Tecniche di pianificazione automatica in giochi con regole dinamiche: sviluppo di un agente intelligente per la Keke Competition.

L'intelligenza artificiale (IA) trova nei giochi un campo di applicazione molto vasto, nel quale poter sperimentare svariate tecniche e proporre nuove stimolanti sfide che spingano i partecipanti ad esplorare nuovi orizzonti nell'ambito delle applicazioni di IA. La Keke AI Competition rappresenta una di queste sfide, introducendo una gara tra agenti intelligenti per il gioco Baba is You, puzzle game in cui i giocatori possono creare regole che influenzano le meccaniche del gioco in maniera temporanea o permanente. La natura di queste regole dinamiche crea una sfida per l'intelligenza artificiale, che deve adattarsi ad una varietà di combinazioni di meccaniche per risolvere un livello. Questo progetto di tesi si propone di realizzare un agente intelligente che possa idealmente partecipare alla competizione sfruttando tecniche di pianificazione automatica. In particolare, l'agente progettato si basa sull'algoritmo di pianificazione graphplan che opera a diversi livelli di astrazione posti in gerarchia tra loro ed è stato realizzato completamente in Prolog. Questo progetto mostra quindi come le tecniche di pianificazione automatica siano un valido strumento per risolvere alcune tipologie di giochi innovativi complessi nell'ambito dell'IA.

Progettazione di un kit di supporto ai corsi Project Based Learning: il ruolo del tutor nel modello Tech to Market.

L’istruzione superiore in Europa è stata oggetto di un significativo processo di riforma: è aumentato l’interesse per un modello di apprendimento intorno ai progetti, centrato sullo studente, che favorisse lo sviluppo di competenze trasversali – il project-based learning (PBL). Inserire il PBL nelle Università richiede un processo di innovazione didattica: il curriculum di un corso PBL e le competenze richieste all’insegnante si differenziano dall’apprendimento tradizionale. Senza un'adeguata attenzione ai metodi di supporto per insegnanti e studenti, questi approcci innovativi non saranno ampiamente adottati. L’obiettivo di questo studio è determinare in che modo sia possibile implementare un corso PBL non presenziato da figure esperte di PBL. Le domande della ricerca sono: è possibile implementare efficacemente un approccio PBL senza il coinvolgimento di esperti dei metodi di progettazione? come si declinano i ruoli della facilitazione secondo questa configurazione: come si definisce il ruolo di tutor d’aula? come rafforzare il supporto per l’implementazione del corso? Per rispondere alle domande di ricerca è stata utilizzata la metodologia AIM-R. Viene presentata la prima iterazione dell’implementazione di un corso di questo tipo, durante la quale sono state svolte attività di ricerca e raccolta dati. L’attività di facilitazione è affidata a tre figure diverse: docente, tutor d’aula e coach professionisti. Su questa base, sono stati definiti gli elementi costituenti un kit di materiale a supporto per l’implementazione di corsi PBL. Oltre a un set di documenti e strumenti condivisi, sono stati elaborati i vademecum per guidare studenti, tutor e docenti all’implementazione di questo tipo di corsi. Ricerche future dovranno essere volte a identificare fattori aggiuntivi che rendano applicabile il kit di supporto per corsi basati su un modello diverso dal Tech to Market o che utilizzino strumenti di progettazione diversi da quelli proposti durante la prima iterazione.

Integrare gli approcci all'innovazione Data Science e Design Thinking: analisi teorica e applicazione al caso della sanità parmense

Nel panorama aziendale odierno, risulta essere di fondamentale importanza la capacità, da parte di un’azienda o di una società di servizi, di orientare in modo programmatico la propria innovazione in modo tale da poter essere competitivi sul mercato. In molti casi, questo e significa investire una cospicua somma di denaro in progetti che andranno a migliorare aspetti essenziali del prodotto o del servizio e che avranno un importante impatto sulla trasformazione digitale dell’azienda. Lo studio che viene proposto riguarda in particolar modo due approcci che sono tipicamente in antitesi tra loro proprio per il fatto che si basano su due tipologie di dati differenti, i Big Data e i Thick Data. I due approcci sono rispettivamente il Data Science e il Design Thinking. Nel corso dei seguenti capitoli, dopo aver definito gli approcci di Design Thinking e Data Science, verrà definito il concetto di blending e la problematica che ruota attorno all’intersezione dei due metodi di innovazione. Per mettere in evidenza i diversi aspetti che riguardano la tematica, verranno riportati anche casi di aziende che hanno integrato i due approcci nei loro processi di innovazione, ottenendo importanti risultati. In particolar modo verrà riportato il lavoro di ricerca svolto dall’autore riguardo l'esame, la classificazione e l'analisi della letteratura esistente all'intersezione dell'innovazione guidata dai dati e dal pensiero progettuale. Infine viene riportato un caso aziendale che è stato condotto presso la realtà ospedaliero-sanitaria di Parma in cui, a fronte di una problematica relativa al rapporto tra clinici dell’ospedale e clinici del territorio, si è progettato un sistema innovativo attraverso l’utilizzo del Design Thinking. Inoltre, si cercherà di sviluppare un’analisi critica di tipo “what-if” al fine di elaborare un possibile scenario di integrazione di metodi o tecniche provenienti anche dal mondo del Data Science e applicarlo al caso studio in oggetto.

Sviluppo di un sistema di climatizzazione automatico distribuito con l'utilizzo di tecniche di machine learning

Nella sede dell’azienda ospitante Alexide, si è ravvisata la mancanza di un sistema di controllo automatico da remoto dell’intero impianto di climatizzazione HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) utilizzato, e la soluzione migliore è risultata quella di attuare un processo di trasformazione della struttura in uno smart building. Ho quindi eseguito questa procedura di trasformazione digitale progettando e sviluppando un sistema distribuito in grado di gestire una serie di dati provenienti in tempo reale da sensori ambientali. L’architettura del sistema progettato è stata sviluppata in C# su ambiente dotNET, dove sono stati collezionati i dati necessari per il funzionamento del modello di predizione. Nella fattispecie sono stati utilizzati i dati provenienti dall’HVAC, da un sensore di temperatura interna dell'edificio e dal fotovoltaico installato nella struttura. La comunicazione tra il sistema distribuito e l’entità dell’HVAC avviene mediante il canale di comunicazione ModBus, mentre per quanto riguarda i dati della temperatura interna e del fotovoltaico questi vengono collezionati da sensori che inviano le informazioni sfruttando un canale di comunicazione che utilizza il protocollo MQTT, e lo stesso viene utilizzato come principale metodo di comunicazione all’interno del sistema, appoggiandosi ad un broker di messaggistica con modello publish/subscribe. L'automatizzazione del sistema è dovuta anche all'utilizzo di un modello di predizione con lo scopo di predire in maniera quanto più accurata possibile la temperatura interna all'edificio delle ore future. Per quanto riguarda il modello di predizione da me implementato e integrato nel sistema la scelta è stata quella di ispirarmi ad un modello ideato da Google nel 2014 ovvero il Sequence to Sequence. Il modello sviluppato si struttura come un encoder-decoder che utilizza le RNN, in particolare le reti LSTM.

Applicazione della Metodologia Agile e di tecniche di Data Analysis nello sviluppo di un sistema di e-grocery

I principi Agile, pubblicati nell’omonimo Manifesto più di 20 anni fa, al giorno d’oggi sono declinati in una moltitudine di framework: Scrum, XP, Kanban, Lean, Adaptive, Crystal, etc. Nella prima parte della tesi (Capitoli 1 e 2) sono stati descritti alcuni di questi framework e si è analizzato come un approccio Agile è utilizzato nella pratica in uno specifico caso d’uso: lo sviluppo di una piattaforma software a supporto di un sistema di e-grocery da parte di un team di lab51. Si sono verificate le differenze e le similitudini rispetto alcuni metodi Agile formalizzati in letteratura spiegando le motivazioni che hanno portato a differenziarsi da questi framework illustrando i vantaggi per il team. Nella seconda parte della tesi (Capitoli 3 e 4) è stata effettuata un’analisi dei dati raccolti dal supermercato online negli ultimi anni con l’obiettivo di migliorare l’algoritmo di riordino. In particolare, per prevedere le vendite dei singoli prodotti al fine di avere degli ordini più adeguati in quantità e frequenza, sono stati studiati vari approcci: dai modelli statistici di time series forecasting, alle reti neurali, fino ad una metodologia sviluppata ad hoc.

Analisi relativa allo sviluppo e alle soluzioni applicate nell'ambito della mobilità aerea urbana

L'elaborato di tesi descrive il mercato e le principali strutture della mobilità aerea urbana, definendo le principali aziende ed i relativi modelli, protagonisti della nuova rete di trasporti ad alimentazione elettrica. Il corpo centrale del documento analizza i velivoli, esplorandone i concetti costruttivi, il design, le caratteristiche aerodinamiche e propulsive. La parte conclusiva propone invece un'analisi comparativa tra questi, basandosi sulle loro prestazioni.

Percorsi tecnico-gestionali di ottimizzazione del processo di riciclo delle automobili a fine vita

La Direttiva 2000/53/CE sui veicoli fuori uso (VFU) stabilisce, entro il 2015, l’obiettivo di reimpiegare e riciclare almeno l’85% in peso del VFU e di reimpiegare e recuperare almeno il 95% in peso del VFU. Sebbene la media europea superi entrambi i target, nel 2019 l’Italia ha raggiunto l’84.2% sia per reimpiego e riciclo che per reimpiego e recupero, non essendo utilizzato il recupero energetico. Obiettivo di questa tesi, realizzata in collaborazione con un impianto di frantumazione, è stato quello di studiare nuove metodologie di gestione dei VFU in modo da diminuire la produzione di car fluff, smaltito in discarica, e incrementare i tassi di riciclo. Nello specifico, è stato chiesto a due autodemolitori di selezionare un campione di 10 VFU da sottoporre a messa in sicurezza e demolizione secondo step precisi di promozione al riciclaggio, compresa la separazione di sedili e cruscotti. Una volta eseguiti i test di frantumazione su pacchi auto, sedili e cruscotti, sono state effettuate analisi merceologiche e chimico-fisiche su alcuni flussi in uscita e sono stati calcolati i tassi di reimpiego, riciclo e smaltimento. Per entrambi i campioni è stato raggiunto l’obiettivo di reimpiego e riciclo, superando di circa un punto percentuale i valori del 2019. Il fluff ottenuto dalla frantumazione dei sedili non rispetta i parametri per poter essere classificato come CSS-combustibile; uno sviluppo futuro potrebbe essere quello di diminuire la concentrazione di cloro, antimonio, nichel e rame, per potere permettere di recuperare tale frazione e aumentare i target di riciclo.

Formulazione di particolato atmosferico sintetico e sviluppo di una tecnica di deposizione per studi di corrosione

Ad oggi il particolato (PM) viene considerato come uno dei principali inquinanti atmosferici e costituisce un fattore dannoso sia per la salute sia per l’ambiente essendo in grado di interagire sia con gli organismi che con i materiali. I rischi per l’uomo sono stati e sono tutt’ora studiati, mentre l’interazione del PM con le superfici non è stata ancora indagata completamente. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di formulare un particolato sintetico rappresentativo e sviluppare una tecnica di deposizione artificiale per via secca che possa simulare quella reale, con lo scopo di indagare poi, attraverso invecchiamento accelerato, l’influenza del PM sulla corrosione del bronzo. I composti scelti per ottenere una formulazione di particolato rappresentativa di siti urbani e non sono stati macinati ad una granulometria compatibile con quella del PM reale, poi sono stati miscelati. Successivamente, la deposizione secca è stata simulata con l’ausilio di un aerografo. Infine, l’invecchiamento accelerato è stato condotto in una camera climatica impostando un ciclo che simulava condizioni giorno-notte con parametri ambientali che fossero rappresentativi di giornate invernali ed estive. L’avanzamento dello stato di corrosione è stato valutato principalmente tramite analisi SEM-EDS e Raman. I risultati ottenuti fino ad ora sono promettenti per lo studio del ruolo del particolato nella corrosione del bronzo.

Sviluppo di un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si

Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di implementare un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si in regime statico e dinamico, mediante l’identificazione e l’ottimizzazione dei parametri caratteristici del modello di Jiles-Atherton. Tale fine è stato perseguito attraverso l’uso del software di calcolo Matlab-Simulink. Il modello, validato mediante i dati reperibili in letteratura, permette di simulare la curva di prima magnetizzazione e il ciclo di isteresi per materiali ferromagnetici soft mediante la conoscenza di un set limitato di dati sperimentali ricavabili dalle prove magnetiche. Il modello è stato impiegato per eseguire la simulazione anche su campioni prodotti industrialmente in acciaio al silicio a grano non orientato forniti allo stato fully-processed M470-50A preventivamente sottoposti a caratterizzazione microstrutturale, mediante microscopia ottica, elettronica e analisi EBSD, e meccanica, attraverso le prove di trazione. I risultati ottenuti dalla simulazione presentano ottimale accuratezza, in particolar modo nel caso statico sia in termini di estrazione dei parametri sia di definizione del ciclo; risulta ancora da migliorare ulteriormente il grafico in frequenza. Al fine di rendere fruibile il modello realizzato è stata progettata una Graphical User Interface. Nell’ottica di una mobilità green in accordo con gli obiettivi globali, l’implementazione del presente modello pone quindi le basi per uno studio futuro del comportamento dei materiali magnetici per la realizzazione di motori elettrici sempre più performanti in funzione dei parametri di produzione e delle condizioni di utilizzo, aspetti che incidono notevolmente sulle proprietà di tale materiale.

Sviluppo di standard tecnici per la selezione ed installazione di essiccatori e filtri industriali

Il flusso di progettazione è un processo variabile, costituito da scelte, comporta una analisi preliminare del case study e delle apparecchiature da installare, e successivamente la proposta di soluzioni che possano soddisfare i requisiti del processo. I documenti standard di installazione possono semplificare il lavoro di progettazione e sono alla base di questo. La definizione di standard si inserisce all’interno di un panorama variabile e propone una soluzione unica e consolidata che si pone come base solida per la progettazione futura. L’obiettivo della tesi è quello di creare e formalizzare due standard per il sito produttivo BASF Italia di Pontecchio Marconi per l’installazione di Essiccatori di tipo Termomix e di filtri Nutsche, apparecchiature ampiamente utilizzate nel settore della chimica fine. Questi equipment sono ricorrenti in impianto e, a seconda del contesto in cui operano, hanno differenze più o meno rilevanti. Seguendo gli step progettuali sono stati redatti un P&ID standard, completo di blocchi di sicurezza, e un report finale per ogni apparecchiatura studiata includendo le soluzioni e le decisioni proposte. Ovviamente, non essendo possibile unificare ogni aspetto di un’installazione perché i vari processi hanno requisiti differenti, si sono affiancate allo standard alcune considerazioni al di fuori di esso. Inoltre, dove possibile, sono state proposte anche alcune soluzioni innovative che possono migliorare e risolvere alcuni problemi attualmente presenti.

Implementazione di banca dati di immagini per lo sviluppo di algoritmi per la navigazione aerea automatica

Lo scopo di questo studio è l’implementazione di un sistema di navigazione autonomo in grado di calcolare la traiettoria di un mezzo aereo, noti che siano a priori dei punti di posizione detti waypoint. A partire da questa traiettoria, è possibile ottenere la sua rappresentazione in un codice che mette a disposizione immagini satellitari e ricavare le viste del terreno sorvolato in una serie di punti calcolati, in modo da garantire in ogni sequenza la presenza di elementi comuni rispetto a quella precedente. Lo scopo della realizzazione di questa banca dati è rendere possibili futuri sviluppi di algoritmi di navigazione basati su deep learning e reti neurali. Le immagini virtuali ottenute del terreno saranno in futuro applicate alla navigazione autonoma per agricoltura di precisione mediante droni. Per lo studio condotto è stato simulato un generico velivolo, con o senza pilota, dotato di una videocamera fissata su una sospensione cardanica a tre assi (gimbal). La tesi, dunque, introduce ai più comuni metodi di determinazione della posizione dei velivoli e alle più recenti soluzioni basate su algoritmi di Deep Learning e sistemi vision-based con reti neurali e segue in un approfondimento sul metodo di conversione degli angoli e sulla teoria matematica che ne sta alla base. Successivamente, analizza nel dettaglio il processo di simulazione della navigazione autonoma e della determinazione della traiettoria in ambiente software Matlab e Simulink, procedendo nell’analisi di alcuni casi di studio in ambienti realistici. L’elaborato si conclude con un breve riepilogo di quanto svolto e con alcune considerazioni sugli sviluppi futuri.

Sviluppo ed applicazione di un modello di ottimizzazione per la gestione di una rete di Simbiosi Industriale

Nell’attuale contesto competitivo, sempre più alla ricerca di un incontro tra esigenze di natura economica e logiche di Sostenibilità Ambientale e di Economia Circolare (E.C.), questo elaborato si pone l’obiettivo di presentare un modello matematico, formulato per la simulazione e la conseguente ottimizzazione di una rete logistica gestita con logiche di Simbiosi Industriale (S.I.). Lo scopo di tale modello è fungere da supporto all’adozione di pratiche di S.I. in un determinato contesto territoriale, attraverso l’individuazione delle sinergie ottime, tra quelle considerate possibili, in grado di ridurre la produzione di rifiuti, a favore del riutilizzo di sottoprodotti e materie prime seconde, minimizzando il costo totale del sistema. Preliminarmente alla presentazione del modello, sarà descritto il contesto in cui la S.I. si colloca e i suoi collegamenti con i concetti di Ecologia Industriale (E.I.) ed E.C., verranno distinti i vari modelli esistenti di S.I. ed i casi di successo presenti nel contesto italiano ed europeo, e sarà illustrato l’attuale inquadramento normativo. In seguito, verranno descritti nel dettaglio il modello matematico e un caso studio, dimensionato allo scopo di validare il modello stesso. Fase particolarmente critica del lavoro è risultata essere quella relativa alla raccolta dati da inserire nel caso studio, in quanto informazioni sensibili e di conseguenza non facilmente reperibili. I risultati ottenuti dimostrano come possa risultare conveniente, dal punto di vista economico, l’adozione di pratiche di S.I. negli scambi tra realtà industriali, e in che modo tale convenienza muti al variare delle condizioni economiche al contorno.

Analisi e Re-design dei flussi per lo sviluppo di nuovi prodotti: il caso Euro Company S.p.A. SB

I cambiamenti di mercato generano nelle aziende la necessità di modificare il proprio portafoglio prodotti per far sì che rimangano competitive. Euro Company è un’azienda che si occupa di commercializzare frutta secca e suoi derivati. Per mantenere il suo posizionamento, a seguito di queste variazioni, avvenute soprattutto negli ultimi anni, si è trovata ad inserire nuove referenze. Questo ha portato ad un aumento del carico di lavoro dovuto alla costante ricerca e sviluppo. Per questo motivo si è deciso di introdurre un nuovo reparto e di sviluppare i flussi ad esso collegati. L’obiettivo è stato quello di scrivere delle procedure che potessero essere seguite dai dipendenti coinvolti nel flusso. Per ogni singola attività, sono stati pensati degli strumenti o dei metodi che potessero essere implementati e che quindi sono stati messi in pratica. Un esempio riguarda il monitoraggio di ogni singola attività. Si è pensato che lo strumento più facile ed immediato potesse essere un Gantt, e, per questo motivo è stato implementato, così come da progetto. Un’altra attività introdotta a seguito d valutazioni interne aziendali è stata la possibilità di fare una analisi di fattibilità interna dei progetti, per verificare la convenienza economica nel ricorrere all’outsourcing o all’insourcing. Tutte le azioni proposte sono state accolte in maniera positiva e sono, ad oggi, utilizzate in azienda. Occorre però valutare a distanza di tempo se le tempistiche di progetto reali rispecchiano realmente quanto dichiarato dai dipendenti nel corso delle interviste. Questo perché, nel caso in cui si abbia un esito negativo, occorre valutare le azioni che hanno comportato un ritardo per valutare se è possibile ottimizzarle. Oltre a ciò, è interesse dell’azienda focalizzarsi solo sui progetti che possono garantire un ritorno in termini economici, quindi, grazie alle soluzioni proposte nell’elaborato, si avranno meno difficoltà nello svolgere ciò.

Progettazione e sviluppo di un supporto Industry 4.0 per la manutenzione predittiva di macchine in ambito farmaceutico

La mia tesi riguarda il progetto che ho sviluppato all'interno di IMA Active. Inizia con un'introduzione ai concetti e tecnologie presenti nell'Industry 4.0, ho illustrato i vantaggi dell'utilizzo di piattaforme per il monitoraggio e supporto alla manutenzione predittiva degli asset in ambito aziendale per poi addentrarmi nella demo che ho sviluppato in Python per simulare le funzionalità che dovranno essere implementate in un sistema terzo (di tipo OSISoft Pi). In questo percorso ho introdotto il concetto di DTW e Golden batch che sono stati indispensabili nello sviluppo del progetto.

Sviluppo ed implementazione di modelli di danno da alluvione per le colture pluriennali

A fronte delle politiche di gestione e mitigazione del rischio alluvionale definite dalla Direttiva Alluvioni (Direttiva 2007/60/CE), risulta necessario sviluppare modelli che riescano a quantificare le conseguenze economiche causate da eventi alluvionali a diversi settori, tra cui il settore agricolo. In questo lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di estendere un modello disponibile in letteratura per la stima del danno subito alle colture più diffuse (i.e., seminativi; AGRIDE-c, Molinari et al., 2019) ad altre colture pluriennali, i frutteti, in particolar modo pereti e meleti. Il modello è stato sviluppato a scala regionale, facendo quindi riferimento ai valori di resa, prezzo e costi delle operazioni caratteristici delle pratiche agricole dell’Emilia-Romagna. L’applicazione è stata effettuata su cinque Aree a Potenziale Rischio Significativo (APSFR) del Distretto del fiume Po' e ricadenti all’interno del medesimo territorio regionale (Panaro, Secchia, Reno, Enza, Parma-Baganza). Il modello rappresenta uno strumento utilizzabile dalle Autorità competenti sia ex-post, per la stima speditiva del danno economico subìto dagli agricoltori colpiti dall’alluvione e il loro eventuale risarcimento, che ex-ante, ovvero come strumento di supporto decisionale per le attività di tipo Cost-Benefit Analysis (CBA) nell’ambito dei piani di gestione e mitigazione del rischio.