Validazione di un modello In Silico di progressione dell'osteoporosi per la predizione del rischio di frattura dell'anca

Questo lavoro di tesi contribuisce allo sviluppo di una metodologia in silico, che può essere utilizzata sia come strumento clinico per la predizione del rischio di frattura, sia come strumento per la valutazione dell’efficacia di trattamenti farmacologici. Lo scopo di questo lavoro è di validare un modello di progressione dell’osteoporosi utilizzando dati clinici prospettici. Per fare ciò, è stata utilizzata una procedura già precedentemente validata da Bhattacharya et al. su una coorte retrospettica di Sheffield, con validazione effettuata unicamente per l’ARF0. In questo lavoro di tesi è stata intergata una legge di invecchiamento dell’osso e predetto il carico di rottura del femore ed il rischio di frattura fino a cinque anni successivi all’esecuzione della CT (ARF5). I risultati ottenuti sono poi stati confrontati con i dati reali, ovvero con le reali fratture che sono avvenute o meno nei pazienti reali oggetto dello studio. La validazione su una coorte prospettica ha evidenziato una discriminazione tra fratturati e non fratturati migliore rispetto a quella trovata per la coorte retrospettica. Tuttavia, l’ARF5 e l’ARF0, sui trentaquattro soggetti considerati, hanno delle prestazioni confrontabili.

Gestione degli ordini di ‘Scheduling Agreement’ e confronto tra soluzioni di magazzino in un’azienda produttrice di macchine automatiche: il caso ACMA S.p.A.

Con la presente tesi di laurea si vuole analizzare la nuova procedura di ordini di “Scheduling Agreement” all’interno della realtà aziendale di ACMA S.p.A., azienda produttrice di macchine automatiche. Con il termine Scheduling Agreement si identifica una gestione di ordini con il fornitore, il quale mantiene i pezzi prodotti all’interno del proprio magazzino per massimo 18 mesi. L’accordo si basa sul principio per cui il fornitore ha una maggiore continuità di fornitura mentre ACMA S.p.A. vede un risparmio degli investimenti aziendali e nel tempo di approvvigionamento. Il principale focus dello studio verterà sulla proposta di soluzioni di stoccaggio per ricercare un punto di ottimo che permetta di ridurre al minimo il rischio di stock out e al tempo stesso minimizzi il livello delle scorte. L’analisi partirà con l’identificazione dei prodotti per cui risulta conveniente aprire uno Scheduling. Tale processo valutativo si estrinseca nell’analisi di due parametri fondamentali: frequenza e consumo. Verranno poi analizzati alcuni casi TO BE con il fine di trovare il Lead Time migliore per ridurre al minimo le giacenze ed evitare rotture di stock. Questi studi utilizzano il software di estrapolazione dati “SAP” per poi analizzarli sulla piattaforma Excel e forniscono una valutazione realistica nella gestione di tale procedura in ACMA S.p.A.. La soluzione conclusiva riesce a risolvere il problema di stock out introducendo la “scorta di sicurezza” calcolata sulla domanda futura. In particolare, utilizzando un Lead Time di approvvigionamento di 21 giorni si è riusciti a ridurre del 75% le scorte a magazzino rispetto al caso più cautelativo, mantenendo comunque basso il rischio di stock out. I risultati ottenuti forniranno un effettivo miglioramento delle prestazioni dell’azienda e il modello verrà sfruttato in futuro per l’applicazione iterativa della soluzione descritta, con risparmio di tempo e di fondi aziendali.

Valutazione del rischio ed analisi di affidabilità della modellazione numerica del comportamento espansivo di terreni argillosi

Il lavoro di tesi presentato ha come obiettivo la valutazione delle potenzialità del metodo di risk assessment per la stima dei rischi nel campo della progettazione geotecnica. In particolare, è stata approfondita l’applicazione dei metodi di trattamento dell’incertezza alla modellazione numerica di terreni caratterizzati da alcune tipologie di argille, il cui comportamento, al variare del grado di saturazione, può oscillare tra ritiro e rigonfiamento, provocando dissesti alle strutture sovrastanti. Ai modelli numerici creati sono stati associati dei modelli probabilistici sui quali sono state eseguite delle analisi di affidabilità associate a parametri del terreno opportunamente scelti in funzione dell’influenza sul meccanismo espansivo del suolo. È stata scelta come soglia, e dunque come stato limite, per il calcolo della probabilità di fallimento, il movimento massimo caratteristico del terreno ottenuto applicando il metodo di Mitchell per i due fenomeni. Questo metodo è adottato nelle Australian Standards, uno dei riferimenti scientifici più rilevanti per la progettazione su suoli espansivi, nonché normativa vigente in Australia, territorio ricco di argille attive. Le analisi hanno permesso di condurre alcune riflessioni circa la conservatività dei termini da normativa, fondati su approcci di carattere puramente deterministico, mostrando come a piccole variazioni plausibili degli input nel modello numerico, si possano ottenere variazioni discutibili nei risultati, illustrando così i vantaggi che comporta il trattamento dell’incertezza sui dati.

Manutenzione predittiva dei giunti mediante tecnologie di Intelligenza Artificiale per la prevenzione dei guasti nelle reti di distribuzione in MT

Lo scopo dell’elaborato è quello di valutare una prima applicazione di intelligenza artificiale per svolgere manutenzione predittiva sui giunti installati nella rete di distribuzione, al fine di prevenirne i guasti. L’estensione delle reti in cavo è infatti in costante aumento per supportare lo sviluppo della rete elettrica e, per l’installazione di nuove linee o nella manutenzione di cavi, si fa uso di giunti, spesso soggetti a guasti e di difficile manutenzione. Risulta quindi importante svolgere manutenzione predittiva su questi componenti, al fine di prevenirne i guasti ed ottenere un risparmio in termini di tempo e denaro. A seguito un’attenta analisi della struttura dei giunti, dei loro modi di guasto e dei parametri caratteristici, si è proceduto alla generazione sintetica di un dataset contenente misure sui giunti e, sulla base di specifici criteri applicati a questi valori, l’informazione sulla presenza o sull’assenza di un guasto. Il dataset è stato poi utilizzato per la fase di apprendimento e di test di sei algoritmi di machine learning, selezionati a partire da considerazioni sullo stato dell’arte, valutato tramite una Revisione Sistematica della Letteratura (SLR). I risultati così ottenuti sono stati analizzati tramite specifiche metriche e da questo caso di studio sono emerse le elevate potenzialità delle tecnologie di intelligenza artificiale ai fini della prevenzione dei guasti nelle reti di distribuzione, soprattutto se considerata la semplicità implementativa degli algoritmi.

Studio, sviluppo e codifica di un modello dinamico per la gestione del mix produttivo di piattaforme di prodotto

Con le crescenti esigenze di personalizzazione, la capacità di prevedere con precisione la domanda di un numero sempre maggiore di prodotti è diventata una delle caratteristiche fondamentali che l’azienda manufatturiera moderna deve possedere. L’esigenza dunque di fornire una gamma di prodotti sempre più vasta, contenendo i costi associati alla realizzazione e alla giacenza dei prodotti finiti e contemporaneamente riducendo al minimo i tempi di risposta alla domanda, non viene pienamente soddisfatta da nessuna delle due politiche produttive che rappresentano i due approcci più classici, ossia le due strategie Make-To-Stock (MTS) e Make-To-Order (MTO). Per rispondere a questa esigenza di personalizzazione è stata proposta un’ulteriore politica produttiva nota come Delayed Product Differentiation (DPD) basata sul concetto delle piattaforme di prodotto, ossia delle strutture comuni a più prodotti diversi che, tramite l’aggiunta dei componenti, permettono di ottenere la gamma di prodotti finali richiesti. Il seguente lavoro di tesi si pone lo scopo di studiare, tramite un algoritmo ideato e sviluppato con l’ausilio del linguaggio di programmazione di Matlab, il caso di un sistema che già adotta l’approccio DPD per riuscire a trovare una soluzione al problema di estendere il catalogo iniziale degli articoli presenti, avendo una lista di prodotti nuovi da analizzare e dovendo scegliere quali aggiungere e quali invece eliminare, stabilendo come modificare le piattaforme per l’aggiunta di essi.

Dimostrazione di un modello analitico per la stima della produttività in una cella Seru-Seisan multiprodotto

A partire dal 1992, nell’industria elettronica giapponese, ha iniziato a diffondersi il sistema produttivo Seru Seisan: “Seru” in giapponese significa “organismo cellulare” e difatti questa modalità di produzione si basa sulla lavorazione di prodotti all’interno di celle. Esse sono formate da brevi tratti di nastro trasportatore, a seguito dello smantellamento di lunghe linee di assemblaggio, in cui lavorano un numero limitato di operatori multi-skilled. All’interno di un Seru possono essere lavorate più tipologie di prodotto ed ogni prodotto lavorato viene completato all’interno della cella stessa. Questo sistema produttivo a bassa automazione si rivela particolarmente adatto per operazioni di assemblaggio e consente di fronteggiare la dinamicità del mercato caratterizzata da elevata varietà e bassi volumi: il layout di un Seru, infatti, può essere riconfigurato rapidamente e richiede bassi investimenti in attrezzatura. In questo elaborato vengono presentati i Seru Seisan, descrivendone le principali caratteristiche e configurazioni unitamente alla loro origine. Dal momento che molti tentativi di applicazione di tale sistema produttivo risultano infruttuosi, soprattutto al di fuori del Giappone, viene proposto un quadro generale per l’implementazione e un algoritmo euristico per risolvere il problema di formazione e assegnazione degli operatori alle celle, minimizzando il costo totale di cross-training e bilanciando il carico di lavoro. Infine, viene presentato il lavoro di ricerca del presente elaborato che ha l’obiettivo di dimostrare il modello analitico che sta alla base del funzionamento di un Seru Divisionale, arrivando a stimare la produttività di una produzione multiprodotto. La formula a cui si giunge viene testata in due casi numerici reali, mostrando come alla progressiva diminuzione del numero di operatori all’interno di una cella, si ottenga un aumento della produttività della cella stessa.

Il modern workplace al centro dell’evoluzione aziendale: sviluppo di una piattaforma digitale per la gestione efficace di processi e attività.

La presente tesi mostra l’evoluzione del workplace e la sua trasformazione da semplice postazione di lavoro a modern workplace o workplace 4.0, inteso come luogo che va oltre il mero spazio fisico. Dopo avere indagato il nuovo contesto lavorativo e definito i relativi modelli di lavoro a distanza, si è mirato ad esporre i benefici - per i lavoratori, per le aziende e per l’ambiente - e gli svantaggi di tali modelli con particolare riferimento alla reperibilità/connessione costante e quindi al carico di lavoro degli smart worker. In seguito, si sono analizzati sia la struttura aziendale, l’organigramma, il modello di business del gruppo societario di consulenza Lipari People (presso il quale la scrivente ha svolto il tirocinio curriculare) ed in particolare i workplaces della sede di Milano, di cui si sono indagate le caratteristiche di differenziazione, riconfigurabilità, abitabilità ed intelligence; sia la gestione organizzativa smart adottata dall’azienda durante la pandemia da Covid-19 ed in particolare la relativa piattaforma digitale SmaO, progettata da un team del gruppo Lipari con la collaborazione della scrivente laureanda, per la gestione di processi e attività. Inoltre, nell’ottica di migliorare la gestione organizzativa dei workplaces di Lipari People è stata condotta un’indagine, sul modello Forbes e Great Place to Work, che ha raccolto i giudizi dei dipendenti. Da tale indagine, come vedremo, si è evinto che è consigliabile per l’azienda da un lato differenziare maggiormente gli spazi per andare incontro alle diverse esigenze lavorative emerse e per favorire la concentrazione delle risorse umane e dall’altro adottare strategie per migliorare la qualità dei rapporti tra colleghi, anche in modalità ibrida. La tesi si conclude con alcune proposte di miglioramento, nate da una riflessione in merito alla strategia di branding, alla sostenibilità ambientale e al wellness aziendale, che l’azienda Lipari People potrebbe adottare per un futuro upgrade di SmaO.

Smart freight transport in urban areas: a crowd-shipping model using autonomous vehicles

L'avanzamento dell'e-commerce e l'aumento della densità abitativa nel centro città sono elementi che incentivano l'incremento della richiesta merci all'interno dei centri urbani. L'attenzione all'impatto ambientale derivante da queste attività operative è un punto focale oggetto di sempre maggiore interesse. Attraverso il seguente studio, l'obiettivo è definire attuali e potenziali soluzioni nell'ambito della logistica urbana, con particolare interesse alle consegne dell'ultimo miglio. Una soluzione proposta riguarda la possibilità di sfruttare la capacità disponibile nei flussi generati dalla folla per movimentare merce, pratica nota sotto il nome di Crowd-shipping. L'idea consiste nella saturazione di mezzi già presenti nella rete urbana al fine di ridurre il numero di veicoli commerciali e minimizzare le esternalità negative annesse. A supporto di questa iniziativa, nell'analisi verranno considerati veicoli autonomi elettrici a guida autonoma. La tesi è incentrata sulla definizione di un modello di ottimizzazione matematica, che mira a designare un network logistico-distributivo efficiente per le consegne dell'ultimo miglio e a minimizzare le distanze degli attori coinvolti. Il problema proposto rappresenta una variante del Vehicle Routing Problem con time windows e multi depots. Il problema è NP-hard, quindi computazionalmente complesso per cui sarà necessario, in fase di analisi, definire un approccio euristico che permetterà di ottenere una soluzione sub-ottima in un tempo di calcolo ragionevole per istanze maggiori. L'analisi è stata sviluppata nell'ambiente di sviluppo Eclipse, attraverso il risolutore Cplex, in linguaggio Java. Per poterne comprendere la validità, è prevista un'ultima fase in cui gli output del modello ottimo e dell'euristica vengono confrontati tra loro su parametri caratteristici. Bisogna tuttavia considerare che l' utilizzo di sistemi cyber-fisici a supporto della logistica non può prescindere da un costante sguardo verso il progresso.

Simulazione numerica di sensori in fibra ottica distribuiti per rilevamento del danno in materiali compositi

Le fibre ottiche sono materiali costituiti al loro interno da fibre di vetro o filamenti polimerici. Esse attualmente trovano grande impiego nel campo della telecomunicazione, ma è assai importante lo sviluppo che stanno ottenendo nel campo del monitoraggio strutturale. L’obiettivo del lavoro descritto in questo elaborato finale è di riuscire a sviluppare un programma in grado di computare una simulazione analitico-parametrica riguardante i segnali restituiti da un sensore in fibra ottica. In particolare, sono stati creati due codici (Codice 1 e Codice 2) per sostenere un Codice Esistente. Quest’ultimo prende in input dei dati sperimentali che, invece di essere ottenuti da prove in laboratorio, sono prodotti in uscita dal Codice 1, il quale simula prove a fatica o statiche in provini di diverso materiale. Attraverso l’analisi di questi dati, il codice finale crea delle curve probabilistiche in grado di asserire con quanta probabilità e con quale confidenza è possibile valutare i risultati esplicitati dallo strumento di rilevazione, che in questo caso è un sensore in fibra ottica. D’altra parte, il Codice 2 analizza le conseguenze nella Probability of Detection e confidenza al variare dei parametri maggiormente influenti nel modello.

Sviluppo di un modello Simulink per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione di un modello per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria: l’elettrificazione in ambito automotive richiede un approfondito studio delle problematiche termiche allo scopo di incrementare l’efficienza del veicolo, le performance e la vita della batteria. In particolare, l’oggetto di ricerca consiste nella modellazione di una pompa di calore. Partendo dalla definizione dei requisiti e degli obiettivi del sistema di gestione termica, ogni componente della pompa di calore viene analizzato modellato e connesso all’intero sistema. La modellazione è stata affrontata mediante l’utilizzo dell’ambiente MATLAB/Simulink. Il primo passo è stato avanzato nell’analisi del ciclo termodinamico ideale, analizzando il comportamento di vari fluidi frigorigeni, la funzionalità dei singoli componenti e l’interazione di quest’ultimi al variare delle condizioni di funzionamento, principalmente potenze scambiate, pressioni, temperature e portata massica di refrigerante. Il principale lavoro di simulazione è legato alla realizzazione di un modello configurabile dell’intero apparato di gestione termica della batteria per un veicolo elettrico. Per mezzo dello studio delle relazioni termodinamiche dei componenti principali del ciclo frigorifero sono state valutate tutte le grandezze che variano durante le trasformazioni che compie il fluido refrigerante all’interno del ciclo frigorifero. L’attività di validazione del modello implementato è stata svolta mediante il confronto tra le condizioni del fluido refrigerante determinate mediante le relazioni termodinamiche e quelle ottenute valutando le trasformazioni sui diagrammi di stato dei fluidi frigorigeni trattati. Il modello implementato è da ritenersi primordiale nel contesto legato alla modellazione e controllo dei sistemi di gestione termica per i sistemi propulsivi dei veicoli elettrici a batteria.

Elettrofilatura di membrane polimeriche per il Self-Healing di compositi laminati: ottimizzazione delle soluzioni e dei parametri di processo

I CFRP laminati sono materiali dalle eccellenti proprietà meccaniche specifiche che hanno, però, il grande svantaggio di essere soggetti a delaminazione. Essa è una problematica che può seriamente comprometterne l’affidabilità in vita d’uso e va, perciò, contrastata cercando di prevenirla o cercando di ridurne gli effetti negativi. Lo scopo del presente elaborato di tesi è stato quello di produrre, mediante elettrofilatura, membrane polimeriche che, integrate in laminati compositi, abbiano funzione di rendere il composito delaminato in grado di “autoripararsi” tramite meccanismo di self-healing. È stato condotto uno studio di ottimizzazione di tutti i parametri riguardanti la soluzione ed il processo di elettrofilatura che conducesse all’ottenimento di membrane con una morfologia fibrosa esente da difetti e, contemporaneamente, ad una buona maneggiabilità delle stesse. Le membrane sono state caratterizzate morfologicamente tramite analisi SEM e analisi DSC.

Il modello matriciale di Leslie applicato all'ecologia delle popolazioni

La matrice di Leslie è uno degli strumenti più utilizzati in ecologia nella dinamica delle popolazioni. Infatti a partire dallo studio dell'autovalore dominante della matrice e dell'autovettore ad esso associato è possibile prevedere l'evolversi della popolazione (sviluppo o estinzione), la convergenza di ogni classe di età e la sensibilità dell'autovalore dominante al variare delle componenti della matrice. L'obiettivo di questo elaborato è quindi quello di presentare e studiare questo modello matriciale, applicandolo a esempi di popolazioni e analizzandone le analogie con il Metodo delle Potenze.

Monitoraggio della viscoelasticità di un modello di coltura cellulare 3D per lo studio della fibrosi epatica

Lo sviluppo di fibrosi epatica si associa caratteristicamente a un eccesso di produzione e reticolazione della matrice extracellulare del tessuto, che causa un progressivo aumento del modulo elastico e della viscosità dell’organo – che a loro volta determinano ipertensione portale e insufficienza funzionale. Modelli avanzati che riproducano in vitro il microambiente epatico sono cruciali per lo studio della patogenesi del fenomeno e per la valutazione di adeguate terapie future. Un esempio chiaro di questa strategia viene presentato in un recente lavoro di ricerca, nel quale Cacopardo et al. propongono una strategia basata sull’utilizzo di tipi differenti di idrogel, con proprietà elastiche e viscosità variabili, per studiare la meccano-dinamica in un ambiente di coltura tridimensionale. Idrogel di carichi di cellule sono dunque stati differenzialmente reticolati mediante transglutaminasi microbica, utilizzando un metodo citocompatibile originale che consenta l’esposizione delle cellule a un ambiente con proprietà meccaniche che variano nel tempo. Per la coltura dei costrutti 3D è stato inoltre utilizzato un bioreattore che si è dimostrato utile anche per monitorare nel tempo le proprietà meccaniche dei costrutti cellulari. I risultati hanno mostrato che una maggiore “solidità” della matrice è coerente con l’aumento dello stress cellulare. Il metodo proposto si è dimostrato quindi in grado di imitare efficacemente il microambiente meccanico associato alla fibrosi epatica e in evoluzione nel tempo e, di conseguenza, potrebbe fornire nuove informazioni sui processi fisiopatologici correlati e suggerire più efficaci strategie terapeutiche.

Caratterizzazione e simulazione di un generatore eolico di piccole dimensioni

Durante gli ultimi anni sta avendo sempre più rilevanza il problema del cambiamento climatico, dovuto principalmente all’emissione in atmosfera di gas serra. Una delle soluzioni da adottare è una transizione energetica verso fonti di energia rinnovabili e una progressiva elettrificazione di tutte le tecnologie che utilizzano ancora combustibili fossili. L’obiettivo di questa tesi di Laurea è analizzare e implementare un semplice modello in MATLAB/Simulink di una turbina eolica, conoscendo solo i dati di targa del generatore, la curva di potenza della turbina e avendo a disposizione dei dati reali di velocità del vento, potenza prodotta e velocità di rotore. Il progetto quindi consiste in un lavoro di reverse engineering in cui, partendo dai componenti reali, si cerca di ricavare, in maniera empirica e sperimentale, i parametri che ne caratterizzano il modello matematico. Successivamente è stato implementato un modello su Simulink, partendo da un modello già esistente, in cui si è simulato il comportamento della macchina, ottenendo una stima della potenza prodotta.

chemioterapia automatizzata: sistemi di controllo in retroazione per la crescita tumorale secondo il modello a derivate frazionarie

L’immunoterapia è una delle tecniche più all’avanguardia per la lotta contro il cancro e si basa sull’aumento delle prestazioni del sistema immunitario attraverso anticorpi monoclonali (ovvero farmaci immunoterapici). Grazie a questi, la terapia garantisce l’inibizione dei checkpoint immunologici, che permettono alle cellule del sistema immunitario di riconoscere la presenza del tumore e aggredirlo fino a eradicarlo. La tesi propone una soluzione frazionaria al problema della crescita tumorale, basandosi su un modello di Kuznetsov esteso dove viene presa in considerazione anche il parametro di concentrazione di Interleuchina-2. Tramite un’analisi di stabilità del modello proposto è possibile arrivare a un valore di sigma, ovvero il rateo di cellule effettrici, per il quale il sistema delle cellule tumorali viene completamente eradicato. Una volta trovata la condizione di stabilità e calcolato il valore di alpha (ordine della derivata frazionaria) che approssima al meglio la crescita tumorale nel caso reale, viene proposto un sistema di controllo automatico in retroazione basato sul numero di cellule effettrici per automatizzare il processo immunoterapico.