Riorganizzazione della manutenzione in ottica TPM: il caso Toyota Material Handling Manufacturing Italy

Il presente lavoro di tesi nasce dall'attività di stage svolto presso la Toyota Material Handling Manufacturing Italy S.p.A. di Bologna, azienda specializzata nella produzione di carrelli elevatori. Lo scopo prefissato di questo elaborato è quello di fornire una visione globale della Total Productive Maintenance, andando successivamente ad illustrare gli strumenti e le metodologie impiegate in un contesto reale e quindi i risultati ottenibili nel medio-lungo termine. La prima parte dell’elaborato va ad illustrare lo scenario moderno nel quale le imprese sono chiamate a confrontarsi e a competere per raggiungere i propri obiettivi. Nella seconda parte viene trattato il tema della “manutenzione dei sistemi produttivi” con particolare attenzione agli approcci risolutivi e alle politiche intraprese nel corso degli ultimi anni per poi analizzare il principale strumento di gestione della manutenzione utilizzato in scala mondiale, ovvero la Total Production Maintenance. L’ultima parte, dopo un capitolo riservato alla presentazione dell’azienda, si concentra sulle attività svolte presso l’azienda, sugli strumenti e tecniche utilizzate, per poi analizzare i risultati ottenuti ed ottenibili grazie al percorso intrapreso.

Sviluppo e validazione di un algoritmo di Vehicle Routing per un caso di logistica distributiva in collaborazione con Toyota Material Handling Italia

L’elaborato descrive le fasi di progettazione, programmazione e validazione di un programma sviluppato in ambiente Java per il Vehicle Routing Problem. L’algoritmo implementato è di tipo euristico costruttivo primal e presenta funzionalità specifiche per la gestione di un elevato numero di vincoli e l’applicazione a casistiche reali. La validazione è stata effettuata su una base dati reale e in confronto a dataset di cui è nota la soluzione ottima. Il programma è stato progettato per risultare flessibile alle richieste dell’utente e utilizzabile per valutazioni economiche in ambito consulenziale.

Introduzione di un piano di campionamento indicizzato secondo l'AQL per i materiali in ingresso nel settore del material handling e dell'intralogistica. Il caso System Logistics S.p.A.

L’elaborato si è sviluppato all'interno dell’azienda System Logistics S.p.A. di Fiorano Modenese, leader nel settore del material handling e dell’intralogistica. Il focus dell'elaborato è sulla progettazione di un piano di campionamento indicizzato secondo il livello di qualità accettabile. Successivamente ad una presentazione più approfondita dell’azienda e dei prodotti offerti, si passa all’introduzione teorica dei temi dell’intralogistica e della qualità. Questo permette di comprendere il contesto operativo più generale in cui si inserisce il progetto. Infatti, la parte centrale è dedicata alla presentazione delle origini, degli obiettivi e della metodologia del progetto, in particolare, anticipando le procedure che si sono poste come basi strutturali della progettazione. La parte finale descrive il processo statistico che ha portato all’ottenimento del nuovo piano di campionamento e la sua applicazione empirica ai componenti più critici della navetta del LogiMate, il più recente prodotto dell’azienda. In quest’ultima fase si pone il focus sul processo di raccolta e analisi dei dati presentando, in particolare, un’analisi comparativa rispetto alla situazione iniziale dal punto di vista del rischio e un’analisi effettuata con le Carte di Controllo sul processo produttivo di un fornitore. L’esposizione è realizzata anche mediante grafici, ottenuti principalmente attraverso il supporto di Excel e Minitab, al fine illustrare in modo più agevole ed esplicito i risultati ottenuti.

Design of compliant mechanisms and their application to morphing wing technology

This thesis describes a study conducted for the development of a new approach for the design of compliant mechanisms. Currently compliant mechanisms are based on a 2.5D design method. The applications for which compliant mechanisms can be used this way, is limited. The proposed research suggests to use a 3D approach for the design of CM’s, to better exploit its useful properties. To test the viability of this method, a practical application was chosen. The selected application is related to morphing wings. During this project a working prototype of a variable sweep and variable AoA system was designed and made for an SUAV. A compliant hinge allows the system to achieve two DOF. This hinge has been designed using the proposed 3D design approach. To validate the capabilities of the design, two methods were used. One of these methods was by simulation. By using analysis software, a basic idea could be provided of the stress and deformation of the designed mechanism. The second validation was done by means of AM. Using FDM and material jetting technologies, several prototypes were manufactured. The result of the first model showed that the DOF could be achieved. Models manufactured using material jetting technology, proved that the designed model could provide the desired motion and exploit the positive characteristics of CM. The system could be manufactured successfully in one part. Being able to produce the system in one part makes the need for an extensive assembly process redundant. This improves its structural quality. The materials chosen for the prototypes were PLA, VeroGray and Rigur. The material properties were suboptimal for its final purpose, but successful results were obtained. The prototypes proved tough and were able to provide the desired motion. This proves that the proposed design method can be a useful tool for the design of improved CM’s. Furthermore, the variable sweep & AoA system could be used to boost the flight performance of SUAV’s.

On the Role of Automatic Guided Vehicles in the 4th Industrial Revolution

Elaborate presents automated guided vehicle state-of-art, describing AGVs' types and employed technologies. AGVs' applications is going to be exposed by means of performed work during Toyota's internship. It will be presented the acquired experience on automatic forklifts' implementation and tools employed in a realization of an AGV system. Morover, it will be presented the development of a python program able to retrieve data, stored in a database, and elaborate them to produce heatmaps on vehicles' errors. The said program has been tested live on customer's sites and obtained result will be explained. Finally, it is going to be presented the analysis on natural navigation technology applied to Toyota's AGVs. Tests on natural navigation have been run in warehouses to estimate capabilities and possible application in logistic field.

Design, fabrication and mechanical characterization of a structural node made using Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) technology

Additive Manufacturing (AM), also known as “3D printing”, is a recent production technique that allows the creation of three-dimensional elements by depositing multiple layers of material. This technology is widely used in various industrial sectors, such as automotive, aerospace and aviation. With AM, it is possible to produce particularly complex elements for which traditional techniques cannot be used. These technologies are not yet widespread in the civil engineering sector, which is slowly changing thanks to the advantages of AM, such as the possibility of realizing elements without geometric restrictions, with less material usage and a higher efficiency, in particular employing Wire-and-Arc Additive Manufacturing (WAAM) technology. Buildings that benefit most from AM are all those structures designed using form-finding and free-form techniques. These include gridshells, where joints are the most critical and difficult elements to design, as the overall behaviour of the structure depends on them. It must also be considered that, during the design, the engineer must try to minimize the structure's own weight. Self-weight reductions can be achieved by Topological Optimization (TO) of the joint itself, which generates complex geometries that could not be made using traditional techniques. To sum up, weight reductions through TO combined with AM allow for several potential benefits, including economic ones. In this thesis, the roof of the British Museum is considered as a case study, analysing the gridshell structure of which a joint will be chosen to be designed and manufactured, using TO and WAAM techniques. Then, the designed joint will be studied in order to understand its structural behaviour in terms of stiffness and strength. Finally, a printing test will be performed to assess the production feasibility using WAAM technology. The computational design and fabrication stages were carried out at Technische Universität Braunschweig in Germany.

Manutenzione preventiva della Rail Line tramite il metodo MAGEC

L'elaborato è il risultato del progetto di tesi svolto presso l’azienda Lift Truck Equipment L.T.E. di Ostellato (Ferrara) che opera nell’ambito della progettazione e produzione di gruppi di sollevamento ed attrezzature per carrelli elevatori all’interno del gruppo Toyota Material Handling. Il progetto è stato svolto nel periodo da gennaio a marzo 2016 in collaborazione con l’ufficio di Ingegneria di processo di L.T.E. e riguarda l’applicazione del metodo MAGEC (Modi e Analisi dei Guasti e delle Criticità) per l’analisi dei guasti di una linea produttiva dell’azienda, la Rail Line. Nel primo capitolo viene inquadrato il sistema produttivo dell’azienda in aderenza con la filosofia del TPS (Toyota Production System) per chiarire l’ambito in cui è nato il progetto, le motivazioni che hanno portato al suo sviluppo e l’ottica secondo cui è stato svolto. Nel secondo capitolo è fornita una descrizione dell’approccio utilizzato, che consiste in una variante della FMECA, il metodo più utilizzato per le analisi in ambito affidabilistico. Inoltre sono riportate le attività di pianificazione che sono state svolte preliminarmente all’inizio del progetto. Successivamente nel terzo capitolo sono illustrati in modo dettagliato i vari step dell’implementazione del metodo, dalla raccolta dati, effettuata presso l’azienda, all’elaborazione. L’ultimo capitolo è dedicato ai risultati dell’analisi e a una breve descrizione di come tali risultati sono stati utilizzati nelle attività di manutenzione preventiva.

Factors affecting the mission time of an autonomous mobile robot: a theoretical and experimental investigation

I vantaggi dell’Industria 4.0 hanno stravolto il manufacturing. Ma cosa vuol dire "Industria 4.0"? Essa è la nuova frontiera del manufacturing, basata su princìpi che seguono i passi avanti dei sistemi IT e della tecnologia. Dunque, i suoi pilastri sono: integrazione, verticale e orizzontale, digitalizzazione e automazione. L’Industria 4.0 coinvolge molte aree della supply chain, dai flussi informativi alla logistica. In essa e nell’intralogistica, la priorità è sviluppare dei sistemi di material handling flessibili, automatizzati e con alta prontezza di risposta. Il modello ideale è autonomo, in cui i veicoli fanno parte di una flotta le cui decisioni sono rese decentralizzate grazie all'alta connettività e alla loro abilità di collezionare dati e scambiarli rapidamente nel cloud aziendale.Tutto ciò non sarebbe raggiungibile se ci si affidasse a un comune sistema di trasporto AGV, troppo rigido e centralizzato. La tesi si focalizza su un tipo di material handlers più flessibile e intelligente: gli Autonomous Mobile Robots. Grazie alla loro intelligenza artificiale e alla digitalizzazione degli scambi di informazioni, interagiscono con l’ambiente per evitare ostacoli e calcolare il percorso ottimale. Gli scenari dell’ambiente lavorativo determinano perdite di tempo nel tragitto dei robot e sono queste che dovremo studiare. Nella tesi, i vantaggi apportati dagli AMR, come la loro decentralizzazione delle decisioni, saranno introdotti mediante una literature review e poi l’attenzione verterà sull’analisi di ogni scenario di lavoro. Fondamentali sono state le esperienze nel Logistics 4.0 Lab di NTNU, per ricreare fisicamente alcuni scenari. Inoltre, il software AnyLogic sarà usato per riprodurre e simulare tutti gli scenari rilevanti. I risultati delle simulazioni verranno infine usati per creare un modello che associ ad ogni scenario rilevante una perdita di tempo, attraverso una funzione. Per questo saranno usati software di data analysis come Minitab e MatLab.

Efficientamento dell'attività di repackaging e del flusso logistico interno in uno stabilimento produttivo. Il caso Whirlpool EMEA S.p.A.

Tra le finalità della logistica vi è la riduzione del Material Handling che ha come ambizione la consegna diretta del materiale dal fornitore alle linee di produzione. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo quello di attaccare determinate perdite messe in luce dal Cost Deployment Logistico, attraverso un progetto mirato, all’interno dello stabilimento produttivo di Whirlpool EMEA S.p.A. a Melano. Le perdite in questione riguardano l’inefficienza del flusso logistico interno relativo alle linee che producono piani cottura gas. In particolare, il Kaizen messo in atto va ad eliminare dal ciclo di lavoro dei repacker, alcune operazioni di riconfezionamento interno, che vengono riassegnate, in funzione della conformazione del packaging primario e secondario delle famiglie di componenti, rispettivamente agli operatori tuggeristi e carrellisti. In questo modo viene da un lato evitato il tocco superfluo di un operatore con conseguente riduzione del tempo di movimentazione totale di alcune famiglie di componenti, dall’altro vi è un maggior bilanciamento della saturazione di tutte le figure coinvolte nel processo di consegna materiale in senso lato. Il progetto ha portato dunque a una ridistribuzione delle attività tra gli operatori logistici coinvolti con conseguente necessità di un relayout delle aree picking gas. Grazie al progetto è stato diminuito il monte ore necessario all’attività di repackaging con corrispondente risparmio economico annuo. Il lavoro si è occupato anche dell’implementazione di un’automazione: due robot AMR. Gli AMR robot, oltre a permettere il raggiungimento degli obiettivi economici, hanno portato ad una migliore configurazione del ciclo dei tuggeristi, che risulta ridotto in termine di percentuale di operazioni a non valore aggiunto (NVAA).

ottimizzazione del modello di gestione delle scorte dei reparti attrezzeria e sicurezza e definizione dei picking-point degli operatori

Il sistema logistico rappresenta una variabile fondamentale nel contesto organizzativo: se efficiente e ben strutturato può rivelarsi un vantaggio competitivo per le organizzazioni. Nel presente elaborato viene posta l’attenzione proprio su un particolare ambito del sistema logistico, ossia quello della logistica interna. L’obiettivo di questa tesi, svolta a margine di un tirocinio in Marchesini Group, azienda del bolognese leader nella fornitura di sistemi automatici per il packaging farmaceutico e cosmetico, è stato quello di ottimizzare i processi di gestione delle scorte e di picking di due categorie specifiche di prodotti: gli utensili, gestiti dal reparto attrezzeria ed i DPI, gestiti dal reparto sicurezza. Dopo una fase iniziale di osservazione diretta sul campo, finalizzata rilevare le principali criticità dei processi, lo studio si è concentrato sull'identificazione degli articoli principalmente consumati dai reparti e sulla definizione del loro consumo medio. In funzione delle esigenze dei diversi settori coinvolti, sono state, per entrambi i reparti, avanzate delle proposte di soluzione che riguardano sia l'introduzione di un nuovo modello di gestione delle scorte, accompagnato da un nuovo sistema di monitoraggio delle giacenze, che la riorganizzazione del flusso informativo relativo alla gestione degli ordini. Oltre che sul flusso informativo, il focus è stato posto anche sul flusso fisico degli articoli, con l’obiettivo di eliminare gli sprechi legati alle movimentazioni degli operatori tra i reparti. A tale scopo, dopo aver analizzato l'attuale processo di picking, è stata avanzata una proposta di soluzione che prevede l'introduzione di alcuni punti di prelievo direttamente all’interno dei reparti produttivi, appositamente collocati e dimensionati per minimizzare gli spostamenti degli operatori. Nella parte finale dell’elaborato vengono trattate le soluzioni proposte dal punto di vista economico e ne vengono illustrati i possibili sviluppi futuri.

Bioremediation of PAHs - Limitations and soultions

Introduction 1.1 Occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in the environment Worldwide industrial and agricultural developments have released a large number of natural and synthetic hazardous compounds into the environment due to careless waste disposal, illegal waste dumping and accidental spills. As a result, there are numerous sites in the world that require cleanup of soils and groundwater. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are one of the major groups of these contaminants (Da Silva et al., 2003). PAHs constitute a diverse class of organic compounds consisting of two or more aromatic rings with various structural configurations (Prabhu and Phale, 2003). Being a derivative of benzene, PAHs are thermodynamically stable. In addition, these chemicals tend to adhere to particle surfaces, such as soils, because of their low water solubility and strong hydrophobicity, and this results in greater persistence under natural conditions. This persistence coupled with their potential carcinogenicity makes PAHs problematic environmental contaminants (Cerniglia, 1992; Sutherland, 1992). PAHs are widely found in high concentrations at many industrial sites, particularly those associated with petroleum, gas production and wood preserving industries (Wilson and Jones, 1993). 1.2 Remediation technologies Conventional techniques used for the remediation of soil polluted with organic contaminants include excavation of the contaminated soil and disposal to a landfill or capping - containment - of the contaminated areas of a site. These methods have some drawbacks. The first method simply moves the contamination elsewhere and may create significant risks in the excavation, handling and transport of hazardous material. Additionally, it is very difficult and increasingly expensive to find new landfill sites for the final disposal of the material. The cap and containment method is only an interim solution since the contamination remains on site, requiring monitoring and maintenance of the isolation barriers long into the future, with all the associated costs and potential liability. A better approach than these traditional methods is to completely destroy the pollutants, if possible, or transform them into harmless substances. Some technologies that have been used are high-temperature incineration and various types of chemical decomposition (for example, base-catalyzed dechlorination, UV oxidation). However, these methods have significant disadvantages, principally their technological complexity, high cost , and the lack of public acceptance. Bioremediation, on the contrast, is a promising option for the complete removal and destruction of contaminants. 1.3 Bioremediation of PAH contaminated soil & groundwater Bioremediation is the use of living organisms, primarily microorganisms, to degrade or detoxify hazardous wastes into harmless substances such as carbon dioxide, water and cell biomass Most PAHs are biodegradable unter natural conditions (Da Silva et al., 2003; Meysami and Baheri, 2003) and bioremediation for cleanup of PAH wastes has been extensively studied at both laboratory and commercial levels- It has been implemented at a number of contaminated sites, including the cleanup of the Exxon Valdez oil spill in Prince William Sound, Alaska in 1989, the Mega Borg spill off the Texas coast in 1990 and the Burgan Oil Field, Kuwait in 1994 (Purwaningsih, 2002). Different strategies for PAH bioremediation, such as in situ , ex situ or on site bioremediation were developed in recent years. In situ bioremediation is a technique that is applied to soil and groundwater at the site without removing the contaminated soil or groundwater, based on the provision of optimum conditions for microbiological contaminant breakdown.. Ex situ bioremediation of PAHs, on the other hand, is a technique applied to soil and groundwater which has been removed from the site via excavation (soil) or pumping (water). Hazardous contaminants are converted in controlled bioreactors into harmless compounds in an efficient manner. 1.4 Bioavailability of PAH in the subsurface Frequently, PAH contamination in the environment is occurs as contaminants that are sorbed onto soilparticles rather than in phase (NAPL, non aqueous phase liquids). It is known that the biodegradation rate of most PAHs sorbed onto soil is far lower than rates measured in solution cultures of microorganisms with pure solid pollutants (Alexander and Scow, 1989; Hamaker, 1972). It is generally believed that only that fraction of PAHs dissolved in the solution can be metabolized by microorganisms in soil. The amount of contaminant that can be readily taken up and degraded by microorganisms is defined as bioavailability (Bosma et al., 1997; Maier, 2000). Two phenomena have been suggested to cause the low bioavailability of PAHs in soil (Danielsson, 2000). The first one is strong adsorption of the contaminants to the soil constituents which then leads to very slow release rates of contaminants to the aqueous phase. Sorption is often well correlated with soil organic matter content (Means, 1980) and significantly reduces biodegradation (Manilal and Alexander, 1991). The second phenomenon is slow mass transfer of pollutants, such as pore diffusion in the soil aggregates or diffusion in the organic matter in the soil. The complex set of these physical, chemical and biological processes is schematically illustrated in Figure 1. As shown in Figure 1, biodegradation processes are taking place in the soil solution while diffusion processes occur in the narrow pores in and between soil aggregates (Danielsson, 2000). Seemingly contradictory studies can be found in the literature that indicate the rate and final extent of metabolism may be either lower or higher for sorbed PAHs by soil than those for pure PAHs (Van Loosdrecht et al., 1990). These contrasting results demonstrate that the bioavailability of organic contaminants sorbed onto soil is far from being well understood. Besides bioavailability, there are several other factors influencing the rate and extent of biodegradation of PAHs in soil including microbial population characteristics, physical and chemical properties of PAHs and environmental factors (temperature, moisture, pH, degree of contamination). Figure 1: Schematic diagram showing possible rate-limiting processes during bioremediation of hydrophobic organic contaminants in a contaminated soil-water system (not to scale) (Danielsson, 2000). 1.5 Increasing the bioavailability of PAH in soil Attempts to improve the biodegradation of PAHs in soil by increasing their bioavailability include the use of surfactants , solvents or solubility enhancers.. However, introduction of synthetic surfactant may result in the addition of one more pollutant. (Wang and Brusseau, 1993).A study conducted by Mulder et al. showed that the introduction of hydropropyl-ß-cyclodextrin (HPCD), a well-known PAH solubility enhancer, significantly increased the solubilization of PAHs although it did not improve the biodegradation rate of PAHs (Mulder et al., 1998), indicating that further research is required in order to develop a feasible and efficient remediation method. Enhancing the extent of PAHs mass transfer from the soil phase to the liquid might prove an efficient and environmentally low-risk alternative way of addressing the problem of slow PAH biodegradation in soil.

Characterization of a 3D-printed low-cost flexible dielectric material for the realization of innovative WPT wearable applications

The aim of this thesis is to demonstrate that 3D-printing technologies can be considered significantly attractive in the production of microwave devices and in the antenna design, with the intention of making them lightweight, cheaper, and easily integrable for the production of wireless, battery-free, and wearable devices for vital signals monitoring. In this work, a new 3D-printable, low-cost resin material, the Flexible80A, is proposed as RF substrate in the implementation of a rectifying antenna (rectenna) operating at 2.45 GHz for wireless power transfer. A careful and accurate electromagnetic characterization of the abovementioned material, revealing it to be a very lossy substrate, has paved the way for the investigation of innovative transmission line and antenna layouts, as well as etching techniques, possible thanks to the design freedom enabled by 3D-printing technologies with the aim of improving the wave propagation performance within lossy materials. This analysis is crucial in the design process of a patch antenna, meant to be successively connected to the rectifier. In fact, many different patch antenna layouts are explored varying the antenna dimensions, the substrate etchings shape and position, the feeding line technology, and the operating frequency. Before dealing with the rectification stage of the rectenna design, the hot and long-discussed topic of the equivalent receiving antenna circuit representation is addressed, providing an overview of the interpretation of different authors about the issue, and the position that has been adopted in this thesis. Furthermore, two rectenna designs are proposed and simulated with the aim of minimizing the dielectric losses. Finally, a prototype of a rectenna with the antenna conjugate matched to the rectifier, operating at 2.45 GHz, has been fabricated with adhesive copper on a substrate sample of Flexible80A and measured, in order to validate the simulated results.

Structural steel design with BIM technology - interventions on a three buildings block in Deruta (PG)

The aim of this thesis is to use the developments, advantages and applications of "Building Information Modelling" (BIM) with emphasis on the discipline of structural design for steel building located in Perugia. BIM was mainly considered as a new way of planning, constructing and operating buildings or infrastructures. It has been found to offer greater opportunities for increased efficiency, optimization of resources and generally better management throughout the life cycle of a facility. BIM increases the digitalization of processes and offers integrated and collaborative technologies for design, construction and operation. To understand BIM and its benefits, one must consider all phases of a project. Higher initial design costs often lead to lower construction and operation costs. Creating data-rich digital models helps to better predict and coordinate the construction phases and operation of a building. One of the main limitations identified in the implementation of BIM is the lack of knowledge and qualified professionals. Certain disciplines such as structural and mechanical design depend on whether the main contractor, owner, general contractor or architect need to use or apply BIM to their projects. The existence of a supporting or mandatory BIM guideline may then eventually lead to its adoption. To test the potential of the BIM adoption in the steel design process, some models were developed taking advantage of a largely diffuse authoring software (Autodesk Revit), to produce construction drawings and also material schedule that were needed in order to estimate quantities and features of a real steel building. Once the model has been built the whole process has been analyzed and then compared with the traditional design process of steel structure. Many relevant aspect in term of clearness and also in time spent were shown and lead to final conclusions about the benefits from BIM methodology.