Caratterizzazione e simulazione di un generatore eolico di piccole dimensioni

Durante gli ultimi anni sta avendo sempre più rilevanza il problema del cambiamento climatico, dovuto principalmente all’emissione in atmosfera di gas serra. Una delle soluzioni da adottare è una transizione energetica verso fonti di energia rinnovabili e una progressiva elettrificazione di tutte le tecnologie che utilizzano ancora combustibili fossili. L’obiettivo di questa tesi di Laurea è analizzare e implementare un semplice modello in MATLAB/Simulink di una turbina eolica, conoscendo solo i dati di targa del generatore, la curva di potenza della turbina e avendo a disposizione dei dati reali di velocità del vento, potenza prodotta e velocità di rotore. Il progetto quindi consiste in un lavoro di reverse engineering in cui, partendo dai componenti reali, si cerca di ricavare, in maniera empirica e sperimentale, i parametri che ne caratterizzano il modello matematico. Successivamente è stato implementato un modello su Simulink, partendo da un modello già esistente, in cui si è simulato il comportamento della macchina, ottenendo una stima della potenza prodotta.

Uno studio dell'anatomia in 3 D per l'ingegneria biomedica

Il progresso tecnologico permette l’introduzione di sempre più nuove risorse e sistemi virtuali nel campo dell’ingegneria biomedica e della medicina. La Anatomage Table 7.0 (Anatomage Inc., San Jose, CA, USA) si presenta, ad oggi, come un dispositivo d’avanguardia. Utilizzato principalmente per l’insegnamento e lo studio tridimensionale di anatomia, fisiologia e istologia del corpo umano, mediante riproduzioni reali e ad alta definizione di ogni sezione corporea, potrebbe diventare utile e d’innovazione anche per il settore biomedicale. Per investigare il suo possibile utilizzo nel campo della biomedica, sono state analizzate le funzioni principali di questo tavolo anatomico. La ricerca non ha riguardato solo la parte anatomica, ma soprattutto la cinematica e la corposa Case library, che permette uno studio approfondito di numerose patologie, attraverso simulazioni ed esami caricati nell’applicazione TableEDU 8.0.2. Inoltre, per dare un esempio delle numerose capacità di questo device medico, sono andato a studiare l’articolazione di ginocchio, avendo la possibilità di utilizzare immagini DICOM di esami reali e la simulazione di un intervento coronario percutaneo. Questo ha permesso di evidenziare tutte le potenzialità di questo tavolo anatomico e di riflettere su nuove possibilità di utilizzo nel campo della biomedica.

Studio di fattibilità e simulazione termodinamica di un prototipo di pompa di calore a R290 di potenza nominale pari a 35 kW

L’elaborato presenta nel dettaglio le fasi di progettazione di un prototipo di unità idronica reversibile condensata ad aria avente come fluido refrigerante l’R290 ed una capacità frigorifera nominale in freddo di circa 35 kW partendo dalla struttura di una macchina già realizzata La progettazione è stata eseguita servendosi di un foglio di calcolo realizzato ad-hoc, presentando i metodi di bilancio per una macchina operante sia in regime di riscaldamento che raffrescamento, nonché il calcolo degli indici di efficienza puntuali e stagionali in accordo alla normativa vigente. In parallelo sono state eseguite le medesime simulazioni al calcolatore mediante l’impiego di un software tecnico di configurazione, mostrato nel dettaglio, con lo scopo di appurare l’accuratezza del software e capire se i bilanci energetici fossero stati condotti correttamente. Pertanto, nell'elaborato sono esposte le modalità con cui tale software è strutturato e come esso interagisce con i vari componenti costituenti la macchina modellata e simulata.

Stima della cinematica degli arti superiori per il controllo dell'equilibrio di un soggetto con esoscheletro di arto inferiore

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito degli studi finalizzati al miglioramento delle condizioni di stabilità degli esoscheletri attivi per gli arti inferiori. L’obiettivo principale di questa tesi è la stima in tempo reale dell’orientamento degli arti superiori a partire dalle grandezze in uscita dall’esoscheletro e da un sistema di sensori inerziali indossabili. Il primo capitolo descrive lo stato dell’arte degli esoscheletri per gli arti inferiori seguita da una breve analisi degli studi compiuti dalla ricerca per il controllo dell’equilibrio del sistema uomo-macchina con l’impiego di metodi diversi. Nel secondo capitolo viene presentato il modello biomeccanico uomo-esoscheletro-stampelle, le strategie utilizzate per il controllo dell’equilibrio del sistema, ed i metodi impiegati per la stima dell’orientamento delle braccia del soggetto. Nel terzo capitolo vengono riportati e discussi i risultati dell’applicazione dei metodi di stima della cinematica degli arti superiori che vengono ripresi nelle conclusioni nel quarto capitolo.

Sviluppo in Mixed Reality: i design pattern nei principali framework di sviluppo.

L'obbiettivo della seguente tesi è quello di analizzare quali sono ad oggi i migliori framework per lo sviluppo di software in Mixed Reality e studiare i design pattern più utili ad uno sviluppatore in questo ambito. Nel primo capitolo vengono introdotti i concetti di realtà estesa, virtuale, aumentata e mista con le relative differenze. Inoltre vengono descritti i diversi dispositivi che consentono la realtà mista, in particolare i due visori più utilizzati: Microsoft Hololens 2 e Magic Leap 1. Nello stesso capitolo vengono presentati anche gli aspetti chiave nello sviluppo in realtà mista, cioè tutti gli elementi che consentono un'esperienza in Mixed Reality. Nel secondo capitolo vengono descritti i framework e i kit utili per lo sviluppo di applicazioni in realtà mista multi-piattaforma. In particolare vengono introdotti i due ambienti di sviluppo più utilizzati: Unity e Unreal Engine, già esistenti e non specifici per lo sviluppo in MR ma che diventano funzionali se integrati con kit specifici come Mixed Reality ToolKit. Nel terzo capitolo vengono trattati i design pattern, comuni o nativi per applicazioni in realtà estesa, utili per un buono sviluppo di applicazioni MR. Inoltre, vengono presi in esame alcuni dei principali pattern più utilizzati nella programmazione ad oggetti e si verifica se e come sono implementabili correttamente su Unity in uno scenario di realtà mista. Questa analisi risulta utile per capire se l'utilizzo dei framework di sviluppo, metodo comunemente più utilizzato, comporta dei limiti nella libertà di sviluppo del programmatore.

Analisi e ottimizzazione strutturale di una pressa di colaggio per la produzione di sanitari

L'odierna volatilità dei costi delle materie prime e il generale aumento dei prezzi legati all'energia, rendono necessario lo sviluppo di strategie atte a contenerne le conseguenze, in modo particolare all'interno delle innumerevoli realtà industriali che risultano inevitabilmente coinvolte. Il seguente elaborato è incentrato sull’analisi del funzionamento di una pressa per il colaggio di articoli sanitari in ceramica e sulla ricerca di soluzioni costruttive alternative del telaio della macchina che garantiscano le medesime prestazioni dell’originale ma con un’eventuale diminuzione sul costo di produzione. Ai fini dell’analisi vengono sviluppati una serie di modelli matematici (sia analitici che basati sui metodi numerici) con l’obiettivo di studiare lo stato deformativo e tensionale della macchina, valutare le condizioni di carico a cui sono soggette le varie giunzioni (saldate e bullonate) e individuare eventuali criticità. Il medesimo approccio è utilizzato nell’analisi delle soluzioni alternative sviluppate all’interno dell’elaborato. Su di esse viene poi svolta una stima dei costi di produzione da confrontare con i costi relativi agli equivalenti semilavorati presenti nella struttura originale, in modo da individuare e valutare un eventuale vantaggio in termini economici.

VRSDE: implementazione di tecnologie AR e VR all'interno dei processi di Car Design. Caso Studio: Maserati Gran Turismo

Con il seguente elaborato ci si è posti come oggetto di ricerca il valutare e mostrare come l’implementazione delle nuove tecnologie di realtà virtuale e aumentata possano portare un miglioramento al metodo di studio e lavoro dello Stylistic Design Engineering nello sviluppo di un concept design di un nuovo veicolo. Si illustreranno i cambiamenti apportati dall’utilizzo di un software di modellazione in realtà virtuale lungo tutto il processo di sviluppo, mettendo in evidenza la grande potenzialità di poter essere un forte strumento di condivisione e integrazione in ogni fase del progetto di tutte le figure professionali coinvolte nello sviluppo del prodotto.

“Razionalizzazione ed efficientamento del sistema produttivo: Il Caso C.M.I Cerniere Meccaniche Industriali”

Nel mondo dell’industria, la produzione senza sprechi costituisce fonte di vantaggio competitivo. Per questo, molte aziende cercano di efficientare i propri processi attraverso gli strumenti della Lean Manufacturing. L’obiettivo di questa tesi è proprio quello di trovare una soluzione per la minimizzazione degli sprechi all’interno del contesto aziendale in cui sono stato inserito come tirocinante. In primis, si cercherà di descrivere in modo dettagliato l’azienda pressa la quale si è svolta l’attività di tirocinio. Successivamente verrà illustrato lo stato AS-IS dell’azienda insieme alle problematiche che sta fronteggiando in questo momento. Dopo la descrizione del problema all’interno del contesto aziendale, si analizzeranno i dati presi direttamente sul campo di lavoro. A seguire, dopo l’approvazione da parte del top management della soluzione migliorativa trovata, avverrà la descrizione dello stato TO-BE. In conclusione, verranno messi a confronto i dati dello stato AS-IS con quelli del TO-BE per costruire il dato aggregato dell’attività svolta in azienda. Questo riassume brevemente il lavoro di tesi svolto in azienda, che ha permesso di ridurre di qualche punto percentuale i fermi macchina e di efficientare il sistema produttivo.

Analisi sperimentale delle prestazioni di una pompa di calore dual-source in configurazione geotermica al variare della lunghezza del campo sonde

Nell’ambito di questa Tesi è stata svolta un’analisi sperimentale delle prestazioni di una pompa di calore dual-source (DSHP). Essa è una pompa di calore a doppia sorgente in grado di scambiare potenza termica con due diversi serbatoi termici esterni: aria e terreno. Il campo sonde è composto da quattro sonde geotermiche a doppio tubo ad U, due da 60m e due da 100m, disposte in linea ed accoppiate ad una camera climatica per test su pompe di calore elettriche. Sono stati eseguiti test sul prototipo DSHP in configurazione geotermica stabilendo dei criteri per lo svolgimento delle prove, che in corso d’opera sono stati perfezionati. è stata eseguita la calibrazione dei sensori di temperatura, le termocoppie e le termoresistenze, che sono state collocate lungo il circuito idronico e in camera climatica, dove è installata la DSHP. Invece, per monitorare la temperatura del terreno viene impiegato un filo in fibra ottica inserito rispettivamente nella mandata e nel ritorno di uno dei tubi ad U delle sonde da 60m e da 100m. Si è stabilito di affidarci esclusivamente ai valori di offset che la centralina DTS, alla quale sono collegati i quattro filamenti in fibra ottica, applica di volta in volta sulle misurazioni di temperatura. È stata curata nel dettaglio una prova condotta mantenendo attive tutte le sonde del campo geotermico. Al fine di definire le prestazioni della pompa di calore, è stato eseguito il calcolo del Coefficient of Performance (COP) della macchina lungo lo svolgimento della prova, in modo da poter confrontare questo risultato con quelli ottenuti nelle differenti configurazioni analizzate in questa Tesi. I risultati contenuti in questa tesi hanno permesso di stabilire i tempi di scarica e recupero del terreno, l’entità dell’interferenza che si genera tra sonde adiacenti sottoposte ad un carico termico e di studiare il comportamento del terreno nei suoi strati più superficiali in funzione delle condizioni metereologiche esterne.

Progettazione di un modulo di rinnovo dell'aria ambiente con recupero termico. Applicazione ad un caso reale

L’elaborato riguarda la progettazione di un modulo di rinnovo dell’aria ambiente con recupero termico, che integri anche la funzione di climatizzazione invernale ed estiva. L’applicazione è partita dall’analisi di un caso reale, ossia la palazzina uffici dell’azienda Galletti S.p.A. Per tutti gli uffici interessati si è proceduto alla verifica del carico termico invernale, nonché dei fabbisogni di aria di rinnovo sulla base dei tassi di occupazione previsti dalle norme e parallelamente dei tassi di occupazione reali. In tale elaborato vengono illustrate le due normative relative alla ventilazione applicabili in Italia, quella italiana (UNI 10339) e quella europea (UNI EN 16798-1), le quali permetteranno di ottenere i valori di ricambi d’aria necessari per i singoli ambienti. Per effettuare i ricambi di aria si è scelto di dimensionare un sistema di VMC puntuale. Successivamente si sono analizzati i principali inquinanti indoor e tra questi è stata scelta come indice di qualità dell’aria interna la concentrazione di CO2, in quanto il controllo della sua concentrazione permette di avere un indice di un corretto ricambio dell’aria ambiente. Per effettuare il dimensionamento della macchina si sono presi come locali tipo undici uffici dello stabilimento Galletti. Nel lavoro di selezione sono stati individuati i recuperatori a piastre in alluminio e i ventilatori necessari. Si è poi applicato un modello dinamico di accumulo di CO2 in ambienti chiusi creato in Galletti per monitorare l’andamento della concentrazione di CO2 nel tempo con diversi valori di portata di rinnovo, considerando tre livelli di isolamento dell’involucro. Il modello fornisce indicazioni sul tipo di regolazione che si prevede per la macchina. Per ciascun ambiente è stata formulata una proposta di sostituzione dell’unità di climatizzazione presente (fan coil) con una nuova unità in grado di fare fronte al tasso di rinnovo richiesto ed alla climatizzazione invernale in condizioni di progetto.

Analisi sperimentale e riprogettazione di un sistema di pesatura IPC per il controllo di qualità

Il presente elaborato descrive il percorso effettuato sulla macchina XTREMA, prodotta dalla divisione Life del gruppo IMA. Il progetto ha come fine il miglioramento delle prestazioni della macchina, quantificate principalmente in termini di accuratezza del prodotto dosato e di prodotti processati in un arco di tempo. Il Capitolo 1 fornisce un iniziale studio delle caratteristiche e del funzionamento della macchina, con successiva focalizzazione sul sistema di controllo peso. Con l’obiettivo di definire le prestazioni del sistema di controllo peso, nel Capitolo 2 è impostata una campagna sperimentale di test che permette di studiare lo stato attuale del sistema, identificando l’influenza dei vari parametri di funzionamento sulle perfomances, portando alla luce le criticità della macchina. Viene quindi analizzato il gruppo, individuando le cause delle problematiche e identificando su quali campi agire per incrementare velocità di funzionamento e accuratezza del sistema. All’interno del Capitolo 3 entrambi i componenti del sistema di controllo peso, discensore e gruppo di bilance, sono quindi riprogettati per risolvere le criticità rilevate. Nel Capitolo 4 viene affrontato il montaggio del prototipo in una macchina dedicata alle prove, dove viene impostata una nuova campagna di test con l’obiettivo collaudare il sistema e validarne le prestazioni. Confrontando le prove si dimostrerà che il nuovo prototipo, oltre ad aumentare il numero di flaconi pesati al minuto, permette di risolvere le problematiche del precedente sistema, consentendo di ottenere un’accuratezza del controllo peso superiore a quanto riscontrato nella campagna iniziale di prove svolta inizialmente.

Calcolo strutturale tramite simulazione agli elementi finiti ed analisi delle criticità di macchinari della linea di prodotto Handling

Questa tesi si propone di analizzare due macchinari della linea di “Handling” della divisione Active di IMA S.p.A., ovvero la macchina “Cyclops” e la macchina “Hercules”. Per entrambe le macchine si vuole svolgere un’analisi completa dei rischi strutturali: si vogliono individuare, infatti, i componenti strutturalmente critici al fine di proporre migliorie e soluzioni per evitare problematiche o danneggiamenti alle macchine. Per l’individuazione delle criticità strutturali, la prima cosa effettuata è stata un’analisi del funzionamento dei macchinari, attraverso uno studio dei singoli componenti e dei loro montaggi, a cui è seguita un’analisi dei carichi e delle sollecitazioni agenti su entrambe le macchine in condizioni di lavoro standard. A valle di queste analisi è stato possibile, quindi, individuare i componenti maggiormente sollecitati e, con l’ausilio di un software di nome Creo Simulate, ovvero un’estensione del software PTC Creo, molto diffuso nell’ambito della progettazione 3D di componenti industriali, sono state eseguite delle simulazioni virtuali di calcolo agli elementi finiti. Dall’analisi dei risultati delle simulazioni eseguite al calcolatore si sono evidenziate le eventuali criticità di ogni componente proponendo modifiche di progettazione, sia in termini di modifica della geometria del componente, sia riguardo a possibili modifiche nella scelta dei materiali. In aggiunta alle simulazioni virtuali, per completezza d’analisi, sono state svolte anche analisi strutturali di tipo analitico per la verifica di collegamenti bullonati e collegamenti saldati e per la verifica a fatica di alberi in rotazione.

Stereo matching su GPU

La Stereo Vision è un popolare argomento di ricerca nel campo della Visione Artificiale; esso consiste nell’usare due immagini di una stessa scena,prodotte da due fotocamere diverse, per estrarre informazioni in 3D. L’idea di base della Stereo Vision è la simulazione della visione binoculare umana:le due fotocamere sono disposte in orizzontale per fungere da “occhi” che guardano la scena in 3D. Confrontando le due immagini ottenute, si possono ottenere informazioni riguardo alle posizioni degli oggetti della scena.In questa relazione presenteremo un algoritmo di Stereo Vision: si tratta di un algoritmo parallelo che ha come obiettivo di tracciare le linee di livello di un area geografica. L’algoritmo in origine era stato implementato per la Connection Machine CM-2, un supercomputer sviluppato negli anni 80, ed era espresso in *Lisp, un linguaggio derivato dal Lisp e ideato per la macchina stessa. Questa relazione tratta anche la traduzione e l’implementazione dell’algoritmo in CUDA, ovvero un’architettura hardware per l’elaborazione pa- rallela sviluppata da NVIDIA, che consente di eseguire codice parallelo su GPU. Si darà inoltre uno sguardo alle difficoltà che sono state riscontrate nella traduzione da *Lisp a CUDA.

Il ruolo della digitalizzazione nella gestione del flusso documentale tecnico all'interno di un'azienda produttrice di beni strumentali

La crescente diffusione della Digitalizzazione all’interno di numerosi settori industriali sta trasformando le imprese, persino in aree che da sempre dipendono dalla materialità fisica. Infatti, grazie all’avviamento di una trasformazione digitale nell’operatività aziendale è possibile aumentare la propria efficienza produttiva e la propria flessibilità, producendo un effetto senza precedenti sulla competitività della catena del valore globale. Sebbene i vantaggi attuali e potenziali della produzione digitale siano notevoli, spesso le imprese manifatturiere risultano essere ritardatarie nell’adozione di strategie digitali. Più precisamente, il seguente elaborato di Tesi si è focalizzato sulla digitalizzazione degli elaborati tecnici meccanici all’interno di un’azienda leader nella progettazione e costruzione di macchine e linee personalizzate atte al confezionamento di prodotti farmaceutici e cosmetici: Marchesini Group S.p.A. In particolare, inizialmente lo studio si è concentrato sull’analisi dell’attuale utilizzo del disegno tecnico all’interno della catena produttiva di una macchina automatica e, successivamente, sull’elaborazione di una proposta di sviluppo di un applicativo che fosse in grado di eliminare efficacemente il formato cartaceo degli elaborati tecnici mediante una digitalizzazione degli stessi e dei processi gestionali che lo utilizzano. Pertanto, un primo obiettivo della presente Tesi è analizzare le diverse criticità connesse all’attuale gestione della produzione di una macchina automatica in termini di tempi, costi ed inefficienze dovute prevalentemente alla presenza del formato cartaceo dei documenti tecnici. In aggiunta, come secondo obiettivo, si vuole verificare che la proposta di sviluppo di un applicativo funzionale alla digitalizzazione dei disegni tecnici non comporterebbe dei benefici solamente in termini economici ma anche in termini di produttività, in quanto migliorerebbe le prestazioni all’interno dell’intero sistema produttivo.

Studio, progettazione e sviluppo della nuova soluzione a velocità incrementata per dispositivi di taglio

Il mondo delle macchine automatiche è in costante evoluzione, ed è in questo contesto che si colloca l’attività di analisi e progettazione oggetto di questo studio. Tutto questo è stato svolto presso l’azienda G.D S.p.A. All’interno dell’Ufficio Tecnico dell’azienda, in collaborazione con l’Ufficio Calcolo, è stata analizzata la resistenza dei componenti, il comportamento deformativo e lo stato tensionale di una testa di taglio principalmente per filtri e cannucce, con lo scopo di sviluppare una nuova soluzione a velocità incrementata, già presente in diverse macchine automatiche e che verrà implementata in molte altre ancora in fase di produzione e progettazione. A tale scopo vengono effettuate diverse verifiche sui componenti, confrontando continuamente i risultati con la situazione attuale di funzionamento e con innovative simulazioni dinamiche e FEM, sull’intero assieme, con lo scopo di prendere in considerazione il maggior numero di contributi alle sollecitazioni, alle deformazioni ed alle vibrazioni possibili, che potrebbero causare criticità o malfunzionamenti del sistema, modellando nel modo più realistico possibile il funzionamento e la movimentazione del meccanismo. L’attuale produttività massima della macchina si attesta su 5000 pz/min con una velocità di rotazione della testa di taglio di 2500 rpm. L’analisi e il miglioramento del sistema ha l’obiettivo di aumentare la velocità di produzione, e quindi di rotazione, a 6000 pz/min e 3000 rpm. Viene infine analizzata la nuova soluzione, verificando anche con prove di funzionamento la validità delle simulazioni e della riprogettazione effettuati. Sono stati studiati e presi in considerazione tutti gli aspetti fondamentali della testa di taglio, nel suo assieme e di ogni suo componente, con lo scopo di migliorarne le prestazioni e la produttività garantendo la sicurezza del meccanismo e al tempo stesso un funzionamento ottimale con la creazione di un prodotto di ottima qualità.