L'impatto delle variazioni del traffico sulle prestazioni degli ascensori

Questo documento è stato presentato a USA 2012, il Congresso Internazionale sulle Tecnologie di Trasporto Verticale e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Elevator Technology 19, a cura di A. Lustig. È una ristampa con il permesso dell'Associazione Internazionale degli Ingegneri degli Ascensori (sito web: www.elevcon.com). Il presente documento è una ristampa esatta e non è stato modificato da ELEVATOR WORLD.

Parole chiave: simulazione, traffico ascensori, invio, tempo di attesa

Astratto

La variabilità delle prestazioni è intrinseca alla gestione degli ascensori, poiché uno degli input chiave per l'analisi della gestione, il traffico rilevante, varia di giorno in giorno, di ora in ora e persino di minuto in minuto. Questo articolo analizza come i simulatori di ascensori utilizzano i modelli di traffico, l'impatto della variazione del traffico sulle metriche di prestazione simulate degli ascensori e mostra che, a differenza dei tradizionali calcoli della capacità di movimentazione, la simulazione degli ascensori non "calcola automaticamente la media" degli effetti della variabilità del traffico.

1. introduzione

Da oltre 90 anni, il settore degli ascensori utilizza formule probabilistiche per calcolare quante persone possono essere trasportate da una determinata configurazione di impianto. Gli esperti di ascensori esaminano i valori calcolati e li confrontano con gli standard del settore per valutare la qualità dell'impianto proposto.

Le formule pertinenti, basate sui calcoli del tempo di andata e ritorno dell'ascensore, sono matematicamente semplici, ampiamente disponibili, accettate sia in ambito commerciale che accademico e possono essere eseguite con carta e matita, una calcolatrice o un semplice programma per computer o un foglio di calcolo. Le formule per il tempo di andata e ritorno e le equazioni per la capacità di movimentazione sono ben documentate (tra gli esempi si annoverano Barney 2010; Barney e dos Santos 1985 e Strakosch 1967). Sebbene possano esserci lievi variazioni tra le implementazioni, si ottengono risultati simili quando si utilizzano input simili e differenze significative in un valore calcolato possono solitamente essere facilmente spiegate da una differenza negli input pertinenti.

Negli ultimi due decenni, i programmi di simulazione degli ascensori, programmi che replicano il comportamento degli ascensori utilizzando sofisticati programmi informatici, sono diventati sempre più comuni. Il settore degli ascensori si aspetta ormai regolarmente che i produttori di ascensori forniscano i risultati delle simulazioni come parte della procedura di gara, sia per le nuove apparecchiature che per i lavori di ammodernamento. Gli esperti di ascensori ora esaminano i risultati delle simulazioni, così come i risultati calcolati, per valutare i sistemi di ascensori.

A differenza delle formule tradizionali, i simulatori di ascensori sono programmi complessi, spesso costosi, che potrebbero non essere ampiamente disponibili. I simulatori di ascensori sono spesso creati dai produttori di ascensori e possono basarsi in larga misura su algoritmi di dispatching proprietari. I simulatori di ascensori utilizzano la domanda di traffico come input anziché calcolarla come output. A differenza delle formule di probabilità, che "mediano" la variazione e producono valori attesi per la gestione del traffico, una singola simulazione fornisce informazioni precise su un singolo scenario dettagliato. 

Come osserva il Dott. Richard Peters, "Fin dall'introduzione diffusa degli strumenti di simulazione, una delle sfide per il settore ascensoristico a livello internazionale è stata quella di raggiungere un consenso su come applicare la simulazione" (Peters, 2010). Cullati dalla semplicità delle formule tradizionali, in cui le ipotesi di dispatching non variano, si potrebbe facilmente supporre che i risultati diversi ottenuti con simulatori diversi siano attribuibili all'efficienza del dispatcher, quando, invece, le differenze potrebbero essere dovute a sottili discrepanze negli input utilizzati.

I simulatori di ascensori consentono una definizione degli input molto più precisa rispetto alle formule di probabilità, e sviluppare le informazioni sulla domanda di traffico per un simulatore è più difficile che definire gli input delle formule. Poiché la distribuzione degli ascensori può essere molto sensibile anche a piccole variazioni nella domanda dei passeggeri, i risultati della simulazione possono variare significativamente a seconda delle specifiche dell'input.

2. Modelli di traffico

Uno degli input chiave per una simulazione di ascensori è la domanda dei passeggeri, nota anche come traffico di ascensori. I programmi di simulazione al computer imitano una qualche forma di realtà fisica e, nel mondo degli ascensori, ciò significa che un simulatore crea una versione software di un edificio specifico, inclusi il numero, il profilo di movimento e le dimensioni degli ascensori e i piani dell'edificio serviti da tali ascensori. Per modellare l'interazione del sistema di ascensori con i passeggeri che li utilizzano, il simulatore deve essere in grado di modellare la domanda dei passeggeri. I simulatori di ascensori utilizzano input di traffico, tra cui il numero di persone che utilizzano gli ascensori e il loro tasso di arrivo, per rappresentare la domanda dei passeggeri.

Il traffico degli ascensori è spesso rappresentato sotto forma di istogramma, come mostrato nella Figura 1. L'istogramma è spesso chiamato "modello di traffico" e solitamente è espresso in intervalli di cinque minuti. L'utilizzo di intervalli di cinque minuti è un retaggio delle formule tradizionali che calcolavano la capacità di movimentazione per una finestra temporale di cinque minuti. Ogni barra dell'istogramma indica la percentuale della popolazione dell'edificio che arriverà agli ascensori durante i cinque minuti rappresentati. Nella Figura 1, ad esempio, il 4% della popolazione dell'edificio arriva agli ascensori nei primi cinque minuti del periodo di rappresentazione del modello, il 5% arriva nei secondi cinque minuti, ecc. Poiché i modelli di traffico sono espressi in percentuale della popolazione dell'edificio, lo stesso modello di traffico applicato a edifici diversi rappresenterà un numero diverso di persone. La Tabella 1 mostra la differenza nel numero effettivo di passeggeri che richiedono il servizio ascensore tra l'Edificio 1, con una popolazione totale di 1000 persone, e l'Edificio 2, con una popolazione totale di 700 persone. Sebbene entrambi gli edifici siano soggetti allo stesso schema di traffico, nell'edificio 1 sono presenti 330 passeggeri che utilizzano gli ascensori durante la mezz'ora rappresentata dallo schema, mentre nell'edificio 2 sono presenti solo 231 passeggeri nello stesso intervallo di tempo. 

3. Confronti dei modelli di traffico

Sebbene possa sembrare ovvio che il modello di traffico abbia un impatto significativo su uno studio di simulazione di un ascensore, spesso i modelli di traffico non sono chiaramente specificati da chi richiede studi di simulazione di un ascensore o da chi fornisce i risultati delle simulazioni. I risultati delle simulazioni di un ascensore devono sempre essere citati con riferimento al modello di traffico sottostante. Si consideri, ad esempio, la ricezione di uno studio di simulazione che indica che il tempo medio di attesa (AWT) per un gruppo di quattro cabine è di 28.7 secondi. Se tale AWT rappresenta una media quando il 20% della popolazione utilizza gli ascensori, potrebbe indicare prestazioni molto accettabili. Se, d'altra parte, l'AWT rappresenta un tempo in cui solo il 3% della popolazione utilizza gli ascensori, potrebbe essere un indicatore di prestazioni scadenti. Per valutare correttamente i risultati delle simulazioni, è necessario considerare il modello di traffico pertinente.

Le Figure da 2 a 5 e la Tabella 2 illustrano l'impatto che diversi modelli di traffico hanno sui risultati delle simulazioni. Tutti e quattro i modelli di traffico rappresentano lo stesso numero di passeggeri e rappresentano tutti la domanda di passeggeri del 114% della popolazione dell'edificio in un'ora. Tuttavia, i tassi di arrivo dei passeggeri sono diversi in ciascun modello di traffico e la Tabella 2 mostra diverse metriche di prestazione per ciascun modello di traffico. I dati nella Tabella 2 sono stati ricavati utilizzando un simulatore di ascensori in cui tutti gli aspetti della simulazione sono stati mantenuti costanti, ad eccezione dei tassi di arrivo dei passeggeri che utilizzano gli ascensori. In alcuni casi, la differenza tra i risultati delle prestazioni è piuttosto significativa, a dimostrazione dell'importanza di comprendere e rappresentare accuratamente il modello di traffico.

4. Elenchi del traffico

Dopo aver esaminato gli esempi nella sezione precedente, dovrebbe essere ovvio che il modello di traffico è un input chiave per la simulazione e dovrebbe essere specificato. Potrebbe non essere ovvio, tuttavia, che ci sia ancora una variazione significativa relativa a un singolo modello di traffico. I modelli di traffico degli ascensori vengono utilizzati per descrivere una caratteristica di alto livello delle persone che utilizzano gli ascensori, ovvero il tasso di arrivo complessivo di quei passeggeri. Ad esempio, potrebbe essere che in un particolare edificio il tasso di arrivo complessivo tenda a essere lo stesso giorno dopo giorno, dal lunedì al venerdì. Forse in quell'edificio, intorno alle 8 del mattino, circa il 4% della popolazione dell'edificio arriva nell'atrio, seguito dal 5% cinque minuti dopo, dal 6% cinque minuti dopo ancora, ecc. In effetti, il modello di traffico mostrato nella Figura 1 potrebbe applicarsi a questo ipotetico edificio. Ma il modello di traffico non tiene conto del fatto che l'ipotetico signor Brown, che di solito si presenta intorno alle 8 del mattino e rientra nel 4% iniziale della popolazione dell'edificio, non arriva effettivamente nello stesso identico secondo ogni giorno. Ad esempio, un lunedì potrebbe premere il pulsante di chiamata dell'ascensore alle 8:01:30, mentre martedì potrebbe essere alle 8:03:22. Allo stesso modo, l'arrivo del signor Brown potrebbe essere contrassegnato con un orario diverso ogni giorno, anche se tende ad arrivare tra le 8:8 e le 05:XNUMX.

I simulatori di ascensori devono sapere esattamente quando un passeggero arriva agli ascensori, in modo da poter inviare un ascensore simulato a servirlo. Pertanto, la maggior parte dei pacchetti di simulazione di ascensori include un modulo di generazione passeggeri che accetta come input il modello di traffico basato su istogrammi e genera un elenco esatto di passeggeri a partire da tale modello. L'elenco passeggeri, che include l'orario di arrivo esatto, il piano di origine e il piano di destinazione per ciascun passeggero, verrà utilizzato come dati di input specifici per il motore di simulazione che modella il comportamento dell'ascensore e raccoglie statistiche sulle prestazioni. Alcuni simulatori includono altri fattori, come il peso di un passeggero o la sua velocità di camminata, nei loro elenchi passeggeri.

È possibile generare più elenchi di traffico da un dato schema di traffico e la maggior parte dei moduli di generazione passeggeri utilizza un generatore di numeri casuali per sviluppare elenchi di passeggeri a partire dagli schemi di traffico. Un elenco di traffico deve mantenere le caratteristiche dello schema di traffico, ovvero deve contenere il numero corretto di persone che richiedono il servizio ascensore entro i cinque minuti previsti. Tuttavia, l'ordine di arrivo dei passeggeri entro quei cinque minuti e le combinazioni origine/destinazione associate a tali passeggeri possono variare. La Figura 6 illustra due elenchi di passeggeri distinti che potrebbero essere derivati ​​dall'esempio di schema di traffico della Figura 1. Questi due elenchi sono solo due dei molti che avrebbero potuto essere derivati.

Spesso un simulatore di ascensore offre anche la possibilità di inserire la distribuzione delle combinazioni origine/destinazione, e le liste di traffico create rifletteranno la distribuzione richiesta. Come per gli orari di arrivo, le combinazioni esatte origine/destinazione possono variare a seconda delle liste di traffico.

Elenchi di traffico diversi possono portare a risultati prestazionali diversi, nonostante entrambi rappresentino lo stesso schema di traffico di base e le stesse percentuali di origine/destinazione. Questo è uno dei motivi per cui può essere fuorviante confrontare i risultati delle simulazioni di simulatori diversi. Sebbene entrambi i simulatori possano utilizzare come input lo stesso schema di traffico, le stesse probabilità di origine/destinazione, le stesse caratteristiche degli ascensori e i medesimi parametri dell'edificio, a meno che l'elenco di traffico non sia stato specificato esattamente, è molto probabile che i diversi studi di simulazione si basino su elenchi di traffico diversi.

5. Variazione dell'elenco del traffico

5.1 Piccola modifica in un singolo elenco di traffico

Piccole variazioni nella distribuzione del traffico possono comportare variazioni significative nelle prestazioni misurate dell'ascensore, il che significa che l'effettivo elenco di traffico è un fattore importante da considerare. Per illustrare questo, le Figure 7 e 8 mostrano le traiettorie degli ascensori per due diversi scenari. Entrambi gli scenari si basano su un elenco di traffico di cinque minuti servito da due cabine in un edificio di dieci piani sopra il piano della hall. L'elenco di traffico di cinque minuti è lo stesso in entrambi i casi, ad eccezione di un passeggero che è arrivato 30 secondi dopo nello scenario della Figura 8 rispetto allo scenario della Figura 7. Tutti gli altri passeggeri sono arrivati ​​esattamente nello stesso momento e tutti gli altri parametri sono stati mantenuti costanti.

I dati nelle Figure 7 e 8 provengono da una simulazione di ascensore con assegnazione tradizionale, ovvero non con assegnazione a destinazione. Ciò significa che le traiettorie dell'ascensore sono definite in gran parte dalle chiamate in cabina effettuate dai passeggeri dopo essere entrati nell'ascensore. Una volta inserite le chiamate in cabina, l'ascensore non ha altra scelta che servire ciascuna chiamata in cabina a turno.

Le differenze nelle traiettorie mostrate nelle Figure 7 e 8 sono dovute alla minima modifica all'elenco del traffico di un singolo passeggero che si presenta 30 secondi dopo. La carrozza 2 ha un passeggero che viaggia verso il piano 10 durante la sua prima corsa dall'atrio nello scenario della Figura 7, ma non ha lo stesso passeggero nello scenario della Figura 8. Questo perché il passeggero in questione è stato ritardato di 30 secondi nella Figura 8. Come risultato della variazione della domanda di passeggeri, la carrozza 2 torna all'atrio più velocemente nella Figura 8 rispetto alla Figura 7, poiché non deve raggiungere il piano 10. Una volta arrivata all'atrio, la carrozza 2 raccoglie i passeggeri in attesa e il gruppo di passeggeri che entrerà in ciascuna carrozza da questo momento in poi è cambiato tra le Figure 7 e 8. Questo, a sua volta, modifica le traiettorie degli ascensori e influisce sulle metriche delle prestazioni.

Questa piccola variazione nell'arrivo dei passeggeri rappresenta tuttavia una variazione significativa nel tempo medio di attesa. Nel primo scenario, l'AWT è di 21.9 secondi, mentre nel secondo è di 34.6 secondi. Nonostante entrambe le simulazioni utilizzassero lo stesso schema di traffico, la piccola variazione nell'elenco dei passeggeri ha portato a una notevole differenza nell'AWT.

Un'analisi del primo scenario, Figura 7, che presenta il tempo medio di attesa più breve, mostra che i due ascensori tendono ad alternare l'arrivo e la partenza dall'atrio. Al contrario, nella Figura 8 i due ascensori tendono ad arrivare e partire dall'atrio contemporaneamente. Quando gli ascensori viaggiano insieme e arrivano e partono dall'atrio quasi contemporaneamente, significa che i passeggeri in attesa nell'atrio potrebbero dover attendere più a lungo per entrare in un ascensore. Quando gli ascensori sono sincronizzati in modo tale da arrivare all'atrio in orari diversi, è probabile che il tempo tra gli arrivi degli ascensori all'atrio sia più breve e, di conseguenza, i passeggeri nell'atrio non aspettino altrettanto a lungo per entrare in un ascensore. In questo caso, l'arrivo ritardato di un singolo passeggero ha influenzato la sincronizzazione degli ascensori a tal punto da influire seriamente sul tempo medio di attesa.

5.2 Risultati della simulazione di elenchi di traffico multipli

Le Tabelle 3 e 4 mostrano i risultati di più elenchi di traffico derivati ​​dallo stesso modello di traffico. Il lettore può osservare che il tempo medio di attesa (AWT) e il tempo medio di arrivo a destinazione (ATTD) possono variare significativamente in base all'elenco di traffico e può concludere che non sarebbe saggio categorizzare i risultati per uno specifico modello di traffico sulla base di una singola simulazione di elenco di traffico. La Tabella 3 riporta i risultati per ciascuno dei dieci elenchi di traffico basati sul modello di traffico piatto mostrato nella Figura 2, nonché i valori minimo, massimo e medio per ciascuna metrica. La Tabella 4 riporta lo stesso tipo di dati per gli elenchi di traffico basati sul modello di traffico variabile mostrato nella Figura 3.

L'intervallo di valori, mostrato nelle Tabelle 3 e 4, illustra il pericolo di affidarsi esclusivamente a un singolo elenco di traffico. Si consideri l'AWT per il modello di traffico piatto (Tabella 3). Esiste un elenco di traffico che produce un AWT di 26.4 secondi e un altro elenco che produce un AWT di 16.1 secondi. L'intervallo tra questi due valori è di 10.3 secondi. Il valore medio sulle 10 esecuzioni è di 20.4 secondi. Se si presume che 20.4 sia vicino al valore AWT "reale", l'affidamento a una di queste singole esecuzioni potrebbe significare che la simulazione sottostima l'AWT di circa il 21% o lo sovrastima di quasi il 30%.

La Tabella 2 riporta i risultati prestazionali di una lista di traffico basata sul modello di traffico piatto e di una lista di traffico basata sul modello variato. In questo caso, la lista del modello di traffico piatto ha prodotto un AWT di 22.3 e un ATTD di 89.7, mentre il modello variato ha ottenuto un AWT di 19.8 e un ATTD di 86.5. In base alla Tabella 2, le prestazioni dell'ascensore sono migliori con un modello di traffico variato. Tuttavia, un esame delle Tabelle 3 e 4, per ciascuna delle quali sono state simulate e calcolate le medie di 10 liste di traffico, indica il contrario. Dopo aver calcolato la media di 10 simulazioni di liste di traffico per ciascun modello, il modello piatto ha ottenuto un AWT medio complessivo di 20.4 e un ATTD medio complessivo di 87.4, mentre il modello variato non ha ottenuto prestazioni altrettanto buone, con un AWT medio complessivo di 22.5 e un ATTD medio complessivo di 89.4. I dati presentati supportano la premessa che sia rischioso valutare studi di simulazione basati esclusivamente su una singola lista di traffico.

6. CONCLUSIONI

Con il crescente utilizzo della simulazione degli ascensori per valutare le prestazioni dei sistemi proposti ed esistenti, è fondamentale che il settore degli ascensori riconosca che i risultati della simulazione degli ascensori non sono del tutto analoghi alle tradizionali metriche di capacità di movimentazione. Questo articolo esamina la varianza della simulazione che non viene automaticamente "mediata" come avviene nelle formule tradizionali; ulteriori studi potrebbero essere svolti per definire il significato di "capacità di movimentazione" nell'ambiente di simulazione. Ad esempio, potrebbe essere esaminata la differenza tra capacità di movimentazione in stato stazionario e capacità di movimentazione di picco.

Le simulazioni di ascensori possono fornire rappresentazioni molto accurate di scenari molto specifici. Sebbene una maggiore fedeltà, rispetto alle formule di probabilità storiche, possa essere molto utile, è anche più complessa e deve essere trattata come tale. In particolare, la capacità dei simulatori di ascensori di modellare direttamente lievi variazioni negli scenari di traffico implica anche che la mancata considerazione degli effetti delle variazioni può portare a conclusioni fuorvianti o errate.

Si raccomanda che le richieste di simulazione degli ascensori siano accompagnate da dettagli specifici riguardanti il ​​modello di traffico desiderato da valutare e che tutti i risultati della simulazione siano riportati con una descrizione del/i modello/i di traffico sottostante/i utilizzato/i. Idealmente, quando si riportano i risultati della simulazione, si dovrebbe utilizzare un metodo di adeguamento per potenziali variazioni, come la segnalazione di medie dei dati da più esecuzioni di elenchi di traffico basati sullo stesso modello sottostante.

Tutti i professionisti del settore ascensoristico che utilizzano simulazioni delle prestazioni degli ascensori devono essere consapevoli dell'impatto significativo che le variazioni nelle ipotesi di traffico possono avere sui risultati delle simulazioni. Allo stesso modo, è importante riconoscere che le variazioni quotidiane del traffico degli ascensori o i cambiamenti nel modello di traffico nel tempo causeranno variazioni nelle prestazioni degli ascensori nell'edificio, proprio come le variazioni negli input di traffico causeranno variazioni nei risultati delle simulazioni.

BIBLIOGRAFIA
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Strakosch, George R. (1967). Trasporto verticale: ascensori e scale mobili. John Wiley & Sons, Inc., New York. 365 pp.