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Il progetto Clinair

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Storie di Successo: Il progetto Clinair

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NS12 ha completato con successo le proprie attività nell’ambito del progetto Clinair, realizzando la APP di controllo dei sensori della qualità dell’aria ed il Portale della Formazione.

Che cos'è il progetto Clinair?

“Clean Indoor Air Technologies” è un progetto di Ricerca e Sviluppo finanziato dalla Regione Lazio, che ha realizzato un prototipo completamente funzionante di un sistema di building automation con lo scopo di migliorare la qualità dell’aria messa in circolo dagli impianti di condizionamento a ventilazione forzata che si trovano tipicamente negli uffici.

Per ottenere questo risultato, il sistema clinair mette a disposizione figure professionali che si occupano della manutenzione degli impianti di condizionamento, rendendo possibile la raccolta di informazioni continue, tempestive ed attendibili sulla qualità dell’aria che circola nelle condotte d’aria, permettendo di pianificare la pulizia tempestiva e preventiva degli impianti stessi.

Il cervello del sistema è un algoritmo brevettato – ed utilizzato per la prima volta in questo progetto – che valuta l’eventuale degrado dell’aria che circola nelle condutture, sulla base di un confronto fra le misure dei parametri dell’aria esterna che entra nell’impianto, e le stesse misure ripetute quando l’aria esce dall’impianto ed entra nelle stanze.

Il Sistema

Il sistema clinair fondamentalmente è costituito da:

  • Un innovativo dispositivo (sensore) di acquisizione dati sulla qualità dell’aria dell’aria che entra ed esce dall’impianto (polveri sottili, umidità, temperatura…);
  • Una APP utilizzata dal tecnico impiantista, per configurare i sensori e per eseguire operazioni di raccolta di dati e di manutenzione HW e SW sui sensori stessi;
  • Una piattaforma web (backend del sistema), che riceve via internet i dati raccolti dai sensori,li elabora con l’algoritmo brevettato, e genera delle statistiche di monitoraggio del sistema di condizionamento, che sono messe a disposizione sia dei clienti finali del servizio (chi gestisce gli immobili) sia dei tecnici a cui è affidata la manutenzione dell’impianto HVAC.

Completano il sistema:

  • Un filtro evoluto per ridurre la carica batterica dell’aria che entra nell’impianto;
  • Il portale della formazione, che è sempre disponibile a tecnici impiantisti e clienti del servizio, fruibile sia su PC che su smartphone e tablet.

Il risultato del progetto è un prodotto-servizio che potrà essere offerto ai clienti in modalità pay-per-use, a partire  dall’autunno 2019, con l’obiettivo di inserirsi in un mercato in crescita del 7% annuo.

Caratteristiche dei progetti finanziati

Clinair è un progetto che appartiene alla categoria dei progetti di Ricerca e Sviluppo finanziati con fondi pubblici, in particolare con fondi della comunità europea. Si tratta di progetti che hanno alcune caratteristiche comuni e ricorrenti:

  • Devono prevedere attività di ricerca industriale, intesa come la ricerca di soluzioni innovative a esigenze reali di mercato, utilizzando tecnologie allo stato-dell’arte. Non si tratta di ricerca di base quanto piuttosto di uno studio su come “assemblare” tecnologie note, seppur innovative come l’algoritmo adottato da Clinair, in modo da creare soluzioni originali a problemi noti;
  • Devono prevedere attività di sviluppo sperimentale, per realizzare un prototipo completo e funzionante del sistema progettato, e poi sperimentarlo in condizioni operative, per dimostrarne l’efficacia, prima di iniziare a proporlo al mercato;
  • Devono prevedere attività di diffusione di informazioni sul progetto, verso tutti gli attori coinvolti, dagli sviluppatori ai potenziali clienti;
  • Viene favorita la costituzione di aggregazioni di piccole-medie imprese (ATI: Aggregazioni Temporanee di Imprese) in modo che al progetto venga garantito l’apporto di tutte le competenze specialistiche necessarie: ogni partecipante porta una sua competenza specifica;
  • Per lo stesso motivo viene favorita l’aggregazione con organismi di ricerca (Università ad esempio) che prendono carico dei temi più prettamente “scientifici” del progetto;
  • E’ anche richiesta la assegnazione di parte del lavoro (la parte meno innovativa…) verso fornitori esterni, in modo che molte aziende diverse possano beneficiare dei finanziamenti accordati al progetto;
  • Il progresso del progetto e l’effettiva efficacia del lavoro svolto sono attentamente monitorati dagli organismi pubblici (a livello regionale, nazionale o europeo) che assegnano i finanziamenti, e li erogano solo dopo attenta verifica delle evidenze del lavoro fatto e dei risultati ottenuti. I finanziamenti non coprono mai il 100% del costo del progetto, viene sempre richiesta alle aziende partecipanti al progetto di coprire una quota parte delle spese, di solito intorno al 35-40% del totale dei costi del progetto;
  • Il progetto finanziato di R&D termina con la realizzazione ed il test in situazioni di esercizio di un prototipo funzionante della soluzione prevista dal progetto: attività di effettiva vendita, ingegnerizzazione, “produzione” della soluzione sono escluse dai finanziamenti.

I partner del progetto

Tornando a Clinair, anche in questo caso i partner del progetto sono stati scelti in modo da portare ognuno competenze specifiche, e in particolare sono:

  • Sigma Consulting s.r.l. capofila dell’ATI, che ha il compito di coordinare tutto il progetto e di realizzare il “sistema centrale di governo” del sistema Clinair, composto della parte di back-end (il server che gestisce la raccolte e l’analisi dei dati) e di front-end (un portale web per abilitare i diversi utenti del sistema ad accedere alle funzioni ed alle informazioni di competenza);
  • Dune s.r.l. specializzata in costruzione di componenti HW/SW (IoT), responsabile di realizzare il nuovo sensore della qualità dell’aria;
  • NS12 Spa come responsabile delle attività di sviluppo della App di configurazione e di gestione tecnica dei sensori, e del portale delle Formazione rivolta a tecnici impiantisti e clienti Clinair;
  • Tagliaferri s.r.l., azienda che realizza e cura gli impianti di condizionamento, che porta la sua competenza sui problemi della qualità dell’aria e sulle modalità con cui effettuare le misurazioni dei parametri ambientali;
  • I.A.C (Istituto per le Applicazioni del Calcolo) di C.N.R. Organismo di Ricerca aggregato alla ATI, responsabile di realizzare ed ottimizzare l’algoritmo di calcolo coperto da brevetto, adottato da Clinair.

Ognuna di queste aziende deve poi avere altri fornitori diretti, e si arriva quindi ad una compagine che comprende 12 aziende diverse, che devono essere organizzate in modo da contribuire tutte in modo specifico al raggiungimento dell’obiettivo del progetto.

E’ del tutto evidente che buona parte della complessità di un progetto finanziato deriva dalla necessità di coordinare molte aziende (medie-grandi-piccole e Organismi di ricerca)  in modo che ognuna di queste produca risultati significativi e riconoscibili dall’organismo che controlla il finanziamento, che nel caso del progetto Clinair è la Regione Lazio con il suo ente LazioInnova.

Architettura di dettaglio del sistema e ruolo della APP sviluppata da NS12

Lo schema complessivo del sistema permette di evidenziare il ruolo della APP realizzata da NS12 che si interfaccia da una parte direttamente con il sensore della qualità dell’aria (sia sensore esterno che interno) e dall’altra con il sistema di back-end di Clinair, via internet.

L’utilizzo della APP è necessario per scambiare informazioni da/verso i sensori  quando non è attivo il canale internet che collega direttamente il sensore al backend (data stream wifi), ad esempio in queste situazioni:

  • Installazione e configurazione iniziale del sensore,  registrazione di tutti i parametri e dello stato “attivo” del sensore nel back-end;
  • Manutenzione HW o SW del sensore, ad esempio per aggiornare il firmware, pulire il sensore interno, o cambiare la batteria;
  • Installazione temporanea del sistema clinair, senza attivare il collegamento permanente tra i sensori e il back-end (“IOT Gateway” non installato). In questo caso i dati raccolti dai sensori sono memorizzati nei sensore stessi per alcuni giorni e poi scaricati nella APP del tecnico che torna a far visita all’impianto; il tecnico infine utilizza ancora la APP per ritrasmettere i dati raccolti al backend, dove sono infine analizzati.

La APP è anche lo strumento per inviare al tecnico con un sistema di notifiche web le istruzioni per effettuare gli interventi di manutenzione, o l’esito delle analisi effettuate sull’impianto.

Il ruolo di NS12

Caratteristiche tecniche della APP sviluppata da NS12

La App CLINAIR è stata realizzata in Java su piattaforma Android 5.0.

Una App prototipale per sperimentare l’invio di socket tramite l’interfaccia UDP verso la scheda del sensore, è stata realizzato in linguaggio Kotlin, per la rapidità con cui si possono sviluppare App in questo linguaggio e per la possibilità di inserire frammenti java in un contesto Kotlin. Dopo il test del prototipo, il codice Java è stato “trasferito” con successo nella App Java.

Caratteristiche interessanti di questa App sono le sue due interfacce, verso il sensore IoT da una parte e verso il sistema di backend dall’altra.

Caratteristiche tecniche della APP sviluppata da NS12

Il sensore IoT è di fatto un mini-sistema completo di CPU, firmware, processi temporizzati, memoria per i dati, interfacce verso device esterni (sensori specifici di parametri di qualità dell’aria) comprendente anche una antenna wifi che rende il sensore un hotspot a cui la APP può collegarsi in modalità wifi utilizzando il protocollo UDP.

Questo aspetto ha inizialmente rappresentato una criticità, in prima battuta, infatti, il collegamento tra App e Sensore IoT era previsto attraverso un canale bluetooth, diverso dal canale wifi destinato al collegamento della App con internet e quindi con il backend del sistema. In fase esecutiva, il sensore è stato realizzato con una antenna wifi (seppur di limitata potenza), creando un potenziale conflitto con il canale wifi utilizzato dalla app per collegarsi ad internet. Si è risolto il problema commutando la connessione wifi della App per connettersi in modo alternativo (ed esclusivo) o con il sensore IoT o con internet.

Lo scambio di dati con il sensore IoT avviene in formato json / xml.

Anche il test di questa App è stato un aspetto interessante del progetto, perché per controllare l’effettivo funzionamento della interfaccia è necessario poter verificare effettivamente cosa viene elaborato dal sensore IoT prima della trasmissione e cosa viene effettivamente ricevuto.

Per effettuare questi test si è collegata la scheda di un sensore IoT realizzato con il progetto, ad un computer che ha letto direttamente il contenuto della sua memoria e quindi le informazioni che dovevano essere trasmesse, prima che venissero trasmesse. In questo modo si è potuto verificare che il messaggio da inviare (o da ricevere) era ben formato e quindi si sono potuti risolvere i piccoli problemi incontrati durante il test della comunicazione fra App e sensore IoT.

Interfaccia verso sistema di Backend CLINAIR

In questo caso, l’interfaccia era realizzata con WebSerivces REST esposti dal server di Back-end (per trasmettere le informazioni da App a Server) e da notifiche inviate da Server a App.

Gli unici problemi tecnici con questa parte dell’interfaccia sono nati al momento di ricevere e gestire correttamente le notifiche dal server, e sono stati superati migliorando la conoscenza di questo componente.

Interfaccia verso sistema di Backend CLINAIR

Certamente la parte più interessante dello sviluppo è stata la realizzazione della interfaccia verso il sensore IoT, che ha permesso di imparare ad utilizzare le interfacce tipo UDP per scambiare dati con un sensore costituito con una scheda “custom” IoT.

E’ stato anche interessante mettere a punto l’interfaccia per le notifiche, perché si tratta di una tecnologia facilmente riusabile in altri contesti.

Il Portale della Formazione CLINAIR

Altro momento importante che ci ha visti impegnati nel Progetto Clienair è stato quello relativo alla realizzazione del Portale della Formazione che abbiamo portato a termine con significativa efficacia.

In questo progetto la Formazione è diretta sia ai tecnici installatori sia ai clienti dei servizi, con obiettivi formativi molto diversi:

  • I tecnici devono imparare a installare e fare manutenzione sugli elementi del sistema che sono installati presso gli impianti oggetto di monitoraggio, in particolare i sensori e l’utilizzo della APP per le attività di installazione / manutenzione dei sensori stessi;
  • I clienti devono imparare a consultare le informazioni presentate dalle dashboard pubblicate dal sistema di back-end, informazioni relative ai servizi che hanno acquistato;

Per rendere la formazione consultabile anche in modalità self-training si è scelto di realizzare una serie di audio-video-tutorial, perché la comunicazione audio-video è quella più naturale e può essere agevolmente seguita anche su device mobili mentre, per pianificare i vari moduli dei tutorial, si è deciso di separare i diversi target didattici (Tecnici impiantisti e Clienti) e di realizzare dei percorsi didattici basati su:

  • Componenti del sistema da conoscere;
  • Procedure da imparare;

Il piano formativo completo si presenta in forma di matrice e si può vedere la possibilità di utilizzare lo stesso modulo (topic) in diversi percorsi, destinati a Tecnici con obiettivi finali diversi.

La piattaforma MOODLE per il Portale della Formazione CLINAIR

Il Portale della Formazione Clinair è stato realizzato con Moodle, una piattaforma open-source molto conosciuta per realizzare Portali desinati all’erogazione dei corsi in diverso modalità di studio, in particolare in modalità self-training.

Per CLINAIR abbiamo scelto la modalità self-study perché un tecnico deve essere in grado di riprendere la parte di formazione tecnica che gli serve, quando gli serve, anche se è già impegnato in attività operative. Moodle risponde a questo requisito perché realizza corsi che sono responsive rispetto al device con cui si accede al portale, quindi un tecnico può “ripassare” una parte della lezione che ha seguito in aula (magari parecchio tempo prima) direttamente sul suo telefonino.

Per controllare l’effettivo apprendimento, dopo ogni modulo didattico (max 5 minuti) sono state preparate diverse domande a risposta multipla, con la possibilità di dare rinforzi specifici in caso di risposte errate.

Esperienze acquisite sviluppando il Portale della Formazione

Per NS12 è stato molto utile realizzare il Portale della Formazione Clianir perché ci ha permesso di realizzare un intero corso di formazione con Moodle.

L’esperienza ha dimostrato che Moodle, per un piano di formazione tecnica di base, ha funzioni complete e sufficienti, in particolare sono apprezzabili i diversi profili gestiti in modo nativo dal sistema (Amministratore del Portale, Gestore del Materiale Didattico dei Corsi, Docente, Studente), le diverse possibilità di realizzare le domande, la gestione molto agevole di contenuti multimediali e testuali, le funzioni disponibili al docente per creare classi e controllare i risultati dei propri allievi.

Funzioni più avanzate, soprattutto per realizzare corsi con una interazione discente-corso più sofisticata, possono essere realizzate creando i corsi come pacchetti-SCORM, realizzati utilizzando strumenti esterni a Moodle. Di fatto SCORM non è un prodotto ma è uno standard per lo scambio di contenuti condivisibili, “Shareable Content Object Reference Model” (Modello di Riferimento per gli Oggetti di Contenuto Condivisibile) quindi esistono diversi prodotti commerciali che permettono di realizzare “pacchetti SCORM” che poi Moodle è in grado di eseguire come corsi. Non abbiamo esplorato queste possibilità, perché non previsto nel progetto iniziale CLINAIR.
Non si esclude, in ogni caso, di procedere con future analisi in tal senso.

Article by Ezio Giammarini
Program Manager

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