Design and implementation of a synchronous interleaved boost converter for fuel cell-powered catamaran

The present work describes the different stages of design, implementation, and validation procedures for an interleaved DC-DC boost converter intended for the 2022 Futura, a fuel cell-powered racing catamaran developed by the UniBoAT team. The main goal of the entire design has been the significant reduction of the weight of the converter by removing heat sinks and reducing component size while increasing its efficiency by adopting high-end power switches and the interleaved architecture operated with a synchronous control strategy. The obtained converter has been integrated into the structure containing the fuel cell stack obtaining a fully integrated system. The realized device has been based on an interleaved architecture with six phases controlled digitally through the average current mode control. The design has been validated through simulations carried out using the software LT-Spice, whereas experimental validations have been performed by means of laboratory bench tests and on-field tests. Detailed thermal and efficiency analyses are provided with the bench tests under the two synchronous and non-synchronous operating modes and with the adoption of the phase shedding technique. The prototype implementation and its performance in real operating conditions are also discussed. Eventually, it is underlined as the designed converter can be used in other applications requiring a voltage-controlled boost converter.

Design and Characterization of an Active Three-Phase EMI Noise Separator for Three-Phase Power Electronics Systems

One of the major issues for power converters that are connected to the electric grid are the measurement of three phase Conduced Emissions (CE), which are regulated by international and regional standards. CE are composed of two components which are Common Mode (CM) noise and Differential Mode (DM) noise. To achieve compliance with these regulations the Equipment Under Test (EUT) includes filtering and other electromagnetic emission control strategies. The separation of differential mode and common mode noise in Electromagnetic Interference (EMI) analysis is a well-known procedure which is useful especially for the optimization of the EMI filter, to improve the CM or DM attenuation depending on which component of the conducted emissions is predominant, and for the analysis and the understanding of interference phenomena of switched mode power converters. However, separating both components is rarely done during measurements. Therefore, in this thesis an active device for the separation of the CM and DM EMI noise in three phase power electronic systems has been designed and experimentally analysed.

Wildspace VR. Il wellness per le nuove generazioni - Studio su come la psicologia percettiva applicata alla Virtual Reality può migliorare gli effetti della Mindfulness

Dai recenti studi effettuati sulle nuove generazioni (Z e Alpha) è emerso che stress e ansia colpiscono di più i giovani che si trovano in queste fasce di età. Questa tesi, partendo dalle ricerche socio-culturali, vuole proporre una soluzione progettuale a questi problemi. Si vuole elaborare quindi un progetto sul benessere mentale attraverso la Mindfulness. Le nuove tecnologie emergenti, come ad esempio l’Extended reality, stanno trovando consenso tra le nuove generazioni. Per questo motivo è stata scelta questa tecnologia per erogare il contenuto del servizio. Si ipotizza di poter migliorare gli effetti della Mindfulness utilizzando la Psicologia Percettiva. Questo campo di studio consente di sfruttare l’alterazione della percezione nella Virtual Reality attraverso ‘Spatial Visualization’ e ‘Spatial Audio’. Queste ipotesi sono stata valutate attraverso uno studio indiretto del mercato del Wellness e consolidate attraverso una User Research. Dopo questa fase di ricerca si è valutata la strada progettuale comprendendo a fondo i bisogni del target: i giovani lavoratori. Sono stati utilizzati metodi di Design Thinking e Service Design per intraprendere il progetto, tenendo ben saldi i valori etici. Il progetto pensato, Wildspace VR, è un servizio per aziende che permette ai dipendenti di meditare con contenuti di Mindfulness in Realtà Virtuale. I contenuti proposti mirano a rispondere ai bisogni degli utenti elaborando per loro percorsi personalizzati. Le aziende traggono ricavo dal servizio avendo dipendenti profittevoli salvaguardando il loro stato di salute. L’obiettivo è aiutare i giovani lavoratori offrendogli la possibilità di praticare la Mindfulness dal luogo di lavoro grazie alla Realtà Virtuale, dando loro uno strumento per affrontare lo stress quotidiano in modo innovativo. Si è infine fatto un M.V.P. dell’esperienza, elaborando un prototipo Virtuale e stilando conclusioni ed idee per sviluppi futuri.

Design e produzione mediante tecniche additive di un tutore ortopedico per aumentare comfort e sicurezza durante il trattamento oncoematologico

Il progetto si presenta come un miglioramento di una particolare terapia sanitaria, dove la maggior parte dei pazienti, soprattutto quelli in un’età delicata, possono avvertire determinati problemi fisici o psicologici. La terapia in questione è la Chemioterapia, che consiste nella somministrazione di una o più sostanze capaci di aggredire le cellule tumorali che si moltiplicano grazie a una fleboclisi, ovvero una procedura che è in grado di somministrare via endovenosa una sostanza come il trattamento appena citato, sfruttando alcune vene solide del braccio come la Basilica. Grazie a un’esperienza personale, pareri (dottoressa Antonella Sau) e coinvolgimenti di altri pazienti dell’associazione AGBE che hanno avuto un problema simile, è stato possibile progettare e inventare un tutore polimerico ad alta compatibilità dermatologica, in grado di immobilizzare l’arto usato nella terapia regalando una maggiore comodità e stabilità sia della fleboclisi che del braccio stesso. Inizialmente il tutore sarà ideato prendendo specifiche misure dell’avambraccio/gomito del singolo paziente, per poi stamparlo in 3D e portarlo ad effettuare i cicli somministrati per combattere la malattia. A fine di tutto, il paziente avrà sostenuto una cura delicata come la Chemioterapia con un maggiore comfort, maggiore stabilità psicologica e soprattutto meno complicanze come stravaso, infezioni varie, fuoriuscite di sostante chemioterapeutiche, gonfiori, depressione e irritazioni endovenose.

Proof of Location through a Blockchain Agnostic Smart Contract Language: Design and Evaluation over Algorand and Ethereum

Le applicazioni che offrono servizi sulla base della posizione degli utenti sono sempre più utilizzate, a partire dal navigatore fino ad arrivare ai sistemi di trasporto intelligenti (ITS) i quali permetteranno ai veicoli di comunicare tra loro. Alcune di questi servizi permettono perfino di ottenere qualche incentivo se l'utente visita o passa per determinate zone. Per esempio un negozio potrebbe offrire dei coupon alle persone che si trovano nei paraggi. Tuttavia, la posizione degli utenti è facilmente falsificabile, ed in quest'ultima tipologia di servizi, essi potrebbero ottenere gli incentivi in modo illecito, raggirando il sistema. Diviene quindi necessario implementare un'architettura in grado di impedire alle persone di falsificare la loro posizione. A tal fine, numerosi lavori sono stati proposti, i quali delegherebbero la realizzazione di "prove di luogo" a dei server centralizzati oppure collocherebbero degli access point in grado di rilasciare prove o certificati a quegli utenti che si trovano vicino. In questo lavoro di tesi abbiamo ideato un'architettura diversa da quelle dei lavori correlati, cercando di utilizzare le funzionalità offerte dalla tecnologia blockchain e dalla memorizzazione distribuita. In questo modo è stato possibile progettare una soluzione che fosse decentralizzata e trasparente, assicurando l'immutabilità dei dati mediante l'utilizzo della blockchain. Inoltre, verrà dettagliato un'idea di caso d'uso da realizzare utilizzando l'architettura da noi proposta, andando ad evidenziare i vantaggi che, potenzialmente, si potrebbero trarre da essa. Infine, abbiamo implementato parte del sistema in questione, misurando i tempi ed i costi richiesti dalle transazioni su alcune delle blockchain disponibili al giorno d'oggi, utilizzando le infrastrutture messe a disposizione da Ethereum, Polygon e Algorand.

Design of a UHF-band transceiver module for nano-satellite applications

The thesis presents the UHF band transceiver project carried out under the lead of Spacemind company. In particular reports the outcome of the first phase of the project encompassing management tasks, requirements definition and the first electrical design. Then follows the study of the UHF band antenna which develops in parallel with the transceiver. The antenna plus the transceiver will be sold together as a complete UHF telecommunication system for cubesats made by Spacemind. As a main result, this work contributed to the design and manufacturing of the first transceiver prototype.

Design e territorio nei processi progettuali delle multinazionali

I valori di identità e appartenenza degli ecosistemi territoriali ben si combinano con la sperimentazione e l’innovazione indotta dal design. Il punto di partenza è stata l’analisi della relazione tra design e territorio. Il rapporto tra design e territorio è stato inoltre analizzato in relazione alle modalità in cui le aziende multinazionali interpretano questa dicotomia. È stata scelta, quindi, Ikea come azienda. Una multinazionale che produce e commercializza elementi di arredo. Sono stati analizzati diversi casi studio inerenti a progetti legati al territorio; nei quali sono state raccontate storie e tradizioni di luoghi e quindi di persone. L’output dell’indagine è un Framework metodologico, che indirizza il progettista all’interno di linee progettuali atte a connettere con i territori locali. Al fine di verificare il modello è stato necessario passare in rassegna da nord a sud, alcune delle principali e tradizionali tecniche di lavorazione del nostro Paese, facendo un focus sulla Sicilia. Tra le varie tecniche di lavorazione tipiche della cultura siciliana, è stata scelto il pizzo o merletto. In seguito allo studio della tecnica è stato selezionato e riprogettato un prodotto della produzione di Ikea. Il prodotto in questione è il tavolo vassoio GLADOM della collezione Ikea, a cui sarà aggiunto un elemento quadrato in ricamo che avrà una duplice funzione: porta riviste e sacca per trasportare il vassoio. Ma il forte riferimento al territorio non si limita al semplice utilizzo della tecnica, bensì si sviluppa attraverso l’impiego di un innovativo materiale: l’Orange Fiber. Questo è un innovativo tessuto, ricavato dalla lavorazione dei sottoprodotti degli agrumi siciliani. Mentre, la personalizzazione di tali prodotti avverrebbe all’interno di spazi collocati negli Store Ikea, denominati Territorial Hub; ovvero dei laboratori della tradizione territoriale, nei quali diverse maestranze si sperimenteranno nel dare una nuova identità a prodotti già consolidati.

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.

Modelli informativi per la valutazione BIM del livello di reversibilità e circolarità di componenti edilizi: il Design for Disassembly

La Tesi presenta un metodo per valutare il livello di reversibilità e circolarità dei componenti edili. Il concetto cardine dello studio è il Design for Disassembly (DfD), definibile come un approccio alla progettazione di organismi edilizi secondo criteri costruttivi volti a facilitare successivi cambiamenti e smantellamenti (completi o parziali), consentendo il riutilizzo dei componenti, al fine di ridurre l’impatto ambientale degli interventi. Attualmente, diverse ricerche in ambito scientifico si dedicano all’approfondimento di questa tematica, correlandola ad altri concetti come la metodologia del Building Information Modeling (BIM), che consente di digitalizzare il processo progettuale, la sua realizzazione e la sua gestione attraverso modelli. Dopo l’analisi dello stato dell’arte, il lavoro è giunto alla definizione di un insieme di parametri idonei per essere introdotti in un modello informativo, in grado di rappresentare la circolarità del componente in termini di DfD. Per ogni elemento del componente analizzato viene assegnato un valore numerico (variabile da 0,1 a 1) a ogni parametro. Tramite l’utilizzo di una formula elaborata nell’ambito di precedenti ricerche svolte dal Dipartimento di Architettura dell'Università di Bologna, opportunamente modificata, si ottiene un indice sintetico finale denominato “Express Building Circularity Indicators” (EBCI). Il metodo di analisi proposto come strumento a supporto del processo progettuale è stato validato tramite l’applicazione a diverse soluzioni di facciata per l’efficientamento energetico di un fabbricato selezionato come caso di studio italiano dal progetto Europeo Horizon 2020 "DRIVE 0 – Driving decarbonization of the EU building stock by enhancing a consumer centred and locally based circular renovation process". I risultati ottenuti hanno consentito di verificare la replicabilità del processo digitalizzato a diverse soluzioni costruttive e l’affidabilità del metodo di valutazione del grado di circolarità.

Design and management of a supply chain: a joint location-inventory problem under uncertainty (Part A)

In this paper, a joint location-inventory model is proposed that simultaneously optimises strategic supply chain design decisions such as facility location and customer allocation to facilities, and tactical-operational inventory management and production scheduling decisions. All this is analysed in a context of demand uncertainty and supply uncertainty. While demand uncertainty stems from potential fluctuations in customer demands over time, supply-side uncertainty is associated with the risk of “disruption” to which facilities may be subject. The latter is caused by external factors such as natural disasters, strikes, changes of ownership and information technology security incidents. The proposed model is formulated as a non-linear mixed integer programming problem to minimise the expected total cost, which includes four basic cost items: the fixed cost of locating facilities at candidate sites, the cost of transport from facilities to customers, the cost of working inventory, and the cost of safety stock. Next, since the optimisation problem is very complex and the number of evaluable instances is very low, a "matheuristic" solution is presented. This approach has a twofold objective: on the one hand, it considers a larger number of facilities and customers within the network in order to reproduce a supply chain configuration that more closely reflects a real-world context; on the other hand, it serves to generate a starting solution and perform a series of iterations to try to improve it. Thanks to this algorithm, it was possible to obtain a solution characterised by a lower total system cost than that observed for the initial solution. The study concludes with some reflections and the description of possible future insights.

Analisi e Re-design dei flussi per lo sviluppo di nuovi prodotti: il caso Euro Company S.p.A. SB

I cambiamenti di mercato generano nelle aziende la necessità di modificare il proprio portafoglio prodotti per far sì che rimangano competitive. Euro Company è un’azienda che si occupa di commercializzare frutta secca e suoi derivati. Per mantenere il suo posizionamento, a seguito di queste variazioni, avvenute soprattutto negli ultimi anni, si è trovata ad inserire nuove referenze. Questo ha portato ad un aumento del carico di lavoro dovuto alla costante ricerca e sviluppo. Per questo motivo si è deciso di introdurre un nuovo reparto e di sviluppare i flussi ad esso collegati. L’obiettivo è stato quello di scrivere delle procedure che potessero essere seguite dai dipendenti coinvolti nel flusso. Per ogni singola attività, sono stati pensati degli strumenti o dei metodi che potessero essere implementati e che quindi sono stati messi in pratica. Un esempio riguarda il monitoraggio di ogni singola attività. Si è pensato che lo strumento più facile ed immediato potesse essere un Gantt, e, per questo motivo è stato implementato, così come da progetto. Un’altra attività introdotta a seguito d valutazioni interne aziendali è stata la possibilità di fare una analisi di fattibilità interna dei progetti, per verificare la convenienza economica nel ricorrere all’outsourcing o all’insourcing. Tutte le azioni proposte sono state accolte in maniera positiva e sono, ad oggi, utilizzate in azienda. Occorre però valutare a distanza di tempo se le tempistiche di progetto reali rispecchiano realmente quanto dichiarato dai dipendenti nel corso delle interviste. Questo perché, nel caso in cui si abbia un esito negativo, occorre valutare le azioni che hanno comportato un ritardo per valutare se è possibile ottimizzarle. Oltre a ciò, è interesse dell’azienda focalizzarsi solo sui progetti che possono garantire un ritorno in termini economici, quindi, grazie alle soluzioni proposte nell’elaborato, si avranno meno difficoltà nello svolgere ciò.

Design and specification of a modular automatic testing solution

Electric vehicles and electronic components inside the vehicle are becoming increasingly important. The software as well starts to have a significant impact on modern high-end cars therefore a careful validation process needs to be implemented with the aim of having a bug free product when it is released. The software complexity increases and thus also the testing phases is more demanding. Test can be troublesome and, in some cases, boring and easy. The intelligence can be moved in test definition and writing rather than on test execution. The aim of this document is to start the definition of an automatic modular testing system capable to execute test cycles on systems that interacts with the CAN networks and with DUT that can be touched with a robotic arm. The document defines a first version of the system, in particular the hardware interface part with the aim of taking logs and execute test in an automated fashion with the test engineer can have a higher focus on the test definition and analysis rather than execution.

Design and implementation of a vibrational condition monitoring system

Industrial companies, particularly those with induction motors and gearboxes as integral components of their systems, are utilizing Condition Monitoring (CM) systems more frequently in order to discover the need for maintenance in advance, as traditional maintenance only performs tasks when a failure has been identified. Utilizing a CM system is essential to boost productivity and minimize long-term failures that result in financial loss. The more exact and practical the CM system, the better the data analysis, which adds to a more precise maintenance forecast. This thesis project is a cooperation with PEI Vibration Monitoring s.r.l. to design and construct a low-cost vibrational condition monitoring system to check the health of induction motors and gearboxes automatically. Moreover, according to the company's request, such a system should have specs comparable to NI 9234, one of the company's standard Data Acquisition (DAQ) boards, but at a significantly cheaper price. Additionally, PEI VM Company has supplied all hardware and electronic components. The suggested CM system is capable of highprecision autonomous monitoring of induction motors and gearboxes, and it consists of a Raspberry Pi 3B and MCC 172 DAQ board.

Calibration of design strength values of Wire and Arc Additive Manufacturing inclined bars and intersections

Although being studied only for few years, Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) will become the predominant way of producing stainless-steel elements in a near-like future. The analysis and study of such elements has yet to be defined in a proper way, but the projects regarding this subject are innovating more and more thanks to the findings discovered by the latter. This thesis is focused on an initial stage on the analysis of mechanical and geometrical properties of such stainless-steel elements produced by MX3D laboratories in Amsterdam, and to perform a calibration of the design strength values by means of Annex D of Eurocode 0, which talks about the analysis of the semi-probabilistic safety factors, hence the definition of characteristic values. Moreover, after testing the stainless-steel specimens by means of strain gauges and after obtaining mechanical and geometrical properties, a statistical analysis of such properties and an evaluation of characteristic values is performed. After this, there is to execute the calibration of design strength values of WAAM inclined bars and intersections.

Design and management of a supply chain: a joint location-inventory problem under uncertainty (Part B)

In recent years, global supply chains have increasingly suffered from reliability issues due to various external and difficult to-manage events. The following paper aims to build an integrated approach for the design of a Supply Chain under the risk of disruption and demand fluctuation. The study is divided in two parts: a mathematical optimization model, to identify the optimal design and assignments customer-facility, and a discrete-events simulation of the resulting network. The first one describes a model in which plant location decisions are influenced by variables such as distance to customers, investments needed to open plants and centralization phenomena that help contain the risk of demand variability (Risk Pooling). The entire model has been built with a proactive approach to manage the risk of disruptions assigning to each customer two types of open facilities: one that will serve it under normal conditions and a back-up facility, which comes into operation when the main facility has failed. The study is conducted on a relatively small number of instances due to the computational complexity, a matheuristic approach can be found in part A of the paper to evaluate the problem with a larger set of players. Once the network is built, a discrete events Supply Chain simulation (SCS) has been implemented to analyze the stock flow within the facilities warehouses, the actual impact of disruptions and the role of the back-up facilities which suffer a great stress on their inventory due to a large increase in demand caused by the disruptions. Therefore, simulation follows a reactive approach, in which customers are redistributed among facilities according to the interruptions that may occur in the system and to the assignments deriving from the design model. Lastly, the most important results of the study will be reported, analyzing the role of lead time in a reactive approach for the occurrence of disruptions and comparing the two models in terms of costs.