Strumenti e metodi per la tracciabilità della catena logistica agroalimentare: simulazione e diagnostica di una camera climatica

I fenomeni di globalizzazione in atto hanno radicalmente modificato il consumo e la distribuzione dei prodotti agroalimentari e dilatato le distanze tra l’origine delle materie prime e consumo finale. Obiettivo del progetto interuniversitario "Food Supply Chain" è studiare le condizioni di trasporto di prodotti agroalimentari. Una delle attività principali è tracciare ed analizzare i fattori critici di spedizioni dal momento in cui i prodotti lasciano lo stabilimento produttivo in Italia fino ai consumatori situati in EU o extra-EU. La tesi si inserisce all’interno di questo progetto e descrive la realizzazione di due Piattaforme in ambiente LabVIEW per la consultazione e la simulazione dei viaggi logistici, le cui caratteristiche sono conservate e organizzate in appositi database. La "Piattaforma LabVIEW per la consultazione a analisi" permette di consultare il database attraverso interrogazioni multiple, estrarre le informazioni più significative, riprodurre le spedizioni in apposite interfacce e produrre dei report riassuntivi per comunicazioni alle imprese La "Piattaforma LabVIEW per la simulazione in camera climatica" rappresenta il sistema di controllo attraverso cui gestire la simulazione dei singoli viaggi in camera climatica, realizzata nel Laboratorio MECCANICA del DIN della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna. Si potranno così valutare e comparare tra loro soluzioni alternative rispetto ad una medesima catena logistica in termini di packaging, imballaggio e protezioni supplementari della spedizione. Infine si potranno confrontare rotte commerciali differenti relative allo stesso prodotto. I risultati ottenuti in camera climatica costituiranno la base per le successive analisi biochimiche sui prodotti e valutazione finale della sostenibilità dell’intera catena logistica.

Strategie di intervento per la difesa del mare e della costa dagli inquinamenti accidentali di idrocarburi

Il presente lavoro di tesi nasce dall’esigenza di comprendere e studiare come viene affrontata, e gestita, l’emergenza in mare derivante dallo sversamento accidentale, o volontario, di idrocarburi; il sistema di risposta nazionale a questo genere di emergenze si sviluppa su più livelli e per ogni livello sono individuati gli organi responsabili e i relativi compiti. Le azioni da intraprendere sono specificate negli elaborati di pianificazione redatti dall’Agenzia Nazionale di Protezione Civile, dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela del territorio e del Mare, dalle Capitanerie di Porto Locali, dalle Province e dai Comuni; i primi 3 si occupano dell’emergenza in mare, mentre le Province e i Comuni si occupano degli interventi da attuare sulla costa in seguito allo spiaggiamento degli idrocarburi. La regione Emilia-Romagna, in particolare, non possiede elaborati di pianificazione per la gestione del rischio di inquinamento costiero; per questo motivo, sulla base delle indicazioni riportate negli elaborati di pianificazione nazionale e consultando elaborati già esistenti di altre regioni adriatiche, è stata redatta una proposta di linee guida per la redazione di un Piano Comunale d’Emergenza che preveda il rischio di inquinamento costiero. Per poter prevedere quale tecnica di bonifica sarà possibile applicare ad uno sversamento di idrocarburi, esistono software che modellano i processi chimico-fisici che la sostanza subisce con il passare del tempo. Ogni tecnica ha dei limiti sia di efficienza che di applicabilità; essi sono principalmente dovuti alle condizioni meteomarine e ai processi che la sostanza subisce nel tempo una volta sversata; la conoscenza di questi limiti permette di effettuare, nella maggior parte delle situazioni, la scelta della tecnica di intervento più appropriata ed efficiente a seconda della situazione. La tesi è strutturata come segue. Nel Capitolo 1 sono descritte le problematiche e le cause relative agli incidenti in mare che comportano il rilascio di idrocarburi in esso e gli effetti che questi hanno sull’ambiente e i cambiamenti che la sostanza subisce una volta sversata in mare. Nel Capitolo 2 sono descritte le strategie di intervento per il recupero degli idrocarburi sversati in mare e le tecniche di bonifica attuabili sulla costa impattata dallo sversamento. Nel Capitolo 3 è illustrato il sistema di risposta nazionale all’emergenza derivante dallo sversamento in mare di idrocarburi; ad ogni livello è dedicato un paragrafo del Capitolo 3. Inoltre sono presentate delle linee guida per la redazione di un Piano Comunale d’Emergenza che preveda il Rischio di Inquinamento Costiero da idrocarburi e altre sostanza nocive. Nel Capitolo 4 è illustrato il software ADIOS 2 che permette di modellare i processi chimico-fisici che la sostanza subisce quando viene sversata in mare e di simulare l’utilizzo di alcune strategie di intervento. Nel Capitolo 5 sono riportate le considerazioni conclusive e i risultati ottenuti.

Progetto e sviluppo di una libreria tuProlog per l’interfacciamento di sensori in contesti di pervasive computing

Il termine pervasive computing incarna l’idea di andare oltre il paradigma dei personal computers: è l’idea che qualsiasi device possa essere tecnologizzato ed interconnesso con un network distribuito, costituendo un nuovo modello di interazione uomo-macchina. All’interno di questo paradigma gioca un ruolo fondamentale il concetto di context-awareness, che fa riferimento all’idea che i computer possano raccogliere dati dall’ambiente circostante e reagire in maniera intelligente e proattiva basandosi su di essi. Un sistema siffatto necessita da un lato di una infrastruttura per la raccolta dei dati dall’ambiente, dall'altro di un supporto per la componente intelligente e reattiva. In tale scenario, questa tesi ha l'obiettivo di progettare e realizzare una libreria per l'interfacciamento di un sistema distribuito di sensori Java-based con l’interprete tuProlog, un sistema Prolog leggero e configurabile, scritto anch'esso in Java ma disponibile per una pluralità di piattaforme, in modo da porre le basi per la costruzione di sistemi context-aware in questo ambiente.

Sperimentazione di tecniche di fitodepurazione a flusso verticale applicate allo scarico della scuola di ingegneria: primi risultati

Quattro sistemi pilota, cilindrici, rappresentanti SFS a flusso verticale sono stati adoperati in parallelo per attività di ricerca. Il refluo trattato, defluente dalla sede di Ingegneria di via Terracini e classificabile come urbano, è stato immesso negli SFSV a valle di una sedimentazione primaria. Segue una breve descrizione dei sistemi. 1. VFF - Vertical Flow Filter - Reattore assimilabile ad un filtro a sabbia; 2. VFCWW - Vertical Flow Constructed Wetland with worms - Reattore dotato sia di piante (tipologia Phragmites Australis) sia di vermi (lombrichi); 3. VFCW - Vertical Flow Constructed Wetland - Reattore dotato di piante (tipologia Phragmites Australis); 4. VFFW - Vertical Flow Filter with worms - Reattore assimilabile ad un filtro a sabbia dotato di vermi (lombrichi). Il rendimento offerto da ciascun sistema è stato calcolato sulla base dei risultati forniti dalle analisi eseguite in laboratorio su campioni prelevati in input ed output da ciascun reattore. L'obiettivo dello studio è stato quello di valutare l'efficienza dei sistemi in relazione ai parametri misurati (azoto e fosforo totale, solidi sospesi, COD, ione ammoniacale, ortofosfato).

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.

Progettazione e prototipazione di un dispositivo per ustionati pediatrici in contesti poveri di risorse

Ogni anno, circa il 95% delle morti per ustioni si verifica in contesti poveri di risorse e di queste più di un terzo sono rappresentate da bambini con meno di 4 anni. Per determinare le caratteristiche del dispositivo è stata necessaria una lunga fase preliminare alla progettazione, dove si è analizzata l’entità del problema delle ustioni e i trattamenti attualmente eseguiti. La principale causa di morte per ustioni è dovuta alle infezioni per cui la priorità è creare un ambiente pulito e disinfettato, dove il paziente può essere trattato o trasportato ad un ospedale specializzato. Successivamente a questa fase di analisi dei bisogni, si sono identificate le funzionalità del dispositivo: il controllo della temperatura e dell’umidità per contrastare l’ipotermia e l’ipermetabolismo, la ventilazione d’aria filtrata per prevenire le infezioni e il sistema di lavaggio per disinfettare le lesioni. Il dispositivo è stato progettato per bambini con statura inferiore ad un metro. Da qui si sono derivate le specifiche tecniche di progetto, su cui è stata svolta l’analisi dei rischi e progettato un sistema di mitigazione più o meno efficace per ottenere un rischio residuo accettabile. Terminata la progettazione generale, si è disegnato lo schema circuitale e si sono scelti i componenti elettronici per l’implementazione del prototipo. Il sistema deve esser fornito di sensori di temperatura, umidità, anidride carbonica, ed attuatori per regolare questi parametri, come l’elemento riscaldante, la ventola e la pompa idraulica. Per la realizzazione del prototipo si è utilizzata una schema Wemos e un sistema di comunicazione I2C. Successivamente alla costruzione della struttura e al cablaggio, si è implementato un modello in Simulink per testare i coefficienti del controllore PID per il sistema di termoregolazione. In fine, si sono eseguiti dei test per valutare il controllo della temperatura all’interno dello scompartimento del bambino, e si sono ottenuti buoni risultati.

Sistemi integrati per il monitoraggio dell’ambiente e la salvaguardia dei libri nei locali universitari

Negli ultimi anni l’evoluzione tecnologica ha avuto un incremento esponenziale; ogni anno, numerose innovazioni, hanno portato notevoli cambiamenti sulla vita dei consumatori e sul modo in cui essi interagiscono. Al giorno d’oggi, la tecnologia ha raggiunto livelli tali da renderne necessario l’utilizzo per poter soddisfare vari tipi di bisogni. In questa situazione, lo sviluppo di Internet ha consentito di poter entrare in una nuova era, quella dell’Internet of Things (IoT). Questo nuovo modello sarebbe in grado di portare grossi benefici nella vita di tutte le persone, partendo dalle grandi aziende, fino ad arrivare ai singoli consumatori. L’idea di questo progetto di tesi è di posizionare un dispositivo, in grado di poter rilevare temperatura ed umidità dell’ambiente, nei locali universitari nei quali sono immagazzinati i libri, in modo tale da poter monitorare l’andamento termico degli spazi ed eventualmente effettuare delle operazioni di ripristino della temperatura e dell’umidità per evitare il danneggiamento e il deterioramento dei materiali. In questo documento di tesi andremo ad approfondire l’implementazione del dispositivo IoT in grado di rilevare i dati dell’ambiente. Nello specifico analizzeremo l’ambito applicativo di questo dispositivo, l’implementazione del sistema su una scheda Raspberry Pi 4, sfruttando anche un componente aggiuntivo contenente in sensori necessari al funzionamento del sistema, e vedremo nello specifico anche l’implementazione della pagina Web creata per la visualizzazione dei dati. Negli ultimi anni abbiamo vissuto una grande crisi a livello sanitario e oggi stiamo passando un periodo di difficoltà economica dovuta all’aumento del costo di alcune materie prime quali elettricità e gas. I futuri sviluppi su questo progetto potrebbero portare a risolvere in piccolo alcuni di questi problemi.

Monitoraggio della viscoelasticità di un modello di coltura cellulare 3D per lo studio della fibrosi epatica

Lo sviluppo di fibrosi epatica si associa caratteristicamente a un eccesso di produzione e reticolazione della matrice extracellulare del tessuto, che causa un progressivo aumento del modulo elastico e della viscosità dell’organo – che a loro volta determinano ipertensione portale e insufficienza funzionale. Modelli avanzati che riproducano in vitro il microambiente epatico sono cruciali per lo studio della patogenesi del fenomeno e per la valutazione di adeguate terapie future. Un esempio chiaro di questa strategia viene presentato in un recente lavoro di ricerca, nel quale Cacopardo et al. propongono una strategia basata sull’utilizzo di tipi differenti di idrogel, con proprietà elastiche e viscosità variabili, per studiare la meccano-dinamica in un ambiente di coltura tridimensionale. Idrogel di carichi di cellule sono dunque stati differenzialmente reticolati mediante transglutaminasi microbica, utilizzando un metodo citocompatibile originale che consenta l’esposizione delle cellule a un ambiente con proprietà meccaniche che variano nel tempo. Per la coltura dei costrutti 3D è stato inoltre utilizzato un bioreattore che si è dimostrato utile anche per monitorare nel tempo le proprietà meccaniche dei costrutti cellulari. I risultati hanno mostrato che una maggiore “solidità” della matrice è coerente con l’aumento dello stress cellulare. Il metodo proposto si è dimostrato quindi in grado di imitare efficacemente il microambiente meccanico associato alla fibrosi epatica e in evoluzione nel tempo e, di conseguenza, potrebbe fornire nuove informazioni sui processi fisiopatologici correlati e suggerire più efficaci strategie terapeutiche.

Applicazione di un modello bi-obiettivo per la progettazione sostenibile di sistemi produttivi riconfigurabili

Negli ultimi anni la competitività nei mercati è notevolmente cresciuta, la complessità dei prodotti industriali è considerevolmente aumentata e quest’ultimi devono ora essere accuratamente ottimizzati sotto ogni aspetto. I prodotti, oltre ad avere dei cicli di vita più brevi, sono soggetti a un’alta personalizzazione e a una domanda variabile. Per rimanere competitive, le aziende manifatturiere devono possedere nuovi tipi di sistemi di produzione che siano convenienti e molto reattivi a tutti questi cambiamenti del mercato, quali i Sistemi di produzione riconfigurabili (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). La particolarità di tali sistemi risiede nella capacità di cambiare rapidamente le loro strutture hardware e software, aspetto che li renda idonei a soddisfare la produzione moderna. Oltre agli aspetti produttivi, l’attenzione odierna è incentrata anche sulle tematiche ambientali legate al risparmio energetico durante i processi produttivi, alla riduzione delle quantità di CO2 emesse e alla sostenibilità ambientale. L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un modello di ottimizzazione multi-obiettivo che tenga conto sia della minimizzazione del tempo complessivo necessario alla movimentazione dei prodotti e alla riconfigurazione delle macchine, e sia della minimizzazione del consumo energetico. Tale modello è stato applicato ad un caso studio realistico che ha permesso di individuare un trade-off tecnico-ambientale individuando la frontiera di Pareto con punto di ottimo (134.6 min; 9346.3 kWh) che si discosta del 57% dal valore trovato ottimizzando la funzione tempo, e dello 0.76% dal valore ottenuto ottimizzando la funzione energia.

Modellazione e simulazione di un processo di produzione per l'industria 4.0

In un mondo in continua trasformazione cresce sempre più il numero delle aziende che hanno colto l’importanza della digitalizzazione dei processi produttivi. Alcune di esse si affidano ad esperti capaci di suggerire soluzioni per ottenere servizi di alta qualità e fruibilità con l’integrazione di sistemi gestionali. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi del processo produttivo di una azienda che realizza armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Si compone di sei capitoli, il primo affronta il tema della Simulazione e le sue principali caratteristiche per analizzare un processo di produzione; il secondo esamina i linguaggi, le applicazioni e i modelli di simulazione; il terzo analizza e descrive le peculiarità e le caratteristiche del software utilizzato per la simulazione; il quarto capitolo affronta il tema dell’industria 4.0 spingendo all’innovazione nei sistemi produttivi per raggiungere una produzione del tutto automatizzata e interconnessa; nel quinto viene descritto il modello digitale per ottenere in modo preciso un oggetto fisico, così da avere una Simulazione precisa, infine, il sesto esamina la Simulazione e Modellizzazione come strumento per l’ottimizzazione del processo produttivo riguardante armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Il raggiungimento dell’uso della simulazione come supporto all’analisi dinamica di un processo consente di avere una panoramica complessiva di tutte le operazioni, rappresentando, così un vantaggio per le aziende che possono valutare con oggettività soluzioni progettuali alternative, di cui è difficile prevedere il comportamento, le prestazioni e l’impatto su altri sistemi. Questi risultati sono la risposta alle necessità di disporre strumenti per l’anticipazione, il dimensionamento e il contenimento dei rischi di progetto.

Indagine delle proprietà statistiche di serie temporali di posizione applicata al caso della stazione permanente GPS della base Mario Zucchelli in Terra Vittoria (Antartide)

Da ormai sette anni la stazione permanente GPS di Baia Terranova acquisisce dati giornalieri che opportunamente elaborati consentono di contribuire alla comprensione della dinamica antartica e a verificare se modelli globali di natura geofisica siano aderenti all’area di interesse della stazione GPS permanente. Da ricerche bibliografiche condotte si è dedotto che una serie GPS presenta molteplici possibili perturbazioni principalmente dovute a errori nella modellizzazione di alcuni dati ancillari necessari al processamento. Non solo, da alcune analisi svolte, è emerso come tali serie temporali ricavate da rilievi geodetici, siano afflitte da differenti tipologie di rumore che possono alterare, se non opportunamente considerate, i parametri di interesse per le interpretazioni geofisiche del dato. Il lavoro di tesi consiste nel comprendere in che misura tali errori, possano incidere sui parametri dinamici che caratterizzano il moto della stazione permanente, facendo particolare riferimento alla velocità del punto sul quale la stazione è installata e sugli eventuali segnali periodici che possono essere individuati.

Applicazione di una metodologia LCA all'impiego di biomasse legnose a fini energetici: un confronto tra la produzione di energia termica da cippato e da pellet

Con questo studio si è volto effettuare un confronto tra la generazione di energia termica a partire da cippato e da pellet, con particolare riferimento agli aspetti di carattere ambientale ed economico conseguenti la produzione delle due differenti tipologie di combustibile. In particolare, si sono ipotizzate due filire, una di produzione del cippato, una del pellet, e per ciascuna di esse si è condotta un'Analisi del Ciclo di Vita, allo scopo di mettere in luce, da un lato le fasi del processo maggiormente critiche, dall'altro gli impatti sulla salute umana, sugli ecosistemi, sul consumo di energia e risorse. Quest'analisi si è tradotta in un confronto degli impatti generati dalle due filiere al fine di valutare a quale delle due corrisponda il minore. E' stato infine effettuato un breve accenno di valutazione economica per stimare quale tipologia di impianto, a cippato o a pellet, a parità di energia prodotta, risulti più conveniente.