Progettazione di uno strumento di analisi dati per sistemi SCADA-ENERGY Management System

L’obiettivo di questa tesi è approfondire le competenze sulle funzionalità sviluppate nei sistemi SCADA/EMS presenti sul mercato, così da conoscerne le potenzialità offerte: tutte le conoscenze acquisite servono a progettare uno strumento di analisi dati flessibile e interattivo, con il quale è possibile svolgere analisi non proponibili con le altre soluzioni analizzate. La progettazione dello strumento di analisi dei dati è orientata a definire un modello multidimensionale per la rappresentazione delle informazioni: il percorso di progettazione richiede di individuare le informazioni d’interesse per l’utente, così da poterle reintrodurre in fase di progettazione della nuova base dati. L’infrastruttura finale di questa nuova funzionalità si concretizza in un data warehouse: tutte le informazioni di analisi sono memorizzare su una base dati diversa da quella di On.Energy, evitando di correlare le prestazione dei due diversi sottosistemi. L’utilizzo di un data warehouse pone le basi per realizzare analisi su lunghi periodi temporali: tutte le tipologie di interrogazione dati comprendono un enorme quantità d’informazioni, esattamente in linea con le caratteristiche delle interrogazioni OLAP

Energy management system: Progettazione e sviluppo di uno strumento di stima e analisi di variabili energetiche

Questo elaborato di tesi è nato con l'esigenza di sviluppare un nuovo modulo per la stima di variabili energetiche da inserire nel software On.Energy, per dare la possibilità a tutti gli utilizzatori di capire quanto i valori osservati nella realtà si discostino da un modello teorico appositamente creato, e fornire quindi un ulteriore strumento di analisi per mantenere sotto controllo il sistema nell'ottica del miglioramento continuo. Il risultato sarà uno strumento che verrà provato in via sperimentale sugli stabilimenti di due aziende leader in Italia in settori produttivi largamente differenti (Amadori - alimentare, Pfizer - farmaceutico), ma accomunati dalle esigenze di monitorare, analizzare e efficientare i consumi energetici.

Energy consumption of parallel algorithms for solving linear systems on HPC architecture

Modern High-Performance Computing HPC systems are gradually increasing in size and complexity due to the correspondent demand of larger simulations requiring more complicated tasks and higher accuracy. However, as side effects of the Dennard’s scaling approaching its ultimate power limit, the efficiency of software plays also an important role in increasing the overall performance of a computation. Tools to measure application performance in these increasingly complex environments provide insights into the intricate ways in which software and hardware interact. The monitoring of the power consumption in order to save energy is possible through processors interfaces like Intel Running Average Power Limit RAPL. Given the low level of these interfaces, they are often paired with an application-level tool like Performance Application Programming Interface PAPI. Since several problems in many heterogeneous fields can be represented as a complex linear system, an optimized and scalable linear system solver algorithm can decrease significantly the time spent to compute its resolution. One of the most widely used algorithms deployed for the resolution of large simulation is the Gaussian Elimination, which has its most popular implementation for HPC systems in the Scalable Linear Algebra PACKage ScaLAPACK library. However, another relevant algorithm, which is increasing in popularity in the academic field, is the Inhibition Method. This thesis compares the energy consumption of the Inhibition Method and Gaussian Elimination from ScaLAPACK to profile their execution during the resolution of linear systems above the HPC architecture offered by CINECA. Moreover, it also collates the energy and power values for different ranks, nodes, and sockets configurations. The monitoring tools employed to track the energy consumption of these algorithms are PAPI and RAPL, that will be integrated with the parallel execution of the algorithms managed with the Message Passing Interface MPI.

Analisi e ottimizzazione di un container management system nel settore automotive: Il caso Robert Bosch GmbH.

Il presente elaborato descrive l’attività di progetto svolta durante il periodo di tirocinio presso la business unit “automotive technologies” della Robert Bosch GmbH: la Robert Bosch GmbH Branch in Italy che ha sede a Torino, e che si configura come fornitore di componenti per l’industria automotive. La funzione logistica è l’ufficio in cui si è svolta l’esperienza di tirocinio, che si è sviluppato nell’ambito del progetto di Container Management System. In particolare, è stato analizzato il sistema di gestione dei Returnable Packaging relativi ai componenti che vengono forniti agli stabilimenti dei clienti localizzati in Italia. L’elaborato è composto da due parti: una parte teorica e una parte pratica. La parte teorica espone gli strumenti teorici sui quali si fondano i contenuti sviluppati nella parte pratica. La parte pratica è volta a descrivere l’attività di progetto da un punto di vista strettamente operativo. Il primo capitolo illustra i motivi che hanno determinato l’avvio del progetto. Sono poi messi in evidenza quali sono gli obiettivi intermedi e finali che si intendono raggiungere, declinandoli in termini di organizzazione del lavoro. Sono qui esposte le basi teoriche del metodo utilizzato e della disciplina a cui si fa riferimento. Viene inoltre dato spazio alla trattazione di alcuni topic nell’ambito dei Returnable Packaging, approfondendo l’argomento per il settore automotive. Il secondo capitolo descrive la struttura organizzativa, i settori di business e le attività svolte dal gruppo Robert Bosch GmbH nel mondo e in Italia. Viene dato particolare rilievo alla sede di Torino ed alla divisione logistica di quest’ultima, in modo tale da descrivere il contesto entro il quale si sviluppa il progetto. Il capitolo presenta infine gli attori che operano nella catena logistica analizzata, descrivendone le attività svolte e caratterizzando la rete logistica studiata al fine di definire i confini entro i quali si sviluppa il progetto. Il terzo capitolo presenta l’analisi effettuata sul caso in esame, descrivendone le modalità operative per ciascuna fase. Il quarto capitolo presenta delle osservazioni sull’analisi effettuata, la validazione tecnico econimica delle soluzioni proposte e le considerazioni conclusive.

Il Pavement Management System di un'infrastruttura viaria: il caso del quartiere di Campo di Marte del Comune di Firenze

L’elaborato si apre presentando il concetto di Pavement Managemet System (PMS), un modello di gestione degli interventi di manutenzione che le pavimentazioni di una rete stradale dovranno subire nel corso del tempo. Uno dei punti di forza del Pavement Management System, è costituito dalla diretta comparazione tra i costi delle strategie programmate e i relativi benefici, che consente di scegliere l’alternativa più efficace. Nel secondo capitolo viene descritto il catasto stradale, strumento di fondamentale importanza per la gestione del patrimonio stradale e per il funzionamento del Pavement Management System. Esso infatti è l’elemento di collegamento tra la sicurezza e la programmazione della manutenzione. Il terzo capitolo espone il caso di studio del quartiere di Campo di Marte del Comune di Firenze. L’elemento di partenza di questo capitolo è il database dei sinistri stradali, il quale aiuta ad individuare alcune carenze della sovrastruttura che potrebbero essere causa di disagi o addirittura di incidenti. Dall’analisi si possono quindi dedurre utili indicazioni sul tipo di interventi che si rendono necessari per garantire la sicurezza e sulle priorità degli interventi stessi. Successivamente vengono descritte le modalità di rilievo per il quartiere oggetto del caso di studio ed esposti i risultati. Questi, uniti a quelli degli indici di stato prestazionali, danno vita alla pianificazione degli interventi di manutenzione necessari. Il quarto ed ultimo capitolo contiene i piani di manutenzione, con la relativa catalogazione degli interventi di manutenzione e riabilitazione. Questi vengono pianificati con l’ausilio dei risultati provenienti dai rilievi e dagli indici di stato prestazionali. Infine vengono presentati a titolo di esempio, tre casi reali di piano operativo degli interventi sulle pavimentazioni di strade appartenenti al quartiere di Campo di Marte.

Fleet Management System for Search and Rescue Operations

Over one million people lost their lives in the last twenty years from natural disasters like wildfires, earthquakes and man-made disasters. In such scenarios the usage of a fleet of robots aims at the parallelization of the workload and thus increasing speed and capabilities to complete time sensitive missions. This work focuses on the development of a dynamic fleet management system, which consists in the management of multiple agents cooperating in order to accomplish tasks. We presented a Mixed Integer Programming problem for the management and planning of mission’s tasks. The problem was solved using both an exact and a heuristic approach. The latter is based on the idea of solving iteratively smaller instances of the complete problem. Alongside, a fast and efficient algorithm for estimation of travel times between tasks is proposed. Experimental results demonstrate that the proposed heuristic approach is able to generate quality solutions, within specific time limits, compared to the exact one.

Development of Optimal Energy Management Strategies for a Hybrid Boat

The present work proposes different approaches to extend the mathematical methods of supervisory energy management used in terrestrial environments to the maritime sector, that diverges in constraints, variables and disturbances. The aim is to find the optimal real-time solution that includes the minimization of a defined track time, while maintaining the classical energetic approach. Starting from analyzing and modelling the powertrain and boat dynamics, the energy economy problem formulation is done, following the mathematical principles behind the optimal control theory. Then, an adaptation aimed in finding a winning strategy for the Monaco Energy Boat Challenge endurance trial is performed via ECMS and A-ECMS control strategies, which lead to a more accurate knowledge of energy sources and boat’s behaviour. The simulations show that the algorithm accomplishes fuel economy and time optimization targets, but the latter adds huge tuning and calculation complexity. In order to assess a practical implementation on real hardware, the knowledge of the previous approaches has been translated into a rule-based algorithm, that let it be run on an embedded CPU. Finally, the algorithm has been tuned and tested in a real-world race scenario, showing promising results.

Simulation of visible light communications in vehicular networks

The rapid development in the field of lighting and illumination allows low energy consumption and a rapid growth in the use, and development of solid-state sources. As the efficiency of these devices increases and their cost decreases there are predictions that they will become the dominant source for general illumination in the short term. The objective of this thesis is to study, through extensive simulations in realistic scenarios, the feasibility and exploitation of visible light communication (VLC) for vehicular ad hoc networks (VANETs) applications. A brief introduction will introduce the new scenario of smart cities in which visible light communication will become a fundamental enabling technology for the future communication systems. Specifically, this thesis focus on the acquisition of several, frequent, and small data packets from vehicles, exploited as sensors of the environment. The use of vehicles as sensors is a new paradigm to enable an efficient environment monitoring and an improved traffic management. In most cases, the sensed information must be collected at a remote control centre and one of the most challenging aspects is the uplink acquisition of data from vehicles. My thesis discusses the opportunity to take advantage of short range vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-roadside (V2R) communications to offload the cellular networks. More specifically, it discusses the system design and assesses the obtainable cellular resource saving, by considering the impact of the percentage of vehicles equipped with short range communication devices, of the number of deployed road side units, and of the adopted routing protocol. When short range communications are concerned, WAVE/IEEE 802.11p is considered as standard for VANETs. Its use together with VLC will be considered in urban vehicular scenarios to let vehicles communicate without involving the cellular network. The study is conducted by simulation, considering both a simulation platform (SHINE, simulation platform for heterogeneous interworking networks) developed within the Wireless communication Laboratory (Wilab) of the University of Bologna and CNR, and network simulator (NS3). trying to realistically represent all the wireless network communication aspects. Specifically, simulation of vehicular system was performed and introduced in ns-3, creating a new module for the simulator. This module will help to study VLC applications in VANETs. Final observations would enhance and encourage potential research in the area and optimize performance of VLC systems applications in the future.