Recurrence Quantification Analysis of System Signals for Detecting Tool and Chatter in Turning

In this thesis, the applications of the recurrence quantification analysis in metal cutting operation in a lathe, with specific objective to detect tool wear and chatter, are presented.This study is based on the discovery that process dynamics in a lathe is low dimensional chaotic. It implies that the machine dynamics is controllable using principles of chaos theory. This understanding is to revolutionize the feature extraction methodologies used in condition monitoring systems as conventional linear methods or models are incapable of capturing the critical and strange behaviors associated with the metal cutting process.As sensor based approaches provide an automated and cost effective way to monitor and control, an efficient feature extraction methodology based on nonlinear time series analysis is much more demanding. The task here is more complex when the information has to be deduced solely from sensor signals since traditional methods do not address the issue of how to treat noise present in real-world processes and its non-stationarity. In an effort to get over these two issues to the maximum possible, this thesis adopts the recurrence quantification analysis methodology in the study since this feature extraction technique is found to be robust against noise and stationarity in the signals.The work consists of two different sets of experiments in a lathe; set-I and set-2. The experiment, set-I, study the influence of tool wear on the RQA variables whereas the set-2 is carried out to identify the sensitive RQA variables to machine tool chatter followed by its validation in actual cutting. To obtain the bounds of the spectrum of the significant RQA variable values, in set-i, a fresh tool and a worn tool are used for cutting. The first part of the set-2 experiments uses a stepped shaft in order to create chatter at a known location. And the second part uses a conical section having a uniform taper along the axis for creating chatter to onset at some distance from the smaller end by gradually increasing the depth of cut while keeping the spindle speed and feed rate constant.The study concludes by revealing the dependence of certain RQA variables; percent determinism, percent recurrence and entropy, to tool wear and chatter unambiguously. The performances of the results establish this methodology to be viable for detection of tool wear and chatter in metal cutting operation in a lathe. The key reason is that the dynamics of the system under study have been nonlinear and the recurrence quantification analysis can characterize them adequately.This work establishes that principles and practice of machining can be considerably benefited and advanced from using nonlinear dynamics and chaos theory.

Neuartige Verfahren für die Überwachung und Diagnose von aktiv magnetgelagerten rotierenden Maschinen

Mit aktiven Magnetlagern ist es möglich, rotierende Körper durch magnetische Felder berührungsfrei zu lagern. Systembedingt sind bei aktiv magnetgelagerten Maschinen wesentliche Signale ohne zusätzlichen Aufwand an Messtechnik für Diagnoseaufgaben verfügbar. In der Arbeit wird ein Konzept entwickelt, das durch Verwendung der systeminhärenten Signale eine Diagnose magnetgelagerter rotierender Maschinen ermöglicht und somit neben einer kontinuierlichen Anlagenüberwachung eine schnelle Bewertung des Anlagenzustandes gestattet. Fehler können rechtzeitig und ursächlich in Art und Größe erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Anhand der erfassten Signale geschieht die Gewinnung von Merkmalen mit signal- und modellgestützten Verfahren. Für den Magnetlagerregelkreis erfolgen Untersuchungen zum Einsatz modellgestützter Parameteridentifikationsverfahren, deren Verwendbarkeit wird bei der Diagnose am Regler und Leistungsverstärker nachgewiesen. Unter Nutzung von Simulationsmodellen sowie durch Experimente an Versuchsständen werden die Merkmalsverläufe im normalen Referenzzustand und bei auftretenden Fehlern aufgenommen und die Ergebnisse in einer Wissensbasis abgelegt. Diese dient als Grundlage zur Festlegung von Grenzwerten und Regeln für die Überwachung des Systems und zur Erstellung wissensbasierter Diagnosemodelle. Bei der Überwachung werden die Merkmalsausprägungen auf das Überschreiten von Grenzwerten überprüft, Informationen über erkannte Fehler und Betriebszustände gebildet sowie gegebenenfalls Alarmmeldungen ausgegeben. Sich langsam anbahnende Fehler können durch die Berechnung der Merkmalstrends mit Hilfe der Regressionsanalyse erkannt werden. Über die bisher bei aktiven Magnetlagern übliche Überwachung von Grenzwerten hinaus erfolgt bei der Fehlerdiagnose eine Verknüpfung der extrahierten Merkmale zur Identifizierung und Lokalisierung auftretender Fehler. Die Diagnose geschieht mittels regelbasierter Fuzzy-Logik, dies gestattet die Einbeziehung von linguistischen Aussagen in Form von Expertenwissen sowie die Berücksichtigung von Unbestimmtheiten und ermöglicht damit eine Diagnose komplexer Systeme. Für Aktor-, Sensor- und Reglerfehler im Magnetlagerregelkreis sowie Fehler durch externe Kräfte und Unwuchten werden Diagnosemodelle erstellt und verifiziert. Es erfolgt der Nachweis, dass das entwickelte Diagnosekonzept mit beherrschbarem Rechenaufwand korrekte Diagnoseaussagen liefert. Durch Kaskadierung von Fuzzy-Logik-Modulen wird die Transparenz des Regelwerks gewahrt und die Abarbeitung der Regeln optimiert. Endresultat ist ein neuartiges hybrides Diagnosekonzept, welches signal- und modellgestützte Verfahren der Merkmalsgewinnung mit wissensbasierten Methoden der Fehlerdiagnose kombiniert. Das entwickelte Diagnosekonzept ist für die Anpassung an unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen bei rotierenden Maschinen konzipiert.

Parallel Coupled Micro-Macro Actuators

This thesis presents a new actuator system consisting of a micro-actuator and a macro-actuator coupled in parallel via a compliant transmission. The system is called the Parallel Coupled Micro-Macro Actuator, or PaCMMA. In this system, the micro-actuator is capable of high bandwidth force control due to its low mass and direct-drive connection to the output shaft. The compliant transmission of the macro-actuator reduces the impedance (stiffness) at the output shaft and increases the dynamic range of force. Performance improvement over single actuator systems was expected in force control, impedance control, force distortion and reduction of transient impact forces. A set of quantitative measures is proposed and the actuator system is evaluated against them: Force Control Bandwidth, Position Bandwidth, Dynamic Range, Impact Force, Impedance ("Backdriveability'"), Force Distortion and Force Performance Space. Several theoretical performance limits are derived from the saturation limits of the system. A control law is proposed and control system performance is compared to the theoretical limits. A prototype testbed was built using permanenent magnet motors and an experimental comparison was performed between this actuator concept and two single actuator systems. The following performance was observed: Force bandwidth of 56Hz, Torque Dynamic Range of 800:1, Peak Torque of 1040mNm, Minimum Torque of 1.3mNm. Peak Impact Force was reduced by an order of magnitude. Distortion at small amplitudes was reduced substantially. Backdriven impedance was reduced by 2-3 orders of magnitude. This actuator system shows promise for manipulator design as well as psychophysical tests of human performance.

Revisión sistemática de estudios descriptivos : tratamiento de fracturas diafisarias antebrazo en niños entre 6 y 12 años

El tratamiento de las fracturas de tercio medio de antebrazo en niños de 6-12 años es controversial, debido a las diferentes opciones de manejo que existen en la actualidad. Objetivo: realizar una revisión sistemática de la literatura para determinar cuál es el mejor tratamiento de las fracturas diafisiarias del tercio medio del antebrazo en niños de 6-12 años. Materiales y métodos: se realizó una búsqueda sistemática y ampliada de estudios descriptivos comparativos sobre los diferentes tratamientos para fracturas tercio medio antebrazo en niños de 6-12 años de edad. Resultados: se identificaron en total 16 artículos, seis de los cuales cumplieron los criterios de inclusión, con cinco diferentes opciones de tratamiento. No se encontraron diferencias en los resultados funcionales de los diferentes tipos de tratamiento y se evidencio un mayor número de complicaciones por angulación de las fracturas en los grupos de tratamiento con clavos endomedulares. Los estudios presentan sesgos de selección y hay varias diferencias en la medición de sus respectivos desenlaces. Conclusiones: la evidencia evaluada en esta revisión sistemática no permite determinar cuál es el mejor tratamiento para este tipo de fracturas, sin importar el tipo de material de osteosíntesis utilizado. Se requieren ensayos clínicos controlados que evalúen los diferentes tipos de tratamiento para poder determinar el mejor manejo de estas.

Caracterización del trauma en accidentes de motocicleta tratado en el Hospital de Kennedy

El aumento del número de motocicletas en los últimos años se ha acompañado de un incremento en el porcentaje de accidentes que las involucra y se ha convertido en una causa relevante de morbilidad y mortalidad para la población Colombiana; razón por la cual, cobra importancia conocer las características sociodemográficas de la población involucrada en este tipo de accidentes, así como las características clínicas relacionadas con el tipo de trauma y tratamiento indicado. Para tal fin, se llevó a cabo un estudio observacional descriptivo de tipo retrospectivo que permitió establecer las características clínicas y sociodemográficas de la población víctima de accidentes de motocicleta, en un periodo comprendido desde Enero 1 del 2008 hasta el 31 de Diciembre de 2011; población atendida en una Institución de Salud de Bogotá. Se estudiaron 717 pacientes atendidos en el servicio de urgencias del Hospital de Kennedy: 531 Hombres y 186 Mujeres, de grupos etáreos desde los 0-4 años (6%), hasta >65 años (5%), con mayor prevalencia de accidentalidad en el grupo de 15 – 64 años (43%). El 86% de los accidentados utilizaban casco y el 45% presentaron accidentes en el horario del día comprendido entre las 13 y 18 horas (45%). Sólo el 7% de los pacientes tenían indicios de uso de alcohol. En cuanto a las características del trauma, tuvo mayor prevalencia en las extremidades inferiores (63%), el 94% de las fracturas fueron cerradas, con trauma asociado en el 35% de los casos, relacionado con Trauma Cráneo Encefálico en el 24% de los casos (TCE). La distribución del trauma según el segmento corporal afectado en orden es el siguiente: Fractura tibia (21%), tobillo (17.2%), radio distal (10.6%) y diáfisis de radio (8.5%). Este estudio ofrece una base para futuras conductas en los departamentos de trauma.

Estudio de viabilidad para la ejecución directa en procesos de importación de lentejas, arvejas y aceites para la Agencia Logística de las Fuerzas Militares (ALFM)

Verificar la viabilidad de que algunas actividades eje de la Agencia Logística de las Fuerzas Militares se involucraran en el comercio exterior, teniendo en cuenta que esta es la entidad encargada de proveer alimentos y suministros a los diferentes centros de abastecimiento y distribución a lo largo del territorio nacional. Para esto, se tuvieron en cuenta tres productos para hacer el análisis: lenteja, arveja verde seca y aceite de soya. Para estos casos en específico, se realiza un análisis de la situación actual, verificando como se lleva a cabo los procesos de compra y de aprovisionamiento y se hace una descripción detallada dependiendo de la zona de distribución en que se demanden. Por otro lado, se adelanto un proceso de análisis de los diferentes términos de negociación por medio de los cuales se podría llegar a beneficiar la agencia; y para cada Incoterm, se hizo el respectivo desglose de costes para luego compararlos con el método de compra realizado actualmente, evidenciando así, a través de cuáles mecanismos se obtienen ahorros y beneficios económicos en general. De igual manera se tuvo en cuenta la posición de oferta de los principales proveedores a nivel mundial de los productos mencionados anteriormente, por medio de una investigación a través de bases de datos del Ministerio de Comercio Exterior Colombiano. Finalmente se hacen las respectivas conclusiones y recomendaciones, lo anterior con el fin de que la Agencia tenga la oportunidad de aprovechar las ventajas de ingresar directamente al mercado internacional sin necesidad de intermediarios.

Resultados clínicos, radiológicos del manejo de fracturas diafisiarias de fémur con clavos elásticos endomedulares en población pediátrica

Introducción: Las fracturas de fémur en pediatría son una causa de discapacidad por requerir una inmovilización prolongada, convirtiendo su manejo en un reto para el ortopedista. El tratamiento depende de muchos factores, como la edad, el peso, el tipo de fractura y mecanismo de trauma. El estudio evaluará los desenlaces clínicos y radiológicos del paciente pediátrico con fracturas diafisiaria de fémur manejadas quirúrgicamente con clavos elásticos endomedulares. Materiales y métodos: Estudio observacional descriptivo, serie de casos, recolección de información a través de revisión de historias clínicas en pacientes sometidos quirúrgicamente con clavos elásticos. Resultados: Un total de 13 casos; promedio de edad de 8,2±2,86 años; relación hombre mujer es 3: 1. Principal mecanismo de trauma baja energía (9 casos). Con un seguimiento de 12.5±2,82 meses, el postoperatorio evidenció complicaciones menores relacionadas con irritación del punto de entrada del clavo (9 casos). Solo un caso presentó no unión de la fractura. No se documentaron otras complicaciones, existen diferencias estadísticamente significativas en la anteversión femoral del miembro fracturado y el sano (p=0,001) relacionado con problemas rotacionales, igual que la angulación en el plano sagital (p=0,030) sin repercusión para la consolidación ni la marcha. Conclusiones: El análisis de resultados clínicos y radiológicos concuerda con lo descrito en la literatura mundial, los clavos elásticos endomedulares es una técnica reproducible con resultados excelentes y satisfactorios, bajas tasas de complicaciones. Éste estudio presenta limitaciones debido al tamaño de muestra, no podemos hacer recomendaciones definitivas.

Factores asociados a infección de fracturas abiertas de extremidades por accidentes de tránsito. Bogotá, 2012-2013

Los traumatismos por accidentes de tránsito, constituyen un problema de salud pública, a nivel mundial. Las lesiones más frecuentes son las fracturas de extremidades (84.3%). Las fracturas tienen un elevado riesgo de presentar infecciones, secuelas e incapacidades permanentes. Objetivo : Determinar si los factores asociados con la patología (lugar de fractura, clasificación de fractura, comorbilidades del paciente) y/o los factores relacionados con la atención médica (uso de profilaxis antibiótica diferente al protocolo institucional, tiempo prolongado para remisión, demoras en manejo quirúrgico) se asocian a mayor probabilidad de presentar infección de fracturas abiertas, en población mayor a 15 años, atendidos por accidente de tránsito, en una clínica de Bogotá de tercer nivel especializada en atención de SOAT, durante el período Octubre de 2012 a Octubre de 2013. Metodología: Estudio de casos y controles no apareado, relación 1:3, conformado por 43 casos (fracturas abiertas infectadas) y 129 controles (fracturas abiertas no infectadas). Resultados: La edad media de los casos fue de 39.42 +/- 16.82 años (med=36 años) y la edad media de los controles fue de 33.15 +/- 11.78 años (med=30 años). El 83.7% de los casos y el 78.3% de los controles corresponden al sexo masculino. Predominaron los accidentes en motocicleta en el 81.4% de los casos y el 86% de los controles. En el análisis bivariado se encuentra que la edad mayor a 50 años (p=0.042), una clasificación de la fractura grado IIIB o IIIC (p=0.02), cumplimiento del protocolo antibiótico institucional según el grado de fractura (p=0.014) y un tiempo mayor a 24 horas desde el momento del accidente al centro especializado en trauma (p=0.035) se asociaron significativamente con infección de la fractura abierta. En el análisis multivariado se encuentra únicamente que la clasificación de la fractura grado IIIB o IIIC se asocia con infección de la fractura OR 2.6 IC95% (1.187 – 5.781) (p=0.017). La duración de hospitalización fue mayor en los casos (32.37+/- 22.92 días, med=26 días) que en los controles (8.81 +/- 7.52 días, med=6 días) (p<0.001). El promedio de lavados quirúrgicos fue mayor en los casos (4.85±4.1, med=4.0) que en el grupo control (1.94±1.26, med=2) (p<0.001). Conclusiones: La infección posterior a una fractura abierta, implica costos elevados de atención con hospitalizaciones prolongadas y mayor frecuencia de intervenciones quirúrgicas como se evidencia en el presente estudio. Se debe fortalecer el sistema de remisión y contra remisión para acortar los tiempos de inicio de manejo especializado de los pacientes con fracturas abiertas. Se debe incentivar dentro de las instituciones, el cumplimiento de protocolos de profilaxis antibiótica según el grado de la fractura para disminuir el riesgo de complicación infecciosa.

Conical sedimentary structures, trace fossils or not? Observations, experiments, and review

Conical sedimentary structures are widespread in the geological column. Those that are mediated by organisms (or organic matter) can be attributed to seven principal processes, which are investigated by experiment and/or field observations: (1) sand collapse into a cavity (decomposed body, open shaft, or gallery), (2) upward (escape) or downward locomotion by an organism through the sediment, (3) upward adjustment (equilibration), (4) casting of coelenterates' excavations, (5) organism-mediated soft-sediment deformation in heterolithic sediment, (6) biodeformational small and large excavations by organisms, and (7) fluid (gas or liquid) escape structures. Footprint loading may also be included. Criteria are given to distinguish between these processes. Dewatering pipes are best recognized by a zone of deformed and fluidized sediment at the base, and association with non-life (lethal) facies. Care must be used in assigning specimens to ichnotaxa, and it is generally necessary to slab, and also to carry out stratinomic investigation in the field.

Use of extensible internal device in the femur of young dogs

An extensible internal device (EID) was developed to preserve growth plate during the treatment of fracture complications or segmental bone loss from tumour resection in children. Since this type of extensible, trans-physeal, internal fixation device has only been used in a few paediatric cases; the aim of this study was to evaluate an in vivo canine study, a surgical application of this device, and its interference with longitudinal growth of the non-fractured distal femur. Ton clinically healthy two- to three-month-old poodles weighing 1.5-2.3 kg were used. Following a medial approach to the right distal femur, one extremity of the EID, similar to a T-plate, was fixed in the femoral condyle with two cortical screws placed below the growth plate. The other extremity, consisting of an adaptable brim with two screw holes and a plate guide, was fixed in the third distal of the femoral diaphysis with two cortical screws. The EID was removed 180 days after application. All of the dogs demonstrated full weight-bearing after surgery. The values of thigh and stifle circumferences, and stifle joint motion range did not show any difference between operated and control hindlimbs. The plate slid in the device according to longitudinal bone growth, in all but one dog. In this dog, a 10.5% shortening of the femoral shaft was observed due to a lack of EID sliding. The other dogs had the some longitudinal lengths in both femurs. The EID permits longitudinal bone growth without blocking the distal femur growth plate if appropriately placed.

Salmonella enterica Serovar Typhimurium Vaccine Strains Expressing a Nontoxic Shiga-Like Toxin 2 Derivative Induce Partial Protective Immunity to the Toxin Expressed by Enterohemorrhagic Escherichia coli

Shiga-like toxin 2 (Stx2)-producing enterohemorrhagic Escherichia coli (referred to as EHEC or STEC) strains are the primary etiologic agents of hemolytic-uremic syndrome (HUS), which leads to renal failure and high mortality rates. Expression of Stx2 is the most relevant virulence-associated factor of EHEC strains, and toxin neutralization by antigen-specific serum antibodies represents the main target for both preventive and therapeutic anti-HUS approaches. In the present report, we describe two Salmonella enterica serovar Typhimurium aroA vaccine strains expressing a nontoxic plasmid-encoded derivative of Stx2 (Stx2 Delta AB) containing the complete nontoxic A2 subunit and the receptor binding B subunit. The two S. Typhimurium strains differ in the expression of flagellin, the structural subunit of the flagellar shaft, which exerts strong adjuvant effects. The vaccine strains expressed Stx2 Delta AB, either cell bound or secreted into the extracellular environment, and showed enhanced mouse gut colonization and high plasmid stability under both in vitro and in vivo conditions. Oral immunization of mice with three doses of the S. Typhimurium vaccine strains elicited serum anti-Stx2B (IgG) antibodies that neutralized the toxic effects of the native toxin under in vitro conditions (Vero cells) and conferred partial protection under in vivo conditions. No significant differences with respect to gut colonization or the induction of antigen-specific antibody responses were detected in mice vaccinated with flagellated versus nonflagellated bacterial strains. The present results indicate that expression of Stx2 Delta AB by attenuated S. Typhimurium strains is an alternative vaccine approach for HUS control, but additional improvements in the immunogenicity of Stx2 toxoids are still required.

The differential roles of D-Pax2 variants in regulating Drosophila eye and bristle development

The ability to appropriately interact with the environment is crucial to an organism’s survival. The establishment of functional sensory systems, such as the bristles and eyes in Drosophila, is a critical event during the development of the organism. The transcription factor D Pax2 is involved in the differentiation of the shaft and glial cells in the developing bristle (Kavaler et al., Dev, 126:2261-2272, 1999) and of the cone and primary pigment cells in the developing eye (Fu and Noll, Genes Dev, 11:389-405, 1997). How D-Pax2 contributes to distinct differentiative pathways in different cell types is not known. Recent work by Anna Czechowski and Katherine Harmon (personal communication) identified a mutation in the D-Pax2 gene that introduced a stop codon at the end of exon 9, effectively truncating the protein. This mutation affects bristle, but not eye, development. We thus suspected regions after exon 9 are required for D-Pax2 function only in the bristles and may also be associated with alternative splicing of the D Pax2 transcript. We plan to assess the role of the carboxy terminal region of the protein by establishing transgenic lines bearing rescue constructs of D-Pax2 with either the complete coding sequence or with deletions of specific exons. To date, we have generated the first rescue construct bearing the complete coding region of the gene driven by a 3 KB upstream regulatory region of D-Pax2 and are currently generating transgenic fly lines with this construct.

Do acesso clássico à comercialização: especificidades do mercado imobiliário informal na área especial de interesse social de Mãe Luiza, Natal/ RN.

This study presents research regarding affordable housing and their effects on the spatial reconfiguration of Natal/ RN, aiming to identify the specificities of the informality of urban land. This study aims to understand how informal housing market operates housing provision for the population located in popular informal settlements, through buying and selling market and rental market of residential properties irregular / illegal. This understanding will be through the neighborhood of Mãe Luisa, Special Area of Social Interest (SASI), located between neighborhoods with a population of high purchasing power and inserted into the tourist shaft of seaside of town. The characterization of informal housing market in Mãe Luiza, from buyers, sellers and renters, will help to understand how these informal transactions operate on SASI and housing provision for public policy development and implementation of housing programs and land regularization for low-income population, adequate to dynamic and reality of housing of informal areas

Cultura da soja em função da profundidade de semeadura e da carga vertical sobre a fileira de semeadura

A análise do efeito da profundidade de semeadura e carga vertical visando a melhorar o aproveitamento, e a integração entre o solo e a cultura é muito difícil. O objetivo do presente trabalho foi avaliar cargas verticais (0; 98; 196 e 294 N) sobre as rodas compactadoras das semeadoras, combinando com profundidades de semeadura (0,03; 0,05 e 0,07 m) para a cultura da soja. O trabalho foi realizado no DER/UNESP - Jaboticabal, na pista de ensaio do Laboratório de Máquinas e Mecanização Agrícola (LAMMA), utilizando o delineamento experimental em blocos casualizados, no esquema fatorial (4 x 3), com 12 tratamentos e três repetições, totalizando 36 observações. Foram analisados: emergência de plântulas, estandes inicial e final, índice de sobrevivência, área mobilizada e rendimento de grãos. Os resultados evidenciaram que, com exceção da área mobilizada em relação à profundidade de semeadura, todas as demais variáveis não foram influenciadas pelos tratamentos.

Semeadura direta de milho com dois tipos de sulcadores de adubo, em nível e no sentido do declive do terreno

O presente estudo teve como objetivo avaliar parâmetros operacionais de um conjunto mecanizado envolvendo trator e semeadora, assim como o rendimento da cultura do milho semeada nas diferentes configurações das máquinas e combinações com o ambiente de produção. Os tratamentos consistiram de tipos de sulcadores (discos duplos e hastes), os quais foram avaliados em experimentos em que a operação de semeadura direta do milho foi efetuada transversalmente ao declive (em nível) e em aclive e declive. A semeadura contra o declive e o uso de haste sulcadora implicaram maior demanda de esforço de tração, patinagem do trator e consumo de combustível por área trabalhada e não influenciaram o volume de solo mobilizado, a população de plantas e a produtividade de grãos do milho, em relação à operação realizada em declive e uso de sulcador de discos duplos, respectivamente. A utilização de sulcador do tipo haste resultou em menor número de plantas acamadas e quebradas, em relação ao uso de discos duplos, independentemente do sentido da operação. A principal diferença entre semear em nível ou em declive é a formação de sulcos orientados no sentido do terreno, pela ação de sulcadores do tipo haste e elevada patinagem dos rodados do trator, já que o consumo de combustível por área trabalhada e capacidade operacional não foram afetados por aquelas variáveis.