Dimensionamento dell'azionamento elettrico di un piano vibrante

Questo elaborato riguarda il dimensionamento di un motore brushless lineare utilizzato in un piano vibrante per l’alimentazione di fiale, flaconi e carpule in macchine per il packaging farmaceutico: in particolare con questo piano vibrante si alimentano macchine astucciatrici e termoformatrici. Con packaging farmaceutico si intente tutto ciò che comporta il confezionamento di prodotti legati al mercato farmaceutico, ma macchinari simili soddisfano anche il mercato per il confezionamento di prodotti alimentari e cosmetici. Il piano vibrante descritto nella trattazione, svolge sia la funzione di alimentazione del prodotto nella macchina, sia quella di buffer. La tesi è stata svolta all’interno di Marchesini Group S.p.a., gruppo industriale fondato nel 1974 che vanta una posizione di livello mondiale nel settore delle macchine automatiche: in particolare si occupa dell’automazione per packaging nel settore farmaceutico, cosmetico e alimentare. Avendo dovuto fare un intervento di sostituzione di un motore su un gruppo già in funzione, nella riprogettazione dei particolari si è cercato di apportare il minor numero di modifiche possibile, per minimizzare il numero di pezzi da sostituire qualora un motore in funzione si rompa o venga danneggiato. Questo studio mi ha dato la possibilità di approfondire diversi aspetti della progettazione meccanica: in particolare ho avuto la possibilità di utilizzare Creo Parametric, il programma di disegno 3D usato in Marchesini, e quindi approfondire molteplici aspetti e regole del disegno e della messa in tavola. Insieme a questo, oltre a studiare le diverse tipologie di motori lineari ho potuto approfondire i metodi di scelta di un motore lineare, consultando anche i fornitori.

Tecniche di misura della risposta impulsiva di ambienti indoor in ambito acustico

Questo elaborato si pone l’obiettivo principale di formulare una metodologia volta alla misura sperimentale della risposta impulsiva di ambienti indoor in ambito acustico. Lo studio della risposta impulsiva di una stanza trova diverse applicazioni nell’ambito dell’ingegneria acustica. Essa contiene infatti informazioni sulla geometria della stanza stessa, che può essere ricostruita con appositi algoritmi. È sovente impiegata anche in campo architettonico per progettare interventi di correzione o ottimizzazione acustica. In questo elaborato si darà spazio ad una terza applicazione: si utilizzerà la risposta impulsiva misurata in una determinata stanza per aggiungere effetti ambientali a suoni registrati in camere anecoiche. Per perseguire quest’obiettivo, nel capitolo 1 si richiamano i concetti di base riguardo i sistemi LTI, funzioni di trasferimento e risposta impulsiva, approfondendo gli aspetti legati alle tecniche tradizionalmente usate per la misura della risposta impulsiva in ambito acustico. Si pone poi la base teorica del metodo sperimentale che sarà sviluppato nel corso dell’elaborato, fondato sulla stima numerica dello spettro di segnali ad energia finita. Nel secondo capitolo s’illustra l’impostazione della catena di misura, chiarendo le scelte hardware intraprese, le motivazioni di tali scelte, il funzionamento generale dei dispositivi impiegati e le condizioni ottimali di misura. Il capitolo 3 rappresenta il cuore di questo elaborato, nel quale viene illustrata l’implementazione vera e propria della metodologia della misura della risposta impulsiva, a partire dal settaggio degli strumenti utilizzati, alla realizzazione del codice MATLAB per l’elaborazione dei dati, per giungere infine all’analisi dei risultati sperimentali ottenuti. Con il quarto ed ultimo capitolo si introduce il concetto di equalizzazione e si implementa una prima e grossolana soluzione al problema degli effetti distorcenti introdotti dai dispositivi non ideali.

Principi di funzionamento e applicazioni della tecnologia laser nella chirurgia refrattiva

La chirurgia refrattiva è una delle branche della medicina con il più alto bacino di potenziali pazienti, a causa dell’enorme incidenza nella popolazione dei difetti visivi, in particolare la miopia. E’ infatti stato stimato che il 20% della popolazione mondiale ne sia affetto, e solo in Italia gioverebbero di un intervento più di 8.000.000 di persone. L’obiettivo di questa tesi è mostrare i principi fisici, le caratteristiche e il funzionamento dei principali strumenti usati per la cura di questi difetti, ovvero il laser ad eccimeri e il laser a femtosecondi; oltre alle diverse operazioni chirurgiche in cui vengono utilizzati, le quali sono tutt’ora in continua evoluzione. Nel primo capitolo viene effettuata una breve presentazione dell’anatomia oculare,in particolare della cornea e dei difetti refrattivi; nel secondo vengono invece trattati i principi fisici su cui si basa la creazione di un raggio laser e si presentano le principali famiglie di laser chirurgici. Nel terzo capitolo ci si focalizzerà sul laser ad eccimeri, partendo da una trattazione degli eccimeri per poi passare alla struttura e caratteristiche della macchina e alle operazioni chirurgiche in cui viene usata. Infine nel quarto capitolo viene presentato il laser a femtosecondi, partendo dalla creazione di impulsi ultracorti per poi analizzare le operazioni chirurgiche che sfruttano questa tecnologia.

Studio dell'influenza dei parametri di processo nella tempra laser di acciaio C48

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare l’influenza dei parametri caratteristici di una macchina laser temprante. Il materiale su cui sono state effettuate le prove è un acciaio C48 . Il lavoro è suddiviso nelle seguenti fasi : Studio delle sorgenti laser Prove in laboratorio Preparazione e studio metallografico dei campioni Analisi dei risultati Nei primi tre capitoli verranno esposte, in maniera più o meno dettagliata, le nozioni teoriche riguardanti le sorgenti laser, sul quale verte il lavoro di tesi. Nel dettaglio verranno descritte: la natura fisica delle sorgenti laser, ossia delle onde elettromagnetiche, le loro proprietà, la sorgente più comune dal punto di vista industriale, i sistemi di trasporto e di focalizzazione del fascio in fibra ottica e l’interazione laser-materia, che rappresenta il punto di partenza delle lavorazioni mediante laser. Successivamente, nel capitolo 4, l’esposizione verterà sul particolare impiego del laser nelle operazioni di tempra. nel capitolo 5, verrà descritta l’attività svolta: le specifiche della macchina, i parametri dell’impulso utilizzati, i risultati numerici delle misurazioni e le foto delle zone temprate. Per rendere più chiaro il seguito, passerò ad una piccola parte introduttiva, che verrà poi approfondita nel dettaglio successivamente, sui principali campi d’impiego della tecnologia laser, le applicazioni industriali ed i componenti di una generica stazione di lavorazione mediante laser.

Studio e validazione sperimentale di un nuovo sistema per ultrafiltrazione in emodialisi

La dialisi, le cui basi sono state fondate a metà ottocento dal chimico Thomas Graham, è la terapia, alternativa al trapianto, utilizzata su pazienti affetti da insufficienza renale. Ad oggi tale terapia ha un numero sempre maggiore di utilizzatori, più di 2,5 milioni di persone al mondo, ragione per cui ha un impatto sempre più grande sul sistema sanitario. La terapia, ha come scopo principale quello ripristinare gli equilibri idro-elettrolitico e acido-base del sangue del paziente utilizzando principi quali ultrafiltrazione, convezione e diffusione. Per raggiungere questo obiettivo, il sangue del paziente viene fatto scorrere controcorrente al liquido di dialisi, di composizione nota, ai capi di una membrana semipermeabile. Nel caso dell’emodialisi tutto il processo si svolge in circolazione extracorporea. La dialisi viene eseguita quando i reni del paziente non riescono più a espletare la loro funzione, con conseguente accumulo di tossine e di liquidi, che nel giro di pochi giorni porterebbe alla morte se non si interviene. Data la sua funzione, una parte importante della macchina che esegue l’emodialisi, è il sistema di controllo dell’ultrafiltrazione, che permette di rimuovere in maniera controllata i liquidi che il paziente non riesce a smaltire in maniera autonoma. La rimozione di liquidi avviene mediante la creazione di un gradiente pressorio tra il lato sangue e il lato dializzato, che causa il passaggio di liquidi da una parte all’altra della membrana semipermeabile. Esistono vari metodi che permettono di realizzare questo processo, che si differenziano per la strategia utilizzata per creare i gradienti pressori; ognuno dei quali permette di ottenere una determinata accuratezza. Scopo del mio lavoro di tesi è stato quello di studiare e validare un nuovo sistema di realizzazione e controllo dell’ultrafiltrazione.

Sviluppo ed applicazione di tecniche di Multiple Kernel Learning per dati di neuroimaging

Questo lavoro di tesi riguarda lo studio e l’implementazione di un algoritmo di multiple kernel learning (MKL) per la classificazione e la regressione di dati di neuroimaging ed, in particolare, di grafi di connettività funzionale. Gli algoritmi di MKL impiegano una somma pesata di vari kernel (ovvero misure di similarità) e permettono di selezionare le features utili alla discriminazione delle istanze durante l’addestramento del classificatore/regressore stesso. L’aspetto innovativo introdotto in questa tesi è stato lo studio di un nuovo kernel tra grafi di connettività funzionale, con la particolare caratteristica di conservare l’informazione relativa all’importanza di ogni singola region of interest (ROI) ed impiegando la norma lp come metodo per l’aggiornamento dei pesi, al fine di ottenere soluzioni sparsificate. L’algoritmo è stato validato utilizzando mappe di connettività sintetiche ed è stato applicato ad un dataset formato da 32 pazienti affetti da deterioramento cognitivo lieve e malattia dei piccoli vasi, di cui 16 sottoposti a riabilitazione cognitiva tra un’esame di risonanza ma- gnetica funzionale di baseline e uno di follow-up. Le mappe di con- nettività sono state ottenute con il toolbox CONN. Il classificatore è riuscito a discriminare i due gruppi di pazienti in una configurazione leave-one-out annidata con un’accuratezza dell’87.5%. Questo lavoro di tesi è stato svolto durante un periodo di ricerca presso la School of Computer Science and Electronic Engineering dell’University of Essex (Colchester, UK).

Soluzioni per il controllo delle testine di lettura/scrittura in hard disk drive magnetici

Questa tesi descrive alcune tecniche realizzative e algoritmi di controllo per il posizionamento delle testine di lettura/scrittura in hard disk drive magnetici. Viene presentata l'attuazione a due stadi delle testine per incrementare la banda frequenziale del sistema, in cui un motore VCM funge da primo stadio e come secondo stadio si utilizza un microattuatore, di tipo piezoelettrico o elettromagnetico o elettrotermico. Il posizionamento della testina sulle tracce magnetiche dei dischi contenenti i dati si divide in due fasi: track-seeking e track-following, che presentano diversi requisiti di velocità e precisione, per questo motivo si descrive il metodo dello switching control. Successivamente viene formulato un modello matematico nello spazio degli stati degli stati dell'attuatori a due stadi e il relativo controllo in retroazione, basato su osservatore dello stato. Inoltre per il track-seeking si propone il controllo a due gradi di libertà e per il track-following il metodo del disaccoppiamento della sensitività. Infine si riportano due novità tecnologiche per gli hard disk magnetici: l'attuazione a tre stadi, che sfrutta un secondo microattuatore, di tipo termico, e gli hard disk riempiti d'elio ed ermeticamente sigillati, che semplificano il controllo grazie alla minore turbolenza del gas e al suo minor peso.

Tecniche innovative di modellazione diretta nell'early stage design

Partendo da un’analisi dei problemi che si incontrano nella fase di conceptual design, si presentano le diverse tecniche di modellazione tridimensionale, con particolare attenzione al metodo subdivision e agli algoritmi che lo governano (Chaikin, Doo – Sabin). Vengono poi proposti alcuni esempi applicativi della modellazione free form e skeleton, con una successiva comparazione, sugli stessi modelli, delle sequenze e operazioni necessarie con le tradizionali tecniche di modellazione parametrica. Si riporta un esempio dell’utilizzo del software IronCAD, il primo software a unire la modellazione parametrica e diretta. Si descrivono le limitazioni della modellazione parametrica e di quella history free nella fase concettuale di un progetto, per arrivare a definire le caratteristiche della hybrid modeling, nuovo approccio alla modellazione. Si presenta brevemente il prototipo, in fase di sviluppo, che tenta di applicare concretamente i concetti dell’hybrid modeling e che vuole essere la base di partenza per una nuova generazione di softwares CAD. Infine si presenta la possibilità di ottenere simulazioni real time su modelli che subiscono modifiche topologiche. La simulazione real time è permessa dalla ridefinizione in forma parametrica del problema lineare elastico che viene successivamente risolto mediante l’applicazione congiunta delle R – Functions e del metodo PGD. Seguono esempi di simulazione real time.

Progettazione di un gruppo test di integrità per sacche farmaceutiche

Nel quarto capitolo introduco il problema e spiego il funzionamento generale della macchina senza essere troppo dettagliato per mantenere i segreti industriali che siamo tenuti a rispettare. Le proposte di soluzioni sono state sviluppate sia da me, ragionando sul gruppo singolo ma anche sul gruppo complessivo in generale, altre invece sono state proposte dal mio correlatore, l’ingegner Fabrizio Rimondi, e anche il confronto con altri colleghi dell’ufficio tecnico è stato fondamentale per la realizzazione e il funzionamento del gruppo. Nel capitolo successivo ho spiegato in dettaglio le mie idee di soluzioni mettendo i relativi disegni di ogni componente di volta in volta dopo ogni modifica significativa. Ad ogni proposta ho cercato sempre di mettere le mie opinioni in merito cercando di valutare al meglio ogni tipo di approccio. Durante lo studio dei vari casi mi sono interfacciato continuamente con i fornitori per sapere se alcune delle nostre idee fossero realizzabili e quindi capire se continuare con una certa decisione o cambiare metodo di risoluzione. Dopo aver ideato 4 tipi di soluzioni abbiamo avuto un confronto con l’azienda cliente sentendo anche la loro opinione e arrivando alla decisione finale, portando delle modifiche a una delle soluzioni che ci è sembrata la più adatta al caso. Successivamente per capire se quel tipo di soluzione fosse possibile da implementare ho cercato vari fornitori per sentire la loro opinione e sapere se alcuni componenti fossero realizzabili portando le ultime modifiche alle singole parti. Successivamente nel settimo capitolo ho iniziato uno studio sul gruppo pompa da scegliere per collegarlo al gruppo oggetto di studio. Inizialmente ho fatto un’introduzione generale sulle pompe a vuoto e compressori volumetrici, dopodiché ho cercato, tra i vari cataloghi disponibili su internet, una pompa a vuoto idonea per i parametri richiesti dall’azienda cliente.

Analisi statistica sull'esposizione media di operatori di radiologia interventistica

Questo lavoro si pone l'obiettivo di fornire stime della dose efficace annua e della dose al cristallino annua per operatori di radiologia interventistica. Ci si concentra inoltre sulla dose al cristallino vista la recente direttiva EURATOM che dovrà essere recepita dalla normativa italiana entro febbbraio 2018. Ci si è occupati di una equipe di tre medici radiologi operanti presso il reparto di Neuroradiologia dell'Ospedale Bellaria di Bologna che lavora principalmente con un angiografo biplanare. Il lavoro sperimentale ha avuto inizio delineando il campo di radiazione presente nella sala operatoria ed in particolare, nei pressi del primo medico operatore che è risultato essere quello più esposto alle radiazioni. Il campo di radiazione è stato definito tramite misurazioni con camera a ionizzazzione utilizzando dei fantocci in PMMA simulanti un paziente. Determinati i valori del campo di radiazione e stabiliti alcuni parametri fissi si è cercato un parametro (possibilmente registrato dalla macchina) che permettesse una correlazione tra il carico di lavoro degli operatori e la dose da essi ricevuta in modo da ricavare stime sul lungo periodo. Questo è stato individuato nel DAP totale (registrato automaticamente dopo ogni intervento e presenti nei report) grazie alla presenza di mappe isokerma fornite dalla ditta costruttrice dell'angiografo. Tali mappe forniscono una relazione tra Kerma e DAP al variare di alcuni parametri di macchina. Affinchè fosse possibile utilizzare le mappe isokerma ne è stata necessaria la verifica tramite ulteriori misure sperimentali (nelle stesse condizioni operative definite nelle mappe). Effettuata la verifica si è determinato il carico di lavoro degli operatori per quattro mesi, assunto come periodo sufficientemente lungo per una stima sulla dose assorbita annua. Combinando i carichi di lavoro con i valori di dose assorbita rilevati si sono ottenute le stime obiettivo della tesi che vengono discusse sotto vari aspetti.

Modellazione 3D e analisi dello stato tenso-deformativo di una calandra per la produzione di tubi di acciaio a saldatura elicoidale

Il lavoro di indagine che è stato sviluppato nella presente tesi è volto a valutare, attraverso metodi FEM, ossia tecniche numeriche computazionali, le sollecitazioni e le deformazioni che agiscono sul telaio di uno "Stampo", macchina che realizza l'operazione di calandratura della lamiera nella produzione di tubi di acciaio a saldatura elicoidale. In particolare l’analisi riportata in questo documento può ritenersi uno studio preliminare che ha lo scopo di creare un simulatore tenso-deformativo che permetta di realizzare un futuro lavoro di validazione del modello, quindi esso è stato realizzato nel modo più flessibile possibile, in modo che sia agevole, anche in un secondo tempo, introdurvi delle modifiche. Il Software utilizzato per la realizzazione dell'analisi FEM è Salomé-Meca accompagnato dal risolutore Code Aster. Oltre all'analisi sul Telaio dello Stampo si è effettuato uno studio preliminare, di validità generale, in cui si riportano in dettaglio le operazioni da effettuare per lo studio degli Assembly. In particolare è stato utilizzato il software Efficient per la creazione del file di comando.

Applicazione di tecniche di Reliability, Availability e Maintainability analysis in un’azienda produttrice di macchine automatiche. Il caso Ima S.p.A.

Il seguente lavoro di tesi è nato durante un’attività di stage della durata di 7 mesi svolto all’interno della divisione Tea&Coffe di IMA S.p.A., azienda leader mondiale nella produzione di macchine automatiche per il confezionamento di prodotti farmaceutici, cosmetici, alimentari, tè e caffè. Le attività svolte si collocano all’interno di un progetto avviato da IMA per promuovere il passaggio ad un modello di industria necessariamente più evoluta, facendo leva sull’attitudine ad integrare e sviluppare nuove conoscenze e nuove tecnologie interdisciplinari e, allo stesso tempo, di massimizzare la sinergia tra le dimensioni tecnica ed economica, comportando una reale riduzione di sprechi nella filiera produttiva, commerciale ed ambientale. I moderni impianti di produzione devono infatti affrontare una sfida che li vede alla continua ricerca della produttività, ovvero di una produzione che remuneri velocemente e con ampi margini gli investimenti effettuati, della qualità dei prodotti e dei processi di produzione, ovvero della garanzia di soddisfacimento delle aspettative espresse ed inespresse del cliente, e della sicurezza per la salvaguardia della collettività e dell’ambiente. L’obiettivo di questo elaborato è stato quello di effettuare lo studio affidabilistico di una macchina automatica per la produzione di bustine di tè al fine di poterne studiare il suo comportamento al guasto e di elaborare in un secondo momento le politiche manutentive ottimizzate che ne permettano una gestione più efficiente. In questo ambito la macchina è stata scomposta in gruppi e sono stati esaminati tutti i pezzi di ricambio che sono stati richiesti in un arco temporale di durata pari a dieci anni, il fine è quello di poter individuare ed effettuare un’analisi affidabilistica dei componenti critici per poi procedere, attraverso l’uso di piattaforme software quali Weibull++ e Blocksim, col modellarne le distribuzioni statistiche e simulare il funzionamento del sistema nel suo complesso.

Osservatore e controllore sensorless ad elevate prestazioni per propulsione elettrica di Unmanned Aerial Vehicles

Negli ultimi anni, tra le varie tecnologie che hanno acquisito una sempre maggiore popolarità e diffusione, una di particolare rilevanza è quella degli Unmanned Aerial Vehicles. Di questi velivoli, quelli che stanno riscuotendo maggiore successo sono i multirotori, alimentati esclusivamente da azionamenti elettrici disposti in opportune posizioni della struttura. Particolari sforzi sono stati recentemente dedicati al miglioramento di questa tecnologia in termini di efficienza e precisione, tuttavia quasi sempre si trascura la vitale importanza dello sfruttamento efficiente dei motori elettrici. La tecnica di pilotaggio adottata nella quasi totalità dei casi per questi componenti è il BLDC sensorless, anche se la struttura si dimostra spesso essere PMSM, dunque inadatta all’uso di questa strategia. Il controllo ideale per i PMSM risulterebbe essere FOC, tuttavia per l'implementazione sensorless molti aspetti scontati nel BLDC devono essere affrontati, in particolare bisogna risolvere problemi di osservazione e identificazione. Durante la procedura di avviamento, efficienti strategie di self-commissioning vengono adottate per l’identificazione dei parametri elettrici. Per la fase di funzionamento nominale viene proposto un osservatore composto da diversi componenti interfacciati tra loro tramite un filtro complementare, il tutto al fine di ottenere una stima di posizione e velocità depurata dai disturbi. In merito al funzionamento in catena chiusa, vengono esposte valutazioni preliminari sulla stabilità e sulla qualità del controllo. Infine, per provare la validità degli algoritmi proposti, vengono mostrati i risultati delle prove sperimentali condotte su un tipico azionamento per UAV, pilotato da una scheda elettronica progettata appositamente per l’applicazione in questione. Vengono fornite inoltre indicazioni sull’implementazione degli algoritmi studiati, in particolare considerazioni sull’uso delle operazioni a virgola fissa per velocizzare l'esecuzione.

Pianificazione di coperture fotogrammetriche mediante RPAS

Il seguente elaborato di tesi tratta il problema della pianificazione di voli fotogrammetrici a bassa quota mediante l’uso di SAPR, in particolare è presentata una disamina delle principali applicazioni che permettono di programmare una copertura fotogrammetrica trasversale e longitudinale di un certo poligono con un drone commerciale. Il tema principale sviluppato è la gestione di un volo fotogrammetrico UAV mediante l’uso di applicativi software che permettono all’utente di inserire i parametri di volo in base alla tipologia di rilievo che vuole effettuare. L’obbiettivo finale è quello di ottenere una corretta presa fotogrammetrica da utilizzare per la creazione di un modello digitale del terreno o di un oggetto attraverso elaborazione dati in post-processing. La perfetta configurazione del volo non può prescindere dalle conoscenze base di fotogrammetria e delle meccaniche di un veicolo UAV. I capitoli introduttivi tratteranno infatti i principi della fotogrammetria analogica e digitale soffermandosi su temi utili alla comprensione delle problematiche relative al progetto di rilievo fotogrammetrico aereo. Una particolare attenzione è stata posta sulle nozioni di fotogrammetria digitale che, insieme agli algoritmi di Imagine Matching derivanti dalla Computer Vision, permette di definire il ramo della Fotogrammetria Moderna. Nei capitoli centrali verranno esaminate e confrontate una serie di applicazioni commerciali per smartphone e tablet, disponibili per sistemi Apple e Android, per trarne un breve resoconto conclusivo che le compari in termini di accessibilità, potenzialità e destinazione d’uso. Per una maggiore comprensione si determinano univocamente gli acronimi con cui i droni vengono chiamati nei diversi contesti: UAV (Unmanned Aerial Vehicle), SAPR (Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto), RPAS (Remotely Piloted Aicraft System), ARP (Aeromobili a Pilotaggio Remoto).

Metodi numerici per la definizione e soluzione di modelli probabilistici complessi per l’ingegneria della manutenzione.

Negli ultimi anni, lo scenario di crescente competizione su cui si affaccia il mercato ha spinto le aziende a interessarsi sempre più frequentemente all’ingegneria della manutenzione, allo scopo di avvalersi di tecniche che permettano di pianificare strategie di manutenzione per i sistemi produttivi che siano efficaci nel minimizzare i costi di gestione garantendo prestazioni e livelli di sicurezza elevati. Le tecniche analitiche tipiche dell’ingegneria della manutenzione sono nate in settori industriali che richiedono elevati livelli di progresso tecnologico (aeronautico, nucleare), e si basano su ipotesi specifiche stringenti, che risultano limitanti nel panorama sempre più vasto ed eterogeneo in cui ne si richiede l’applicazione. D’altra parte, la rimozione di tali ipotesi rende necessario il ricorso a tecniche di risoluzione numeriche. In questa tesi si definisce un nuovo modello che permetta di caratterizzare un sistema di produzione tenendo conto di tutti i possibili aspetti di interesse nell’ambito dell’ingegneria della manutenzione. Inoltre, sono descritti gli algoritmi definiti per la risoluzione di tale modello.