Utilizzo dei tag RFId per gestire le informazioni di manutenzione dei macchinari

1 - Introduzione 10
Riporto ora brevemente un elenco di problemi e le lacune a mio avviso più importanti 
che si possono riscontrare all’interno degli attuali processi di manutenzione. Tale elenco 
peraltro risulta condiviso anche da molti degli attori coinvolti in tale processo, come ho 
avuto modo di verificare per mezzo di una serie di colloqui informali.  
Ad oggi, tutti gli interventi di manutenzione sono registrati tramite sistemi cartacei (i 
“rapportini”) grazie ai quali viene tenuta traccia degli operatori coinvolti, delle ore 
impiegate e del materiale utilizzato. Allo stato attuale, può accadere che i “rapportini”  
non vengano compilati o lo siano solo in parte e, così facendo, informazioni importanti 
possono andare perdute.  
Sta all’esperienza del manutentore portare con sé il materiale di lavoro appropriato 
quando si reca sul luogo dell’intervento, poiché presso la ditta o la divisione di 
manutenzione, spesso non sono disponibili informazioni sugli interventi eseguiti in 
precedenza sullo stesso macchinario. 
Il prelievo dei materiali di consumo nel magazzino del manutentore, avviene 
annotando su supporti cartacei ciò che è stato prelevato, con notevole dispendio di tempo 
e con elevata probabilità di errori. 
Molti pezzi di ricambio o materiali di consumo, si assomigliano tra loro, pur non 
essendo tra loro intercambiabili. Ciò è fonte di errori nei prelievi da parte degli operatori. 
Un altro problema è la verifica che l’operazione di manutenzione sia stata 
effettivamente eseguita e che sia avvenuta sulla macchina esatta. Può accadere che 
operazioni di manutenzione, che non richiedano sostituzioni di pezzi, vengano dichiarate 
come eseguite quando in realtà non lo sono, oppure può accadere che l’operazione di 
manutenzione venga eseguita sulla macchina sbagliata (succede spesso quando in un sito 
ci sono più macchinari dello stesso tipo).  
Può accadere che venga registrato l’utilizzo di un materiale al posto di un altro o che 
la quantità riportata nel rapporto non sia quella corretta. 
In loco, non si ha nessuna informazione circa gli interventi eseguiti in precedenza 
sulla macchina da altre ditte che l’avevano in carico per quanto loro competeva (apparato 
meccanico, elettrico, …). 
Al termine di un’operazione di manutenzione, i materiali inutilizzati devono essere 
riconsegnati in magazzino, devono essere aggiornate le giacenze in modo corretto, tutti i 
dati dei rapporti devono essere inseriti manualmente nel database centrale del 
manutentore con il rischio di errori di digitazione. 
1.2 Gestire al meglio l’intervento di manutenzione 
 
Nel paragrafo precedente sono state evidenziate le lacune dell’attuale sistema con cui 
vengono eseguite le manutenzioni; si mostrerà ora come sia possibile ottimizzare e 
velocizzare l’intero processo di manutenzione con l’introduzione di nuovi strumenti 
tecnologici. 
1 - Introduzione 11
La principale innovazione consiste nell’utilizzo di tag RFID (etichette di 
identificazione a radiofrequenza che offrono limitate capacità di memorizzazione dati) 
per svolgere diversi compiti: i tag, posti sulle macchine, consentono di identificare in 
modo certo il macchinario e permettono di memorizzare lo storico degli interventi 
eseguiti; posti sui materiali, automatizzano le procedure amministrative connesse con lo 
scarico e il carico di magazzino; consegnati agli operatori, velocizzano le operazioni di 
autenticazione poiché eliminano i tempi necessari per digitare username e password. 
 Cosa è un tag RFID? Per ora sarà fornita solo una breve descrizione, la tecnologia 
verrà approfondita all’interno del paragrafo 2.2; RFID è l’acronimo di Radio Frequency 
IDentification (traducibile con Identificazione a radio frequenza) e rappresenta un modo 
per identificare oggetti utilizzando trasmissioni elettromagnetiche in radiofrequenza. I 
Transponder, o etichette RFID (Tag RFID), vengono attaccati o inseriti negli oggetti ed 
in essi è possibile memorizzare informazioni in grado di essere lette e scritte a distanza 
da un computer, senza necessità di un intervento manuale da parte di un operatore. 
Esistono tecnologie simili per il riconoscimento di beni ed oggetti, ad esempio i codici 
a barre. I tag, rispetto ai tradizionali codici a barre, non degradano con il passare del 
tempo e resistono per lungo tempo in ambienti ostili (non temono le alte temperature, 
l'umidità, lo sporco, etc.). 
1.3 Struttura del documento  
 
Il presente documento si articola in sette capitoli, strutturati come segue. 
Il capitolo 1 presenta una panoramica sull’attuale modus operandi nella gestione delle 
manutenzioni. 
Nel capitolo 2 viene effettuata un’analisi di alcune soluzioni esistenti nel campo e, 
dopo un’introduzione storico-tecnica della tecnologia RFID, si procede proponendo un 
nuovo approccio alla gestione degli interventi, che utilizza tale tecnologia: si tratta di 
un’applicazione software innovativa, che viene qui descritta nei suoi tratti essenziali. 
Il capitolo 3 presenta il modello concettuale dell’applicazione; vengono quindi esposte 
le scelte architetturali effettuate durante la progettazione dei singoli moduli. 
Nel capitolo 4 vengono giustificate le scelte tecnologiche legate all’applicazione: dalla 
piattaforma di sviluppo, al linguaggio di programmazione, alla base di dati. 
Il capitolo 5 descrive nel dettaglio lo svolgimento dell’implementazione della libreria 
che sta alla base della tecnologia RFID. 
Nel capitolo 6 viene illustrato un caso di studio attraverso la simulazione di un 
intervento di manutenzione, che utilizza il software sviluppato. 
Il capitolo 7 presenta una valutazione dei risultati che si possono ottenere sfruttando il 
nuovo approccio; vengono quindi illustrate le funzionalità che potranno essere introdotte 
nelle versioni future dell’applicazione. 
Nell’appendice, infine, viene descritta la piattaforma di sviluppo utilizzata. 
Capitolo 2 
Studi ed analisi preliminari 
2.1 Stato dell’arte 
 
In una prima fase, lo studio si è incentrato sulla ricerca di soluzioni già esistenti 
finalizzate ad ottimizzare gli interventi di manutenzione. Sono state individuate le 
strategie adottate dallo scalo aeroportuale di Francoforte (SAP Mobile Asset 
Management) [24] e quelle utilizzate dalle aziende petrolchimiche [9]. 
La soluzione SAP Mobile Asset Management mira a migliorare l'efficienza e la 
trasparenza dei progetti di manutenzione degli edifici dello scalo Frankfurt Airport 
(Fraport). Essa prevede, come risultato finale, la riduzione dei costi di manutenzione e 
l’incremento della sicurezza. La suite, che integra la tecnologia RFID (Radio Frequency 
Identification) ed utilizza dispositivi PDA (Personal Digital Assistant), sta sostituendo le 
tradizionali pratiche cartacee per documentare e rendere sicuri gli interventi di 
manutenzione periodica e le richieste di riparazione concernenti i sistemi di 
condizionamento e ventilazione dell'aeroporto. Grazie alle soluzioni SAP, Fraport 
prevede di ridurre i costi di verifica degli impianti fino al 70% [24].  
Prima di implementare questa soluzione, gli ingegneri della manutenzione erano 
costretti a compilare dettagliati moduli ogniqualvolta eseguivano una revisione delle 
apparecchiature e successivamente ad inserire manualmente i dati all'interno del software 
ERP centrale. Con la soluzione attuale, attraverso un PDA, può leggere direttamente le 
informazioni relative alla manutenzione riportate sulle etichette RFID collocate sui 
coperchi degli apparati di ventilazione, il PDA inoltre sfruttando un collegamento 
wireless svolge anche le funzionalità client del software ERP eseguendo le operazioni di 
reporting e archiviazione. Poiché, in questo progetto, i PDA possono leggere le etichette 
solo ad una distanza pari o inferiore ai tre centimetri, è possibile essere sicuri che i tecnici 
2 - Studi ed analisi preliminari 14
addetti alla manutenzione abbiano effettivamente controllato ogni ventola indicata sugli 
nei rapporti generati. Risolvere questo problema è stata la spinta principale ad adottare la 
tecnologia RFID, tuttavia il suo impiego semplifica le operazioni di documentazione 
delle manutenzioni permettendo di generare report conformi alle normative federali 
tedesche. Infine, la soluzione aiuta le aziende a mantenere una visione completa 
sull'intero ciclo di vita degli asset aziendali, individuando più rapidamente le anomalie 
ricorrenti. 
 
Se si può valutare positivamente l’utilizzo dei tag per riconoscere le ventole ed essere 
certi, con buona approssimazione, che queste sono state controllate, in questo progetto 
non è stata sfruttata la possibilità offerta dai tag RFID di memorizzare informazioni “in 
loco”. Tutte le informazioni generate vengono memorizzate nel database centrale.  
 
Le aziende petrolchimiche hanno adottato una soluzione basata su RFID per far fronte 
all’esigenza di effettuare la manutenzione sulle valvole degli impianti. In questo caso i 
tag permettono sia di identificare univocamente le valvole, sia di memorizzare 
informazioni sugli interventi svolti. Con una semplice lettura del tag, si ottiene la storia 
delle manutenzioni e delle riparazioni della valvola su cui è applicata l’etichetta.. Le 
stesse informazioni sono memorizzate sia sul tag sia sul sistema informativo centrale. In 
questo caso, la presenza un archivio locale le cui informazioni sono esattamente replicate 
in un archivio centralizzato pone dei problemi di sincronizzazione, inoltre in ambienti 
dotati di reti di comunicazione wireless la duplicazione delle informazioni in locale non 
essere necessaria.  
 
In una seconda fase, si è analizzato se i tag RFID possano essere sostituiti da altre 
tecnologie attualmente in uso più economiche, come per esempio i codici a barre o i 
codici bidimensionali (2D). 
 
Come definito dall’ANSI (American National Standards Institute), un codice a barre è 
un codice rettangolare contenente informazioni sotto forma di barre e spazi, di varie 
larghezze, in accordo con un pattern predeterminato. 
 
2 - Studi ed analisi preliminari 15
I codici a barre sono stampati sulle confezioni della maggior parte degli alimenti e 
degli oggetti di uso quotidiano e sono largamente utilizzati nei prodotti venduti dalla 
grande distribuzione, poiché permettono di avere svariate tipologie di automazione dei 
processi. 
Dal momento che l’utilizzo dei codici a barre è in continua espansione, la richiesta è 
quella di un supporto che possa contenere più informazioni e possa essere stampato in 
spazi più ridotti.  
 
I codici bidimensionali sono nati per rispondere a queste esigenze, posizionando i dati 
sia lungo l’asse verticale che lungo quello orizzontale e aumentando in tal modo la 
quantità e la densità delle informazioni: 
 
Le principali caratteristiche dei codici bidimensionali sono: l’alta densità dei dati, la 
maggior capacità di memorizzazione rispetto ai codici a barre, la funzione di correzione 
degli errori e l’alta flessibilità di lettura.  
 
Alta densità di dati: 
Lo stesso numero di cifre può essere contenuto in uno spazio 1/10 o 1/100 più piccolo, 
grazie alla maggiore densità. I codici possono inoltre essere stampati in spazi molto 
piccoli, dove un codice a barre è semplicemente troppo grande. 
 
Capacità di memorizzazione: 
Il volume massimo raggiungibile è pari a 1 KB, equivalente a 7000 caratteri. 
 
Funzione di correzione degli errori: 
Quando il codice è sporco o danneggiato, questa funzione permette di risalire al dato 
originario, senza perdita di informazione. 
Il livello di correzione degli errori è impostabile al momento della codifica e, il livello 
massimo rende possibile leggere codici che sono stati danneggiati anche per metà 
dell’area. 
 
Alta flessibilità di lettura: 
I codici possono essere letti su 360 gradi di rotazione e, di conseguenza, permettono di 
migliorare l’efficienza e l’affidabilità. 
2 - Studi ed analisi preliminari 16
Inoltre, con un marcatore laser è possibile incidere il codice direttamente sull’oggetto, 
realizzando una integrazione tra oggetti e contenitore di informazioni. Le capacità di 
memorizzazione tuttavia non sono elevate e sono richieste speciali etichette. 
 
Sebbene largamente utilizzati e diffusi, i codici a barre ed i codici bidimensionali 
presentano lo svantaggio di non poter essere utilizzati efficacemente per immagazzinarvi 
le informazioni. 
 
Nel lavoro esposto in questa tesi si è preferito impiegare i tag RFID rispetto ad altre 
tecnologie per la loro capacità di identificare univocamente oggetti, per la possibilità di 
memorizzare e aggiornare informazioni senza necessità un contatto ottico o visivo (come 
richiesto dai codici a barre), infine con la tecnologia RFID a differenza dei codici a barre 
è possibile identificare, leggere e modificare le informazioni di più tag presenti in un 
certo range fisico in un colpo solo. 
2.2 La tecnologia RFID 
 
Si procederà ora a fornire una breve panoramica della tecnologia RFID inquadrandola dal 
punto di vista storico. Ci si addentrerà poi, in modo più approfondito, negli aspetti 
tecnici. 
 
2.2.1 Cenni storici 
 
L'idea di un sistema di trasmissione e ricezione dei dati che si basasse su onde radio 
nasce attorno al 1950, sull'onda dello sviluppo di radar e radio dei decenni precedenti. 
Grazie all'introduzione, in campo bellico, di tecnologie simili al sistema RFID (ad 
esempio il sistema IFF, identification friend or foe, montato su aircraft) e agli studi di 
D.B.Harris (Radio transmission systems with modulatable passive responder), e F.L. 
Vernon (Application of the microwave homodyne), il sistema RFID diventa una realtà 
negli anni '60. Non passano nemmeno 10 anni di studi, che, a partire dal 1970, inventori, 
società, elaboratori gestiti dal governo, si danno da fare per il perfezionamento e 
l'applicazione sul campo di questi nuovi dispositivi. Essi vengono inizialmente utilizzati 
per il tracciamento delle posizioni di animali e di veicoli e per l'automazione di 
particolari operazioni in campo industriale. Solo negli anni '90, lo sviluppo di questa 
tecnologia si integra completamente con la vita quotidiana dei cittadini dell'Oklahoma; è 
proprio in questo stato, infatti, che viene installato e testato un sistema di pedaggio che 
sfrutta i tag RFID, montati sui veicoli, per addebitare il costo del pedaggio autostradale 
sul conto corrente intestato al proprietario dell'automobile (una sorta di antesignano del 
nostro TelePass). Successivamente, lo stesso sistema di pedaggio viene applicato anche 
2 - Studi ed analisi preliminari 17
in Australia, Brasile, Argentina, Thailandia, Giappone, Corea ed Europa; ormai il sistema 
a radiofrequenza ha invaso tutto il mondo, riscuotendo successi e convincendo, non solo 
per il suo utilizzo variegato, ma anche per la semplicità di funzionamento e i costi 
contenuti per la produzione e l'installazione dei tag stessi (ora è  possibile installare un 
tag su un singolo circuito integrato a tecnologia CMOS). 
Nella tabella che segue, sono sintetizzate le principali tappe dello sviluppo della 
tecnologia RFID.  
 
1940-1950  Perfezionamento e utilizzo dei Radar, durante la seconda Guerra 
Mondiale. Nel 1948 viene inventato il sistema RFID. 
1950-1960 Primi passi della tecnologia RFID, soprattutto grazie a esperimenti di 
laboratorio. 
1960-1970 Sviluppo della teoria alla base della tecnologia RFID; inizio degli 
esperimenti veri e propri. 
1970-1980 Sviluppo esplosivo del sistema RFID; implementazione primitiva del 
sistema in campo industriale. 
1980-1990 Applicazione commerciale della tecnologia RFID. 
1990-2000  Nascita dello standard RFID. La tecnologia RFID entra a far parte della 
vita di tutti i giorni. 
2.2.2 Introduzione alla tecnologia 
 
RFID (Radio Frequency IDentification) è un metodo di archiviazione remota e ricezione 
di dati, che si basa essenzialmente sulla combinazione di due device: un tag RFID e un 
lettore/trasmettitore. In figura, è possibile osservare i principi di funzionamento di un 
sistema RFID: 
 
Figura 2-1: Principi di funzionamento di un sistema RFID 
 
1. Il lettore invia un segnale a radiofrequenza, trasmesso nello spazio da un’antenna. 2. Il 
campo elettromagnetico si propaga, dando origine ad una differenza di potenziale 
alternata sull’antenna dell’etichetta. La corrente alternata viene filtrata dal diodo e carica 
il condensatore. 3. La carica accumulata dal condensatore genera una differenza di 
potenziale che alimenta il circuito integrato. 4.