INSPECTOR-PI: Progettazione e Sviluppo di un Sistema Mobile per il Controllo e il Monitoraggio basato su Tecnologie Embedded e Internet of Things

La nostra sfida è stata sviluppare un dispositivo che potesse riunire differenti funzionalità, dalla telepresenza alla visione dei dati on demand, e fosse in grado di portare innovazione nel panorama attuale. Abbiamo quindi deciso di creare un device che potesse svolgere attività d’ispezione e monitoraggio, concentrandoci nel corso dell’implementazione su alcuni possibili campi di utilizzo. Il sistema che abbiamo realizzato è open-source, modulare e dinamico, in grado di rispondere a esigenze diverse e facilmente riadattabile. Il prototipo progettato è in grado di comunicare con uno smartphone, grazie al quale viene guidato dall’utente primario, e di trasmettere in rete i dati rilevati dai diversi sensori integrati. Le informazioni generate sono gestibili attraverso una piattaforma online: il device utilizza il Cloud per storicizzare i dati, rendendoli potenzialmente accessibili a chiunque. Per la configurazione hardware abbiamo usato la kit-board Pi2Go e la piattaforma Raspberry Pi, alle quali abbiamo unito una videocamera e alcuni sensori di prossimità, temperatura e umidità e distanza. È nato così il prototipo InspectorPi, un veicolo telecomandato tramite dispositivo mobile in grado di esplorare ambienti ostili in cui vi sono difficoltà fisiche o ambientali alle quali sovvenire.

Analisi di un Incidente Non Mitigato di Tipo LOCA in un Reattore PWR Mediante il Codice MELCOR 2.1

La presente attività di tesi è stata svolta presso la Divisione di Sicurezza Nucleare dell’ENEA di Bologna ed è stata finalizzata ad analizzare, mediante il codice MELCOR 2.1, le conseguenze di tre incidenti severi non mitigati di tipo LBLOCA in un generico reattore nucleare ad acqua leggera pressurizzata (PWR) da 900 MWe. In particolare sono stati confrontati gli scenari incidentali relativi a tre distinti eventi iniziatori nel circuito di refrigerazione primario: la rottura a ghigliottina della gamba fredda (CL) del loop 1, della gamba calda (HL) del loop 1 e della surge line di connessione con il pressurizzatore. Le analisi MELCOR hanno indagato la progressione incidentale in-vessel, con particolare riferimento alle fenomenologie termoidrauliche e di degradazione del core. MELCOR infatti è un codice integrato che simula le principali fenomenologie riguardanti sequenze incidentali di tipo severo in reattori ad acqua leggera. Durante la prima fase dei tre transitori incidentali risultano predominanti fenomenologie di carattere termoidraulico. In particolare MELCOR predice la rapida depressurizzazione e il conseguente svuotamento del sistema di refrigerazione primario. I tre transitori sono poi caratterizzati dallo scoprimento completo del core a causa dell’indisponibilità del sistema di refrigerazione di emergenza. Il conseguente riscaldamento del core per il calore di decadimento e per ossidazione delle strutture metalliche conduce inevitabilmente alla sua degradazione e quindi al fallimento della lower head del recipiente in pressione del reattore nei tre scenari incidentali in tempi diversi. Durante la prima fase incidentale, di carattere prevalentemente termoidraulico, sono state rilevate le principali differenze fenomenologiche causate dalle differenti posizioni e dimensioni delle rotture. Il transitorio causato dalla rottura della CL si è confermato come il più gravoso, con fallimento anticipato della lower head rispetto agli altri due transitori considerati.

World Class Manufacturing : approccio ad un sistema di manutenzione predittiva (CBM)

L’oggetto di analisi del presente lavoro di tesi è il modello di Operational Excellence noto come World Class Manufacturing in particolare l’approccio allo step 6 del pilastro Professional Maintenance, dove si richiede l’implementazione di un sistema di manutenzione PREDITTIVA, la cosiddetta CBM (Conditional Based Maintenance) . Il modello a cui si fa riferimento fu teorizzato dal professore giapponese H. Yamashina verso la metà degli anni 2000 e giunse in Italia attorno al 2005, quando Fiat Group (oggi FCA) lo adottò come approccio standard alla gestione della produzione. Questo tipo di analisi, orientata verso una prospettiva pratica più che teorica, deriva direttamente da un’esperienza sul campo che ho svolto all’interno di un’azienda che ha aderito al World Class Manufacturing (WCM). Nel capitolo 1 verrà proposto un excursus delle metodologie alla base del WCM e del percorso storico che ha portato alla formulazione del modello. Nel secondo capitolo verrà proposto un caso di applicazione del WCM all'interno di un Gruppo, nella fattispecie Ariston Thermo Group (ATG). Dopo un’overview sul Gruppo e sulla storia della sua adesione al programma di miglioramento, la trattazione si focalizza sull'approccio di ATG al WCM. Nel terzo capitolo verrà introdotta la Manutenzione Professionale secondo le principali politiche manutentive schematizzate dal WCM. Verranno presentate singolarmente per sottolineare i loro obiettivi seguiti dai vantaggi e svantaggi che si possono ottenere nell’implementare ogni singola politica. Nel quarto capitolo verranno specificate sotto un aspetto prettamente pratico le varie attività svolte dalla PM così da evidenziare lo sviluppo e il miglioramento continuo che essa sta ottenendo dall’introduzione del WCM; principalmente la presentazione delle varie attività si riferiscono al passaggio allo step 6 della PM, dove verrà presentata approfonditamente elencando e analizzando tutte le attività svolte per approcciarsi alla CBM.

Gestione del magazzino di un provider logistico: modello e simulazione in linguaggio Arena

La tesi si pone l'obiettivo di mappare le attività all'interno del magazzino di un operatore logistico, dalla consegna della merce da parte dei committenti, al flusso di ritorno dei pallet vuoti dai punti di consegna, attraverso la modellazione e la simulazione in linguaggio Arena. Dopo aver analizzato il ruolo e la posizione occupata da un provider logistico lungo la catena distributiva, è esposto il caso preso in considerazione, mediante lo studio dei committenti e dei punti di consegna serviti. Viene poi mappato nel dettaglio il processo di gestione all'interno del magazzino e approfonditi due aspetti principali: i costi di gestione e trasporto a carico dell'operatore e la gestione dei mezzi utilizzati per effettuare le consegne. Chiarito il sistema reale, si passa al modello in Arena. Al termine della simulazione, svoltasi in un adeguato orizzonte temporale, dall'analisi dei risultati sarà possibile trarre delle conclusioni al fine di migliorare l'efficienza del processo.

Progettazione e sviluppo di un' applicazione mobile basata su Wi-Fi Direct per la comunicazione tra veicoli e pedoni

Questo documento di tesi si incentra principalmente sullo studio delle reti wireless mobili e dei relativi scenari di utilizzo. In particolare, come esse vengono applicate per il riconoscimento e la prevenzione di incidenti stradali. Vista l’importanza di questo problema a livello di sicurezza stradale, ho deciso di sviluppare un' applicazione per smartphone Android, in grado di riconoscere le attività di uso quotidiano dell’utente e associarle a dei comportamenti, come ad esempio quello di un ciclista, di un pedone o di un automobilista. Nel caso in cui, in uno scenario stradale i dispositivi si trovassero ad una distanza ravvicinata, possono comunicare tramite una connessione Wi-Fi Direct il loro ruolo e lanciare messaggi di pericolo per avvisare la loro presenza, in modo da prevenire collisioni stradali. La realtà in cui si vuole collocare questa applicazione è quella che viene chiamata Pedestrian Detection, già idea di General Motors, che la sta sviluppando sui futuri veicoli che metterà in produzione nei prossimi anni e che sicuramente integreranno funzionalità aggiuntive per la segnalazione di pericoli tramite smartphone e Wi-Fi Direct.

Navigazione di articoli scientifici e citazioni: un ambiente scalabile e flessibile

Questo lavoro di tesi si concentra sulle estensioni apportate a BEX (Bibliographic Explorer), una web app finalizzata alla navigazione di pubblicazioni scientifiche attraverso le loro citazioni. Il settore in cui si colloca è il Semantic Publishing, un nuovo ambito di ricerca derivato dall'applicazione delle tecnologie del Semantic Web allo Scholarly Publishing, che ha come scopo la pubblicazione di articoli accademici a cui vengono associati metadati semantici. BEX nasce all'interno del Semantic Lancet Project del Dipartimento di Informatica dell'Università di Bologna, il cui obiettivo è costruire un Linked Open Dataset di pubblicazioni accademiche, il Semantic Lancet Triplestore (SLT), e fornire strumenti per la navigazione ad alto livello e l'uso approfondito dei dati in esso contenuti. Gli scholarly Linked Open Data elaborati da BEX sono insiemi di triple RDF conformi alle ontologie SPAR. Originariamente BEX ha come backend il dataset SLT che contiene metadati relativi alle pubblicazioni del Journal Of Web Semantics di Elsevier. BEX offre viste avanzate tramite un'interfaccia interattiva e una buona user-experience. L'utente di BEX è principalmente il ricercatore universitario, che per compiere le sue attività quotidiane fa largo uso delle Digital Library (DL) e dei servizi che esse offrono. Dato il fermento dei ricercatori nel campo del Semantic Publishing e la veloce diffusione della pubblicazione di scholarly Linked Open Data è ragionevole pensare di ampliare e mantenere un progetto che possa provvedere al sense making di dati altrimenti interrogabili solo in modo diretto con queries SPARQL. Le principali integrazioni a BEX sono state fatte in termini di scalabilità e flessibilità: si è implementata la paginazione dei risultati di ricerca, l'indipendenza da SLT per poter gestire datasets diversi per struttura e volume, e la creazione di viste author centric tramite aggregazione di dati e comparazione tra autori.

Gamification e Machine Learning per migliorare l’esperienza di guida e diminuire i consumi in un veicolo elettrico

Questo progetto di tesi è parte di un programma più ampio chiamato TIME (Tecnologia Integrata per Mobilità Elettrica) sviluppato tra diversi gruppi di ricerca afferenti al settore meccanico, termofluidodinamico e informatico. TIME si pone l'obiettivo di migliorare la qualità dei componenti di un sistema powertrain presenti oggi sul mercato progettando un sistema general purpose adatto ad essere installato su veicoli di prima fornitura ma soprattutto su retrofit, quindi permettendo il ricondizionamento di veicoli con motore a combustione esistenti ma troppo datati. Lo studio svolto si pone l'obiettivo di identificare tutti gli aspetti di innovazione tecnologica che possono essere installati all'interno del sistema di interazione uomo-macchina. All'interno di questo progetto sarà effettuata una pianificazione di tutto il lavoro del gruppo di ricerca CIRI-ICT, partendo dallo studio normativo ed ergonomico delle interfacce dei veicoli analizzando tutti gli elementi di innovazione che potranno far parte del sistema TIME e quindi programmare tutte le attività previste al fine di raggiungere gli obiettivi prefissati, documentando opportunamente tutto il processo. Nello specifico saranno analizzate e definite le tecniche da utilizzare per poi procedere alla progettazione e implementazione di un primo sistema sperimentale di Machine Learning e Gamification con lo scopo di predire lo stato della batteria in base allo stile di guida dell'utente e incentivare quest'ultimo tramite sistemi di Gamification installati sul cruscotto ad una guida più consapevole dei consumi. Questo sistema sarà testato su dati simulati con l'obiettivo di avere un prodotto configurabile da installare sul veicolo.

Studio, analisi, progettazione e sviluppo di una cartella infermieristica informatizzata in un sistema informativo di reparto

La Cartella Clinica Elettronica è lo strumento d’eccellenza per la condivisione e il recupero dei dati clinici e per la gestione organica e strutturata dei dati riferiti alla storia clinica di un paziente. Garantisce il supporto dei processi clinici (diagnostico-terapeutici) e d’assistenza nei singoli episodi di cura e favorisce la continuità di cura. In questo nuovo scenario acquista rilevanza il contributo degli infermieri ai processi sanitari e al percorso diagnostico-terapeutico di competenza medica, nonché l’affermarsi del processo assistenziale di specifica competenza infermieristica. Nasce l’esigenza di progettare e sviluppare un valido sistema informativo, indispensabile per documentare sistematicamente ogni attività infermieristica, ottenere informazioni utili per la pianificazione, la gestione e la valutazione dei percorsi assistenziali e per migliorare l’assistenza. Il seguente progetto di tesi sperimentale ha come obiettivo la digitalizzazione delle documentazione infermieristica,in accordo con le esigenze del personale clinico in un ambito realmente operativo di reparto ospedaliero, al fine di realizzare uno strumento informativo semplice ma efficace, in grado di rendere agevole la registrazione dell’attività clinica quotidiana. Per iniziare la trattazione, sono forniti elementi introduttivi e propedeutici ad una comprensione più esaustiva del sistema che verrà integrato con le schede infermieristiche digitali. Si procede con la descrizione delle fasi di sviluppo che hanno portato all’informatizzazione delle schede infermieristiche, analizzando sia gli studi preliminari che gli strumenti utilizzati per la loro realizzazione. Il lavoro si conclude con la presentazione e discussione di un prototipo al personale infermieristico referente, così da mostrare al cliente l’effettiva funzionalità della cartella infermieristica e il flusso di utilizzo per avere un riscontro preliminare su leggibilità ed organicità dei documenti.

Assimilazione dati di precipitazione in un modello meteorologico ad alta risoluzione (MOLOCH): sviluppo ed applicazione alla previsione di eventi intensi in Liguria

L'Italia è spesso sede di eventi d'intensa precipitazione, frequentemente associati ad alluvioni con conseguente perdita di vite umane e gravi danni economici. È quindi di fondamentale importanza poter prevedere questi eventi con un adeguato anticipo. Allo stato attuale, i modelli meteorologici non permettono sempre di raggiungere tale obbiettivo e, di conseguenza, è in atto un'intensa attività di ricerca al fine di di renderne più accurata la previsione, sia attraverso il miglioramento dei modelli stessi, sia sviluppando l'assimilazione dati, la quale riduce l'incertezza della condizione iniziale da cui parte la previsione. All'interno di questo contesto, la tesi si prefigge l'obiettivo di studiare gli effetti dell'assimilazione di dati di precipitazione, effettuata mediante uno schema di nudging, nel modello non idrostatico MOLOCH. Al fine di ottimizzare lo schema e di valutarne l'impatto, sono stati simulati tutti gli eventi di maltempo di ottobre e novembre del 2014 che hanno interessato la Liguria, area frequentemente soggetta ad alluvioni. Dalla sistematica verifica dei risultati, effettuata sia qualitativamente che mediante numerosi metodi statistici (tra cui la tecnica SAL basata sull'individuazione dei nuclei di precipitazione), si riscontra un generale miglioramento della previsione della precipitazione anche se limitato alle prime ore dopo la fine del periodo di assimilazione. L'impatto dello schema di nudging varia a seconda dell'evento e, in particolare, si osserva una certa correlazione tra il miglioramento ottenuto e la tipologia di evento, come descritto dalla teoria dell'equilibrio convettivo e come riportato in alcuni studi analoghi recentemente comparsi in letteratura. La ricaduta del miglioramento della previsione meteorologica è stata valutata anche in termini di impatti al suolo accoppiando il modello meteorologico con il modello idrologico utilizzato dal Centro Funzionale della Regione Liguria, con risultati abbastanza positivi.

Sviluppo di un sistema per allocazione e scheduling di applicazioni periodiche

In questa tesi, viene illustrato un metodo risolutivo al problema dell’allocazione e schedulazione, su risorse eterogenee con capacità unaria rinnovabile e cumulativa non rinnovabile, di applicazioni multitask periodiche, con periodi in relazione armonica, strutturate in attività indipendenti o sottoposte a vincoli di precedenza e con durate dipendenti dalla specifica risorsa di allocazione. L’obiettivo è quello di fornire un’implementazione del modello in grado di gestire l’allocazione e la schedulazione di istanze (i.e. insieme di applicazioni) variabili, caratterizzate da una serie di parametri. La struttura implementativa, realizzata secondo la Logic-based Benders decomposition, prevede la suddivisione del problema in due moduli. Il primo in grado di generare un’allocazione e realizzato con tecniche di programmazione lineare intera mista, il secondo con lo scopo di controllare l’ammissibilità di tale allocazione attraverso una schedulazione ottima e realizzato mediante tecniche di programmazione a vincoli. Il meccanismo di comunicazione tra i due moduli avviene mediante vincoli lineari, denominati tagli di Benders, che vengono aggiunti dopo ogni iterazione del sistema. L’efficacia del modello sarà valutata confrontando i risultati ottenuti attraverso una serie di test, con i valori forniti da un metodo di allocazione e schedulazione alternativo.

Ottimizzazione della forma di un dirigibile non convenzionale mediante algoritmo euristico

La tesi presenta un'attività di ottimizzazione per forme di dirigibili non convenzionali al fine di esaltarne alcune prestazioni. Il loop di ottimizzazione implementato comporta il disegno automatico in ambiente CAD del dirigibile, il salvataggio in formato STL, la elaborazione del modello al fine di ridurre il numero di triangoli della mesh, la valutazione delle masse aggiunte della configurazione, la stima approssimata dell'aerodinamica del dirigibile, ed infine il calcolo della prestazione di interesse. Questa tesi presenta inoltre la descrizione di un codice di ottimizzazione euristica (Particle Swarm Optimization) che viene messo in loop con il precedente ciclo di calcolo, e un caso di studio per dimostrare la funzionalità della metodologia.

Un esempio di Economia Circolare: il riciclo e il riuso dei dispositivi Tessili per Sala Operatoria

Negli ultimi decenni l’attenzione alle tematiche della sostenibilità ambientale e dell’inquinamento globale da parte dell’opinione pubblica e delle imprese è in costante aumento. Una tra le principali fonti di inquinamento è costituita dai rifiuti, e di conseguenza, la loro gestione e il loro smaltimento sono diventate una priorità, non solo per le istituzioni, ma anche per le imprese e per i cittadini. Inoltre la crescita della domanda delle risorse presenti in natura è in costante aumento e l’approvvigionamento di esse si è rivelato essere invece soggetto a significativi limiti. In questo attuale contesto quindi, il modello economico lineare fino ad oggi utilizzato, “take-make-dispose”, non risulta più idoneo. Si è sviluppato così il concetto di “Economia Circolare”. L’obiettivo di questa economia è quello di eliminare il concetto di scarto, il rifiuto deve essere considerato una vera e propria risorsa. In questo sistema tutte le attività, a partire dall’ estrazione fino ad arrivare alla produzione, sono organizzate in modo che i rifiuti di uno diventino risorse per un altro. L’obiettivo della tesi è quello di applicare il concetto di Economia Circolare al mercato dei dispositivi tessili per sala operatoria (DTSO), utilizzando la valutazione del ciclo di vita di un prodotto (analisi LCA) in modo da individuare le fasi più critiche e poter operare dei miglioramenti. Dopo essere stati sottoposti a 70 cicli di lavaggio e sterilizzazione i dispositivi TTR (Tessuti Tecnici Riutilizzabili) non sono più idonei ad essere utilizzati in ambito ospedaliero e vengono smaltiti in discarica , così come vengono smaltiti altri miliardi di rifiuti ogni giorno.Questi tessuti, seppur non conformi agli standard qualitativi richiesti dalle norme ospedaliere, possono essere riciclati o riutilizzati in prodotti di altro tipo. L’obiettivo di questo lavoro è quello di reimmettere questi dispositivi in un ciclo di vita di un nuovo prodotto, in ottica appunto di economia circolare.

Razionalizzazione di un magazzino componentistica per linee di assemblaggio di segnali aeroportuali: il caso Ocem Airfield Technology

Questa tesi si propone di illustrare il lavoro da me svolto presso l’azienda Ocem Airfield Technology all’interno del magazzino componentistica mirato alla riorganizzazione del supermarket delle linee di assemblaggio nell’ottica della minimizzazione dei tempi di prelievo. La continua ricerca di flessibilità sulla base delle esigenza della clientela ha un drastico effetto sul magazzino e sulla sua gestione. Il magazzino rappresenta un elemento estremamente oneroso nel bilancio aziendale e contribuisce per il 20% ai costi interni dell’impresa. Hanno un ruolo cruciale nel funzionamento aziendale: i magazzini sono il luogo di attesa per i prodotti dal punto di origine a quello di consumo, garantiscono l’immagazzinamento e lo stoccaggio della merce ed infine sono un driver fondamentale per ridurre l’incertezza. Tra le attività più costose si colloca il prelievo frazionato della merce o order picking, responsabile del 55% dei costi operativi logistici. Nell'ambito Ocem è stato implementato un progetto per la riduzione dei tempi di prelievo ispirandosi a modelli nati in letteratura. Il progetto inizialmente è stato testato su una linea pilota a bassi volumi per monitorare i possibili vantaggi. Una volta confermata la riduzione effettiva dei tempi di prelievo, il progetto è stato replicato con le opportune modifiche sulle restanti linee di assemblaggio raggiungendo incrementi di efficienza significativi. Il parametro adottato come performance index è stata la riduzione percentuale del tempo di prelievo dall’as-is al to-be.

Analisi di un Sistema di Stoccaggio. L’attività di Customer Service. Il caso Due Torri S.p.A.

Si è analizzato un sistema di stoccaggio rivolgendo l'attenzione all'attività del Customer Service. Dopo il primo periodo di raccolta dati è stato popolato un database che rappresentasse al meglio la realtà osservata. Il database ci ha permesso, attraverso la manipolazione dei dati, di calcolare delle statistiche circa gli eventi più significativi in termini di tempo.

Simulazione di finger tapping attraverso un modello neurale

Il seguente elaborato ha lo scopo di analizzare, attraverso modelli neuro-computazionali, le possibili alterazioni delle risposte in pazienti con malattia di Parkinson, sia indotte da alterazioni del livello di dopamina, sia indotte da modificazioni sinaptiche. Il punto chiave per comprendere i sintomi di PD e il loro deterioramento temporale si deve cercare nel rapporto tra l'attività dei neuroni in BG (in particolare nello striato) e i livelli di dopamina (o levodopa) nel cervello. Di conseguenza, l'obiettivo di questo elaborato è quello di quantificare la connessione tra i livelli di levodopa e performance del finger tapping per mezzo di modelli biologici e simulazioni al computer.