDIO 129 Figura 80 - Pianta piano primo

136 130 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 81 - Pianta piano copertura

137 CASI DI STUDIO 131 Figura 82 Prospetti

138 132 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 83 Sezioni

139 CASI DI STUDIO LAYOUT DI CANTIERE Il cantiere è organizzato con un layout in piena evoluzione, man mano che le attività vengono completate l organizzazione di cantiere varia. L impostazione di cantiere proposta in queste pagine è quella riscontrata durante il periodo di sperimentazione e quindi formata da un ampio ingresso di cantiere che permette al mezzo di attendere all interno del cantiere senza occupare la rete stradale, inoltre sono presenti ampi spazi per il deposito dei materiali e le lavorazioni dei materiali sul lato destro sopra la tura di pali, mentre sulla sinistra la strada costeggia la tura finché non arriva allo stesso livello del piano seminterrato. Sui lati di questa strada di cantiere sono posizionati tutti i baraccamenti ( uffici, servizio mensa, spogliatoio, wc, deposito attrezzature e container subappaltatori ). All interno dello scavo sono presenti 3 gru in quanto il cantiere è stato suddiviso i 3 blocchi principali. Figura 84 - Layout di cantiere

140 134 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 85 - Organizzazione del cantiere durante la sperimentazione

141 CASI DI STUDIO SPERIMENTAZIONE PIATTAFORMA DI LOCALIZZAZIONE La sperimentazione della piattaforma è avvenuta mediante l installazione in cantiere del coordinatore di rete e di un blocco di dieci router nel settore centrale denominato blocco 2, come illustrato nella figura seguente: Figura 86 - Posizionamento dei router in cantiere

142 136 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 87 - Ingombro del router Figura 88 - Punti di applicazione del sistema

143 CASI DI STUDIO 137 Successivamente all installazione del sistema si è provveduto a dotare di appositi tag una unità di personale e due unità di attrezzatura, con lo scopo sia di confrontare la posizione reale dei tag con quella visualizzata sul software di monitoraggio, sia allo stesso tempo di valutare la coerenza dei dati relativi al passaggio dal monitoraggio al rapporto di manodopera. Figura 89 - Tag in cantiere

144 138 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Figura 90 - Sperimentazioni di localizzazione TAG 1 TAG 2 TAG 3 Figura 91 - Dal monitoraggio al rapporto di manodopera

145 CASI DI STUDIO SPERIMENTAZIONE DEL MODULO APPROVVIGIONAMENTI La sperimentazione del modulo approvvigionamenti è avvenuta nello stesso cantiere, ma in un momento differente e successivo, dove le lavorazioni sono progredite. Figura 92 - Stato del cantiere nel Febbraio 2010 In cantiere era presente anche un grosso quantitativo di acqua, condizione ideale per verificare il sistema in condizioni di utilizzo al limite. Figura 93 - Presenza di acqua in cantiere

146 140 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Si è proceduto definendo un codice di 2/3 lettere per identificare la categoria del materiale da monitorare: - Ferro per c.a. FE - Isolanti ISO - Pannelli PAN - Laterizi LAT - Rivestimenti RIV - Pavimenti PAV Le successive due lettere indicano la tipologia all interno della medesima categoria. Si prende l esempio del ferro per c.a., pannelli e isolanti. Materiale Codice Tipologia Descrizione caratteristiche materiale _ Ferro FE 22 barre nervate per c.a. Ø22 Ferro FE 18 barre nervate per c.a. Ø22 Ferro FE 14 barre nervate per c.a. Ø22 Ferro FE 10 barre nervate per c.a. Ø22 Materiale Codice Tipologia Descrizione caratteristiche materiale _ Isolanti ISO pol4 guaina isolante polistirene spessore 4mm Isolanti ISO pol8 guaina isolante polistirene spessore 8mm Isolanti ISO tnt guaina isolante tipo TNT spessore 4mm Isolanti ISO bar barriera al vapore spessore 4mm Materiale Codice Tipologia Descrizione caratteristiche materiale _ Pannelli PAN pav pannello isolante per pavimenti spessore 4 cm Pannelli PAN pol4 pannello in polistirene spessore 4cm Pannelli PAN pol8 pannello in polistirene spessore 8cm Pannelli PAN rec pannello recytop spessore 5 cm Il codice completo viene ottenuto numerando in ordine progressivo (da 0 a n): Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Ferro FE22 tag numero 1 Ø22 FE Ferro FE22 tag numero 2 Ø22 FE Ferro FE22 tag numero 3 Ø22 FE Ferro FE22 tag numero 4 Ø22 FE Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo

147 CASI DI STUDIO 141 Ferro FE18 tag numero 1 Ø18 FE Ferro FE18 tag numero 2 Ø18 FE Ferro FE18 tag numero 3 Ø18 FE Ferro FE18 tag numero 4 Ø18 FE Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Ferro FE14 tag numero 1 Ø14 FE Ferro FE14 tag numero 2 Ø14 FE Ferro FE14 tag numero 3 Ø14 FE Ferro FE14 tag numero 4 Ø14 FE Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Ferro FE10 tag numero 1 Ø10 FE Ferro FE10 tag numero 2 Ø10 FE Ferro FE10 tag numero 3 Ø10 FE Ferro FE10 tag numero 4 Ø10 FE Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Isolanti ISOpol4 tag numero 1 ISO.pol Isolanti ISOpol4 tag numero 2 ISO.pol Isolanti ISOpol4 tag numero 3 ISO.pol Isolanti ISOpol4 tag numero 4 ISO.pol Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Isolanti ISOpol8 tag numero 1 ISO.pol Isolanti ISOpol8 tag numero 2 ISO.pol Isolanti ISOpol8 tag numero 3 ISO.pol Isolanti ISOpol8 tag numero 4 ISO.pol Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Isolanti ISOtnt tag numero 1 ISO.tnt.0001 Isolanti ISOtnt tag numero 2 ISO.tnt.0002 Isolanti ISOtnt tag numero 3 ISO.tnt.0003 Isolanti ISOtnt tag numero 4 ISO.tnt.0004 Materiale Tipologia Numero progressivo Codice completo Isolanti ISObar tag numero 1 ISO.bar.0001 Isolanti ISObar tag numero 2 ISO.bar.0002 Isolanti ISObar tag numero 3 ISO.bar.0003 Isolanti ISObar tag numero 4 ISO.bar.0004

148 142 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management Su uno dei setti che si trova ai margini dell area di lavoro del blocco viene installato un box metallico con dei chiodi in acciaio. La scatola servirà per riporre i tag consumati. Essendo di metallo infatti, la scatola scherma i segnale e i router non riescono più a ricevere il segnale, ed è quindi come sei il tag fosse stato spento. In questo modo il lavoratore non deve preoccuparsi di premere il pulsante di spegnimento, cosa difficile con i guanti da lavoro. Figura 94 - Esempio di scatola metallica In una situazione reale, al momento della ricezione di una fornitura avverrebbero le seguenti operazioni: il camion arriva in cantiere; l autista consegna il documento di trasporto al capo cantiere che controlla la corrispondenza tra la fornitura e la lista del DDT; il camion inizia a scaricare la fornitura; il capo cantiere si reca in ufficio dove preleva un numero di tag pari a pallet/fasci di fornitura che sono appena arrivati in cantiere. Quando esegue questa operazione, il capo cantiere preleva il tag corrispondente alla fornitura su cui verrà applicato. I tag infatti si trovano in un box dove è indicato a quale fornitura corrispondono; il camion termina di scaricare e lascia il cantiere; il capo cantiere va ad applicare i tag, con un moschettone o una fascetta di plastica, sulle forniture appena consegnate; ogni volta che esegue questa operazione accende il tag che invia il segnale; il coordinatore riceve il segnale del tag e il software aggiorna i dati.

149 CASI DI STUDIO 143 Nel caso di sperimentazione, un operatore applicherà 4 tag delle forniture già presenti in cantiere e li attiverà cliccando il pulsante di accensione. A questo punto verrà attesa la lettura da parte dei router e una volta avvenuta, il software procederà ad aggiornare i livelli delle forniture che erano inizialmente tutti a zero. Il sistema esegue la lettura ad intervalli predefiniti. Naturalmente letture più frequenti comportano consumi di batteria più elevati. Durante la sperimentazione vengono effettuate letture ogni 5 minuti. Figura 95 - Screenshot dopo la ricezione della fornitura La barra verde nella parte bassa dello schermo indica che nessun materiale è arrivato al livello di riordino. In una situazione reale, al momento del consumo di una fornitura, avverrebbero le seguenti operazioni: le squadre lavorano a consumano materiale; si rende necessario utilizzare un nuovo lotto di fornitura (es. fascio di ferri, pallet di laterizi);

150 144 Monitoraggio automatico delle risorse nel Construction Management il lavoratore va verso il deposito e individua la fornitura; il lavoratore stacca il tag dalla fornitura (toglie il moschettone o taglia la fascetta di plastica); il lavoratore mette il tag nella cassetta metallica poco distante; il lavoratore prosegue le sue attività. Ai fini della sperimentazione si procederà a una simulazione delle fasi precedentemente elencate. Nella pratica l operatore staccherà alcuni dei tag precedentemente fissati e li posizionerà nel box metallico. I router eseguiranno la lettura e il software aggiornerà i dati del livello delle scorte. Se il livello del materiale è superiore al livello di riordino, allora la barra sarà ancora verde. Se invece il materiale raggiunge il livello di riordino, allora la barra diventa rossa e l utente viene invitato a riordinare la fornitura. A questo punto sarà possibile anche poter riordinare in automatico il materiale mandando un messaggio di posta elettronica al fornitore e all amministrazione. Figura 96 - Raggiungimento del livello di riordino

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