Definizione e analisi delle mappe di prestazione di un turboalbero aeronautico

Nel presente lavoro di tesi, in seguito ad acquisizioni di dati effettuate nella sala prove del "Laboratorio di Macchine e Propulsione" della Scuola di Ingegneria e Architettura di Forlì sul turboshaft Allison 250 C18, in una prima fase sono state ricavate le mappe prestazionali dei singoli componenti del motore, elaborando i dati sperimentali in ambiente MatLab. Le acquisizioni sono state effettuate mediante l'utilizzo di sensori di pressione, temperatura e velocità installati in precedenza sul motore e opportunamente calibrati. In seguito alla realizzazione delle mappe prestazionali, si è passati all'allestimento completo di un modello dinamico in ambiente Simulink, del motore Allison 250 C18. Tale modello riproduce, in opportuni blocchi, ciascun componente facente parte della motorizzazione. Ogni blocco riceve in ingresso le caratteristiche fisiche di interesse del flusso (temperatura, pressione, calore specifico a pressione costante e gamma) provenienti dal blocco precedente tramite un "filo", le rielabora al suo interno risolvendo le equazioni tipiche di ciascun componente e interpolando le mappe di prestazione ricavate precedentemente in MatLab, e le invia come input al blocco successivo o in retroazione ai blocchi precedenti. In ogni blocco è stato realizzato un sistema di dinamica di pressione che, ad ogni istante, risolve un'equazione differenziale dipendente dalla differenza di portata a monte e a valle di un componente e dal volume di controllo, che restituisce il valore di pressione in uscita proporzionale alla variazione di portata stessa. Nel presente lavoro di tesi si è cercato di stabilizzare questo complesso sistema in una condizione di progetto, fissata a 30000 rpm del gruppo gas generator. Un sistema di controllo del numero di giri tramite variazione di portata di combustibile è stato realizzato al fine di poter, in futuro, far funzionare il modello anche fuori dalla condizione di progetto e riuscire a simulare l'andamento delle prove sperimentali reali.

Progettazione ed analisi di un meccanismo per l'estrazione di pacchetti preformati in una macchina automatica per il confezionamento asettico

La tesi è il risultato dell’attività di tirocinio svolta presso Ecor Research, su una tematica proposta da un cliente, più precisamente Tetra Pak. Si progettano nuove soluzioni per un meccanismo estrattore di pacchetti preformati all’interno di un macchina automatica riempitrice di liquido per il confezionamento continuo in ambiente asettico. L’estrattore è posto in seguito all’organo che forma i pacchetti preformati e deve aumentare la velocità degli stessi in modo tale da permettere lo scarto dei danneggiati, in corrispondenza della massima produttività della macchina. Lo scarto avviene tramite uno scivolo che si frappone al moto del pacchetto nel caso esso sia danneggiato, non appena è avvenuta l’estrazione. Quindi, senza la presenza dell’estrattore, il sistema di scarto non ha una adeguata finestra temporale in cui agire. In seguito i pacchetti non danneggiati entrano nel successivo organo macchina dove vengono riferiti e distanziati per le successive lavorazioni. Le nuove soluzioni sono sviluppate su un certo formato di pacchetto, per il quale risultano disponibili spazi minori per l’implementazione dell’estrattore. Si è affrontato il problema costruendo un modello cinetostatico dell’estrattore, ricavando le specifiche di progetto attraverso contatti con il cliente e attraverso l’analisi della soluzione esistente. A causa dei limitati ingombri a disposizione per l’implementazione dell’estrattore, si divide il problema in due parti, progettando ed analizzando per ognuna un ampio ventaglio di soluzioni, tra le quali anche sistemi articolati, introducendo in seguito parametri di valutazione per scegliere le migliori. Si va poi a comporre le parti del problema a seconda delle proprie affinità ottenendo le soluzioni complete e scegliendo le più adatte al caso in esame. Infine si valuta la flessibilità delle soluzioni scelte verificando l’adattabilità ad un differente formato di pacchetto. Si individuano 2 soluzioni, tramite cinghie sincrone e quadrilatero articolato

Analisi e ottimizzazione del flusso di approvvigionamento in una produzione su commessa: il caso CT Pack S.r.l.

La tesi ha l'obiettivo di analizzare e ottimizzare i flussi di approvvigionamento in un'azienda che produce su commessa: CT Pack S.r.L, specializzata nella realizzazione di macchine automatiche per il packaging di biscotti, gelato e cioccolato. Per raggiungere l'obiettivo si è preso come riferimento il modello proposto dal BPR (Business Process Reengineering): sono stati analizzati i principali attori coinvolti, in particolare fornitori e magazzino, mediante l'uso di KPI definiti ad hoc. Sulla base di questi sono stati individuati due processi critici: il primo riguarda la gestione del magazzino, che presenta un'elevata quantità di codici non movimentati anche a causa del processo di gestione del materiale avanzato al termine di ciascuna commessa; il secondo riguarda il materiale a consumo, che impiega i magazzinieri per un tempo eccessivo, è caratterizzato da giacenze per il 30% non movimentate e da supermarket collocati in officina ridondanti e caratterizzati da bassi tassi di utilizzo (anche sotto il 50%). Per risolvere questi problemi ed effettuare una riprogettazione si fa affidamento agli strumenti proposti dal project management: si imposta quindi un progetto che ha l'obiettivo di ridurre nel breve periodo il valore di magazzino mediante lo smaltimento attraverso diverse vie di codici non utilizzati e agisce nel lungo periodo per evitare che le criticità si ripropongano. Mediante la riprogettazione della gestione dei resi di produzione si prevede un maggior controllo, grazie al lavoro congiunto di ufficio tecnico e ufficio acquisti. La nuova gestione del materiale a consumo ha in se alcune delle tecniche proposte dalla lean production (il kanban, per esempio) e integra il fornitore nella catena di approvvigionamento, garantendo un maggior controllo sulle quantità, un risparmio di circa 7 h/mese di lavoro per i magazzinieri e una riduzione delle giacenze del 46%.

Modellazione del comportamento di un compressore aeronautico in condizioni di funzionamento con fogging

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è realizzare un modello, prima statico poi dinamico, dei componenti: imbocco e gruppo compressore, del turboalbero Allison 250 C18 sottoposto alla tecnologia del fogging. I dati sperimentali utilizzati provengono da prove sperimentali svolte da un altro tesista nel laboratorio di Propulsione e macchine della Scuola di Ingegneria e Architettura di Forlì. Grazie al modello statico, realizzato con il software MATLAB®, sono state create le principali mappe prestazionali dei singoli componenti. Queste ultime sono state poi implementate all'interno del modello dinamico realizzato con il software Simulink. Attraverso il modello dinamico, siamo stati in grado di osservare, grazie ad una struttura modulare a blocchi, l'andamento delle grandezze anche in regime transitorio, e di cambiare i parametri di inizializzazione in maniera molto rapida. Infine i dati ottenuti sono stati confrontati con i dati sperimentali e sono state effettuate valutazioni sull'utilità o meno del fogging. Entrambe le conclusioni hanno dato buoni risultati.

Design and implementation of a novel multi-constellation FPGA-based dual frequency GNSS receiver for space applications

The PhD activity described in the document is part of the Microsatellite and Microsystem Laboratory of the II Faculty of Engineering, University of Bologna. The main objective is the design and development of a GNSS receiver for the orbit determination of microsatellites in low earth orbit. The development starts from the electronic design and goes up to the implementation of the navigation algorithms, covering all the aspects that are involved in this type of applications. The use of GPS receivers for orbit determination is a consolidated application used in many space missions, but the development of the new GNSS system within few years, such as the European Galileo, the Chinese COMPASS and the Russian modernized GLONASS, proposes new challenges and offers new opportunities to increase the orbit determination performances. The evaluation of improvements coming from the new systems together with the implementation of a receiver that is compatible with at least one of the new systems, are the main activities of the PhD. The activities can be divided in three section: receiver requirements definition and prototype implementation, design and analysis of the GNSS signal tracking algorithms, and design and analysis of the navigation algorithms. The receiver prototype is based on a Virtex FPGA by Xilinx, and includes a PowerPC processor. The architecture follows the software defined radio paradigm, so most of signal processing is performed in software while only what is strictly necessary is done in hardware. The tracking algorithms are implemented as a combination of Phase Locked Loop and Frequency Locked Loop for the carrier, and Delay Locked Loop with variable bandwidth for the code. The navigation algorithm is based on the extended Kalman filter and includes an accurate LEO orbit model.

Comportamento tribologico di materiali per componenti di interesse industriale: Failure analysis e prove tribologiche in laboratorio

L’attività di ricerca della presente tesi di dottorato ha riguardato sistemi tribologici complessi di interesse industriale per i quali sono stati individuati, mediante failure analysis, i meccanismi di usura dominanti. Per ciascuno di essi sono state studiate soluzioni migliorative sulla base di prove tribologiche di laboratorio. Nella realizzazione di maglie per macchine movimentazione terra sono ampiamente utilizzati i tradizionali acciai da bonifica. La possibilità di utilizzare i nuovi microlegati a medio tenore di carbonio, consentirebbe una notevole semplificazione del ciclo produttivo e benefici in termini di costi. Una parte della tesi ha riguardato lo studio del comportamento tribologico di tali acciai. E’ stato anche affrontato lo studio tribologico di motori idraulici, con l’obiettivo di riuscire a migliorarne la resistenza ad usura e quindi la vita utile. Sono state eseguite prove a banco, per valutare i principali meccanismi di usura, e prove di laboratorio atte a riprodurre le reali condizioni di utilizzo, valutando tecniche di modificazione superficiale che fossero in grado di ridurre l’usura dei componenti. Sono state analizzate diverse tipologie di rivestimenti Thermal Spray in termini di modalità di deposizione (AFS-APS) e di leghe metalliche depositate (Ni,Mo,Cu/Al). Si sono infine caratterizzati contatti tribologici nel settore del packaging, dove l’utilizzo di acciai inox austenitici è in alcuni casi obbligatorio. L’acciaio inossidabile AISI 316L è ampiamente utilizzato in applicazioni in cui siano richieste elevate resistenze alla corrosione, tuttavia la bassa resistenza all’usura, ne limitano l’impiego in campo tribologico. In tale ambito, è stata analizzata una problematica tribologica relativa a macchine automatiche per il dosaggio di polveri farmaceutiche. Sono state studiate soluzioni alternative che hanno previsto sia la completa sostituzione dei materiali della coppia tribologica, sia l’individuazione di tecniche di modificazione superficiale innovative quali la cementazione a bassa temperatura anche seguita dalla deposizione di un rivestimento di carbonio amorfo idrogenato a-C:H

Modellizzazione dinamica di un motore brushless DC per uso propulsivo su droni

Studio e realizzazione di un modello dinamico, in Simulink, del sistema propulsivo di un aeromodello, dotato di un autopilota e di un'elettronica di bordo. Tali caratteristiche consentono al drone di effettuare delle operazioni di volo in piena autonomia.

Progettazione e calcolo strutturale di un sistema di afferraggio

Tesi sulla progettazione meccanica e il calcolo strutturale FEM di un sistema di afferraggio facente parte di una macchina automanica nel campo del packaging.

Progettazione di un gruppo espulsore per macchina automatica adibita alla formatura di dadi pressati

Questo lavoro si occupa della riprogettazione del gruppo espulsore di una macchina automatica. Essa permette la formatura di dadi pressati ed il gruppo in esame gestisce la fase di espulsione dei prodotti. Il lavoro ha portato ad un nuovo gruppo per il quale sono state fatte, successivamente, tutte le valutazioni necessarie per il suo funzionamento in termini di analisi cinematiche, scelta delle leggi di moto e dei sistemi di movimentazione. Alla fine di tutto è stata fatta una simulazione al CAD.

Studio di fattibilità tecnica di una macchina automatica per la gestione di blister farmaceutici

Lo scopo principale dell’elaborato è descrivere e studiare la fattibilità tecnica e le fasi di progettazione e di realizzazione di una macchina automatica adibita alla gestione di blister farmaceutici. Tale attività è stata svolta in collaborazione con l’azienda Siropack Italia S.r.l. a seguito di un percorso di tirocinio curriculare. E’ dunque obiettivo della tesi esplicitare, motivandole, le scelte effettuate in campo progettuale, grazie alle quali si è arrivati alla realizzazione vera e propria della macchina. Dopo una descrizione dell’azienda e dei settori verso cui si interfaccia, si passa ad esporre, in maniera generale, il panorama farmaceutico nazionale ed internazionale, descrivendo anche il cliente per il quale è stata realizzata la macchina e ogni step affrontato per la sua progettazione. In questa fase viene descritto anche il nastro adibito alla gestione del magazzino, dove sosteranno numerose unità del prodotto lavorato. Si conclude poi con la descrizione dei passi che portano la macchina al suo effettivo funzionamento. Essendo un prototipo, dovrà poi affrontare numerose ore di prove e collaudi prima di essere definitivamente consegnata al cliente; in questo elaborato non verrà, però, descritto quest’ultimo step poiché la linea, della quale la macchina fa parte, è tutt’ora in fase di realizzazione.

Analisi e ottimizzazione delle prestazioni e dell'affidabilità di una macchina per il packaging di prodotti igienico-sanitari

L’oggetto di studio di questo lavoro, svolto presso l’azienda Vire Automation del gruppo Bucci Industries di Faenza, è una macchina per il packaging di prodotti igienico-sanitari, più precisamente pannolini baby. Dopo una prima indagine di mercato svolta con l’aiuto dei commerciali dell’azienda, si sono ipotizzate una serie di soluzioni tecniche per migliorare il funzionamento e le prestazioni della macchina. Tramite uno strumento detto Casa della qualità si sono evidenziate le soluzioni tecniche che risultano più apprezzate dal mercato e per questo posseggono una maggior priorità di realizzazione. Si è intervenuti su di un gruppo funzionale per lo spostamento orizzontale del prodotto che agisce superiormente rispetto al pianale di processo e sul trasporto pioli che invece agisce per ostacolo tra cilindri di acciaio ed i prodotti. In particolare per il primo si è realizzato un apposito studio delle grandezze cinematiche in gioco e, dopo una progettazione 3D, si sono stimate le coppie motrici richieste dal nuovo asse che è risultato vantaggioso rispetto al precedente. Per il secondo invece, vista l’esigenza di ottenere un gruppo rifasatore che permettesse alla macchina di funzionare correttamente nonostante i ritardi di arrivo dei prodotti dalla linea di produzione, si è realizzata una nuova gestione logica del gruppo per sopperire alla peggior condizione di funzionamento verificabile e si è riprogettato il gruppo per dotarlo delle nuove necessarie caratteristiche.

Studio e ottimizzazione del modulo raggruppatore di una macchina confezionatrice per prodotti igienico sanitari femminili

Le macchine automatiche prodotte dall’azienda VIRE Automation di Faenza sono atte al confezionamento di prodotti igienico sanitari del settore baby, femminile e adulto. La macchina può essere suddivisa in due gruppi funzionali, il primo legato al raggruppamento dei prodotti in pile e il secondo dedicato al confezionamento vero e proprio. Il presente elaborato consiste nello studio e nella progettazione del raggruppatore della macchina dedicata ai prodotti femminili; in particolare lo scopo è il corretto funzionamento del gruppo con performance superiori a quelle attuali. Il progetto si è articolato nell’applicazione del metodo della Casa della Qualità come strumento di supporto, per poi passare allo studio della parte logica della macchina e ad un'analisi cinematica e dinamica del gruppo estrattore; infine vengono presentate ulteriori soluzioni tecniche adottate.

Ottimizzazione topologica di componenti per macchina automatica da produrre mediante manifattura additiva

L'azienda IMA S.p.a., leader nel settore delle macchine automatiche per il packging, intende approfondire la conoscenza sui processi di manifattura additiva con l'obiettivo futuro di riuscire a realizzare il 5% di componenti che compongono le macchine della gamma dell'azienda mediante l'utilizzo di queste nuove tecnologie. Il raggiungimento di tale obiettivo comporta un radicale cambio di mentalità rispetto al passato e la creazione di nuove figure professionali e procedure di progettazione dei componenti totalmente nuove ed innovative. In questo contesto, vengono in aiuto i metodi numerici di ottimizzazione topologica. Noti carichi, vincoli, materiali e geometria d'ingombro del particolare, questi metodi vanno a determinare l'ottimale distribuzione del materiale per ottenere un incremento delle prestazioni del componente, andando a collocare il materiale solo in corrispondenza delle zone dove è strettamente necessario. L'ottimizzazione topologica strutturale, ottenimento della massima rigidezza specifica, è stato proprio l'argomento di questo elaborato. E' stato impiegato il software COMSOL Multiphysics 5.2 per implementare il problema di ottimizzazione. Inizialmente abbiamo affrontato problemi semplici, i cui risultati sono reperibili in letteratura. Dopo aver validato la correttezza della nostra implementazione, abbiamo infine esteso il problema a un caso di studio di un componente di una macchina IMA. Il caso di studio riguardava un componente che esegue l'estrazione della fustella piana dal magazzino in cui l'intero pacco fustelle viene riposto dall'operatore. I risultati ottenuti su questo componente sono stati positivi ottenendo un miglioramento della rigidezza specifica di quest'ultimo. L'obiettivo primario dell'elaborato è stato quello di realizzare una panoramica dei metodi di ottimizzazione topologica e riuscire ad applicare questi ad un caso concreto per valutare se tale tipo di progettazione potesse essere adeguato alle esigenze di IMA. L'obiettivo è stato largamente raggiunto.

la fabbrica automatica e i sistemi di controllo integrati

Lo scopo della presente tesi è quello di illustrare alcuni dei principali strumenti messi a disposizione dai controlli automatici a servizio dell’ingegneria, in particolare analizzando la struttura generale di una fabbrica automatica e descrivendone i principali sistemi di controllo. L’elaborato è suddiviso in tre macro parti: la prima ha l’obiettivo di inquadrare quella che è la fabbrica automatica, partendo dal precedente concetto di fabbrica tradizionale fino ad arrivare alla fabbrica moderna, caratterizzata da una spinta flessibilità produttiva determinata da una politica di produzione per lotti con elevati livelli di caratterizzazione. Della fabbrica automatica viene poi approfondita l’integrazione con i calcolatori attraverso il sistema concettuale del CIM, Computer Integrated Manufacturing, e l’impiego di celle di fabbricazione flessibili, ovvero le FMS, Flexible Manufacturing System. La seconda parte è incentrata sull’analisi delle logiche di controllo impiegate all’interno di tutto il processo di progettazione e di produzione, suddivise in tre gruppi: il primo focalizzato sui sistemi per la produzione automatica, NC e DNC; il secondo sui sistemi di simulazione e testing del prodotto, CAD, CAM e CAT; il terzo sui sistemi di controllo e sviluppo dati, SCADA, MES e DCS. La terza ed ultima parte è circoscritta all’approfondimento di un particolare sistema di controllo per la gestione dei processi, ovvero sull’uso del PLC, il Controllore Logico Programmabile. Vengono analizzate le componenti fisiche che lo costituiscono, il funzionamento base, i tempi di esecuzione delle istruzioni, i criteri di scelta e di dimensionamento ed altri aspetti rilevanti. Infine è presente un esempio applicativo di alcuni aspetti sovra citati con il caso dell’azienda bolognese G.D, leader del settore delle macchine automatiche a controllo numerico per la fabbricazione e l’impacchettamento delle sigarette.

Dimensionamento dell'azionamento elettrico di un piano vibrante

Questo elaborato riguarda il dimensionamento di un motore brushless lineare utilizzato in un piano vibrante per l’alimentazione di fiale, flaconi e carpule in macchine per il packaging farmaceutico: in particolare con questo piano vibrante si alimentano macchine astucciatrici e termoformatrici. Con packaging farmaceutico si intente tutto ciò che comporta il confezionamento di prodotti legati al mercato farmaceutico, ma macchinari simili soddisfano anche il mercato per il confezionamento di prodotti alimentari e cosmetici. Il piano vibrante descritto nella trattazione, svolge sia la funzione di alimentazione del prodotto nella macchina, sia quella di buffer. La tesi è stata svolta all’interno di Marchesini Group S.p.a., gruppo industriale fondato nel 1974 che vanta una posizione di livello mondiale nel settore delle macchine automatiche: in particolare si occupa dell’automazione per packaging nel settore farmaceutico, cosmetico e alimentare. Avendo dovuto fare un intervento di sostituzione di un motore su un gruppo già in funzione, nella riprogettazione dei particolari si è cercato di apportare il minor numero di modifiche possibile, per minimizzare il numero di pezzi da sostituire qualora un motore in funzione si rompa o venga danneggiato. Questo studio mi ha dato la possibilità di approfondire diversi aspetti della progettazione meccanica: in particolare ho avuto la possibilità di utilizzare Creo Parametric, il programma di disegno 3D usato in Marchesini, e quindi approfondire molteplici aspetti e regole del disegno e della messa in tavola. Insieme a questo, oltre a studiare le diverse tipologie di motori lineari ho potuto approfondire i metodi di scelta di un motore lineare, consultando anche i fornitori.