Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Progettazione e ottimizzazione di un Turbo Encoder parallelo su dispositivo FPGA

In questi anni, c’è stato un grande sviluppo negli standard wireless nel mondo della televisione, della radio e delle comunicazioni mobili. Questo ha portato con sé problemi di compatibilità tra le reti wireless e ha limitato lo sviluppo di nuove funzionalità e servizi. La Software Defined Radio rappresenta una soluzione di flessibilità per affrontare questa serie di problematiche. In un sistema di comunicazione digitale, le informazioni viaggiano su un canale che è soggetto a rumore ed interferenza; perciò, per garantire robustezza e affidabilità alle applicazioni nella comunicazione digitale, i sistemi richiedono l’uso di codici di correzione degli errori, basati su schemi di codifica di canale. Esistono diverse tipologie di codici per la correzione degli errori, tra le quali il turbo codice, utilizzato nei sistemi LTE. Questo lavoro presenta la progettazione e la successiva ottimizzazione di un turbo encoder per sistemi LTE su una scheda FPGA, la quale, a differenza di altri dispositivi, meglio si presta a questo scopo, grazie alla caratteristica di riprogrammabilità. Dapprima viene presentato un turbo encoder sequenziale, il quale viene ottimizzato creandone una versione parallela. I risultati mostrano che l’architettura parallela presenta prestazioni, in termini di throughput, quattro volte migliori di quella sequenziale, a fronte di un lieve aumento dell’uso delle risorse della scheda. Confrontando questo turbo encoder ottimizzato con un progetto presente in letteratura, si nota che l’efficienza d’area risulta maggiore con un fattore circa pari a 3.

Studio e implementazione di algoritmi per il tracciamento ottimo di satellite LEO da stazioni di terra di tipo radioamatoriale

Questo elaborato di tesi ha l’obbiettivo di studiare le limitazioni delle stazioni di terra nel tracciamento di satelliti in orbita LEO, investigare possibili soluzioni ed implementare queste soluzioni all’interno della Ground Station AMGS di Forlì per verificarne l’efficacia. A questo scopo, dopo un’attenta revisione della letteratura sono stati identificati due promettenti algoritmi descritti nei paper: “Trajectory optimisation to minimise antenna pointing error” di P. S. Crawford , R. J. H. Brush e “An optimal antenna motion generation using shortest path planning” di Moon-Jin Jeon , Dong-Soo Kwon. Questi algoritmi sono stati implementi in Python 3, al fine di inglobarli all’interno del software di tracking al momento in uso nella GS di Forlì, ovvero AMGS Orbit Predictor. All’interno di questo elaborato sono anche riportati i risultati dei test conseguiti e una valutazione dettagliata di questi ultimi.

Ottimizzazione della crotilborazione asimmetrica del di-ter-butil azodicarbossilato

La crotilazione asimmetrica di azodicarbossilati è tuttora una reazione inesplorata. Questo progetto si compone di uno studio sui parametri di reazione che influenzano l’enantioselettività della reazione tra il di-terbutil azodicarbossilato e l’estere pinacolico dell’acido trans-crotilboronico. Questa reazione è stata ampiamente studiata in precedenza dal gruppo di ricerca, pertanto lo scopo principale del progetto è stato quello di testare nuove condizioni di reazione al fine di migliorare l’enantioselettività e la resa del processo. Queste, tuttavia, hanno restituito risultati peggiori di quelli attesi, confermando come migliori le condizioni ottimizzate in precedenza. In conclusione questa reazione, anche confrontata con altre vie sintetiche che possono portare allo stesso prodotto, si è dimostrata uno strumento moderatamente efficace per ottenere un prodotto enantioarricchito con buoni valori di conversione.

studio ed ottimizzazione del modello di valutazione del rapporto fra risorse ed obiettivi di consegna in un’azienda leader nel settore del packaging farmaceutico e cosmetico

Il presente elaborato di tesi riguarda uno studio che è stato portato avanti durante il tirocinio curriculare svolto nell’ufficio Engineering di Marchesini Group S.p.A., azienda leader nella produzione di macchine automatiche per il packaging di prodotti farmaceutici e cosmetici. Dopo aver riscontrato alcune criticità nelle modalità con le quali vengono attualmente pianificate e gestite le risorse appartenenti ai team produttivi e con le quali vengono valutati i carichi di lavoro, si sono elaborati dei modelli e degli strumenti che permettono di migliorare ed ottimizzare l’assegnazione delle risorse ai gruppi e di visualizzare in tempo reale la distribuzione dell’impegno di lavoro dei reparti in relazione alla disponibilità in produzione. Le proposte supportano il trend dell’attuale contesto produttivo di garantire un elevato livello di servizio al cliente rispettandone le richieste e i tempi stabiliti. Difatti, un’assegnazione corretta delle risorse in produzione consente di ridurre i ritardi e le inefficienze e, di conseguenza, di migliorare i lead time. In aggiunta, una correlazione chiara e strutturata fra le risorse e gli obiettivi raggiungibili permette di conseguire con maggiore sicurezza i risultati economici stabiliti, evitando di perdere parte del valore potenzialmente collaudabile.

ottimizzazione del modello di gestione delle scorte dei reparti attrezzeria e sicurezza e definizione dei picking-point degli operatori

Il sistema logistico rappresenta una variabile fondamentale nel contesto organizzativo: se efficiente e ben strutturato può rivelarsi un vantaggio competitivo per le organizzazioni. Nel presente elaborato viene posta l’attenzione proprio su un particolare ambito del sistema logistico, ossia quello della logistica interna. L’obiettivo di questa tesi, svolta a margine di un tirocinio in Marchesini Group, azienda del bolognese leader nella fornitura di sistemi automatici per il packaging farmaceutico e cosmetico, è stato quello di ottimizzare i processi di gestione delle scorte e di picking di due categorie specifiche di prodotti: gli utensili, gestiti dal reparto attrezzeria ed i DPI, gestiti dal reparto sicurezza. Dopo una fase iniziale di osservazione diretta sul campo, finalizzata rilevare le principali criticità dei processi, lo studio si è concentrato sull'identificazione degli articoli principalmente consumati dai reparti e sulla definizione del loro consumo medio. In funzione delle esigenze dei diversi settori coinvolti, sono state, per entrambi i reparti, avanzate delle proposte di soluzione che riguardano sia l'introduzione di un nuovo modello di gestione delle scorte, accompagnato da un nuovo sistema di monitoraggio delle giacenze, che la riorganizzazione del flusso informativo relativo alla gestione degli ordini. Oltre che sul flusso informativo, il focus è stato posto anche sul flusso fisico degli articoli, con l’obiettivo di eliminare gli sprechi legati alle movimentazioni degli operatori tra i reparti. A tale scopo, dopo aver analizzato l'attuale processo di picking, è stata avanzata una proposta di soluzione che prevede l'introduzione di alcuni punti di prelievo direttamente all’interno dei reparti produttivi, appositamente collocati e dimensionati per minimizzare gli spostamenti degli operatori. Nella parte finale dell’elaborato vengono trattate le soluzioni proposte dal punto di vista economico e ne vengono illustrati i possibili sviluppi futuri.

Applicazione allo scenario italiano di un modello di costo dinamico per l'ottimizzazione del mix energetico e la gestione della rete elettrica

Nell’attuale contesto energetico di forte instabilità, prezzi e produttività subiscono continue variazioni a causa di fattori politici ed economici. Il sistema elettrico è chiamato a rispondere velocemente ai cambiamenti garantendo continuamente il soddisfacimento del fabbisogno di energia elettrica. Nel presente elaborato viene utilizzato un modello di costo dinamico, estratto dalla letteratura scientifica, con lo scopo di gestire efficientemente i flussi energetici e garantire una programmazione ottimale del mix produttivo. Viene analizzato lo scenario italiano mettendo in relazione produzione, trasmissione e domanda energetica. I dati utilizzati fanno riferimento, quanto più possibile, al contesto attuale. Coerentemente con la situazione reale i risultati ottenuti mettono in risalto le criticità e i punti di forza principali del sistema elettrico italiano delineando i possibili cambiamenti attuabili a medio termine.

Travelling wave profiles in some models with nonlinear diffusion

We study some properties of the monotone solutions of the boundary value problem (p(u'))' - cu' + f(u) = 0, u(-infinity) = 0, u(+infinity) = 1, where f is a continuous function, positive in (0, 1) and taking the value zero at 0 and 1, and P may be an increasing homeomorphism of (0, 1) or (0, +infinity) onto [0, +infinity). This problem arises when we look for travelling waves for the reaction diffusion equation partial derivative u/partial derivative t = partial derivative/partial derivative x [p(partial derivative u/partial derivative x)] + f(u) with the parameter c representing the wave speed. A possible model for the nonlinear diffusion is the relativistic curvature operator p(nu)= nu/root 1-nu(2). The same ideas apply when P is given by the one- dimensional p- Laplacian P(v) = |v|(p-2)v. In this case, an advection term is also considered. We show that, as for the classical Fisher- Kolmogorov- Petrovski- Piskounov equations, there is an interval of admissible speeds c and we give characterisations of the critical speed c. We also present some examples of exact solutions. (C) 2014 Elsevier Inc. All rights reserved.

The knapsack problem approach in solving partial hedging problems of options

En option är ett finansiellt kontrakt som ger dess innehavare en rättighet (men medför ingen skyldighet) att sälja eller köpa någonting (till exempel en aktie) till eller från säljaren av optionen till ett visst pris vid en bestämd tidpunkt i framtiden. Den som säljer optionen binder sig till att gå med på denna framtida transaktion ifall optionsinnehavaren längre fram bestämmer sig för att inlösa optionen. Säljaren av optionen åtar sig alltså en risk av att den framtida transaktion som optionsinnehavaren kan tvinga honom att göra visar sig vara ofördelaktig för honom. Frågan om hur säljaren kan skydda sig mot denna risk leder till intressanta optimeringsproblem, där målet är att hitta en optimal skyddsstrategi under vissa givna villkor. Sådana optimeringsproblem har studerats mycket inom finansiell matematik. Avhandlingen "The knapsack problem approach in solving partial hedging problems of options" inför en ytterligare synpunkt till denna diskussion: I en relativt enkel (ändlig och komplett) marknadsmodell kan nämligen vissa partiella skyddsproblem beskrivas som så kallade kappsäcksproblem. De sistnämnda är välkända inom en gren av matematik som heter operationsanalys. I avhandlingen visas hur skyddsproblem som tidigare lösts på andra sätt kan alternativt lösas med hjälp av metoder som utvecklats för kappsäcksproblem. Förfarandet tillämpas även på helt nya skyddsproblem i samband med så kallade amerikanska optioner.

La universidad como comunidad de di??logo

Resumen tomado de la publicaci??n

Efficient tree construction for the multicast problem

A new heuristic for the Steiner Minimal Tree problem is presented here. The method described is based on the detection of particular sets of nodes in networks, the “Hot Spot” sets, which are used to obtain better approximations of the optimal solutions. An algorithm is also proposed which is capable of improving the solutions obtained by classical heuristics, by means of a stirring process of the nodes in solution trees. Classical heuristics and an enumerative method are used CIS comparison terms in the experimental analysis which demonstrates the goodness of the heuristic discussed in this paper.

Efficient tree construction for the multicast problem

A new heuristic for the Steiner minimal tree problem is presented. The method described is based on the detection of particular sets of nodes in networks, the “hot spot” sets, which are used to obtain better approximations of the optimal solutions. An algorithm is also proposed which is capable of improving the solutions obtained by classical heuristics, by means of a stirring process of the nodes in solution trees. Classical heuristics and an enumerative method are used as comparison terms in the experimental analysis which demonstrates the capability of the heuristic discussed

A fuzzy approach for the network congestion problem

In the recent years, the unpredictable growth of the Internet has moreover pointed out the congestion problem, one of the problems that historicallyha ve affected the network. This paper deals with the design and the evaluation of a congestion control algorithm which adopts a FuzzyCon troller. The analogyb etween Proportional Integral (PI) regulators and Fuzzycon trollers is discussed and a method to determine the scaling factors of the Fuzzycon troller is presented. It is shown that the Fuzzycon troller outperforms the PI under traffic conditions which are different from those related to the operating point considered in the design.

A parallel genetic algorithm for the Steiner Problem in Networks

This paper presents a parallel genetic algorithm to the Steiner Problem in Networks. Several previous papers have proposed the adoption of GAs and others metaheuristics to solve the SPN demonstrating the validity of their approaches. This work differs from them for two main reasons: the dimension and the characteristics of the networks adopted in the experiments and the aim from which it has been originated. The reason that aimed this work was namely to build a comparison term for validating deterministic and computationally inexpensive algorithms which can be used in practical engineering applications, such as the multicast transmission in the Internet. On the other hand, the large dimensions of our sample networks require the adoption of a parallel implementation of the Steiner GA, which is able to deal with such large problem instances.

Oriented vehicles travelling in spherical space

This paper tackles the path planning problem for oriented vehicles travelling in the non-Euclidean 3-Dimensional space; spherical space S3. For such problem, the orientation of the vehicle is naturally represented by orthonormal frame bundle; the rotation group SO(4). Orthonormal frame bundles of space forms coincide with their isometry groups and therefore the focus shifts to control systems defined on Lie groups. The oriented vehicles, in this case, are constrained to travel at constant speed in a forward direction and their angular velocities directly controlled. In this paper we identify controls that induce steady motions of these oriented vehicles and yield closed form parametric expressions for these motions. The paths these vehicles trace are defined explicitly in terms of the controls and therefore invariant with respect to the coordinate system used to describe the motion.