Modellazione e simulazione di un processo di produzione per l'industria 4.0

In un mondo in continua trasformazione cresce sempre più il numero delle aziende che hanno colto l’importanza della digitalizzazione dei processi produttivi. Alcune di esse si affidano ad esperti capaci di suggerire soluzioni per ottenere servizi di alta qualità e fruibilità con l’integrazione di sistemi gestionali. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi del processo produttivo di una azienda che realizza armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Si compone di sei capitoli, il primo affronta il tema della Simulazione e le sue principali caratteristiche per analizzare un processo di produzione; il secondo esamina i linguaggi, le applicazioni e i modelli di simulazione; il terzo analizza e descrive le peculiarità e le caratteristiche del software utilizzato per la simulazione; il quarto capitolo affronta il tema dell’industria 4.0 spingendo all’innovazione nei sistemi produttivi per raggiungere una produzione del tutto automatizzata e interconnessa; nel quinto viene descritto il modello digitale per ottenere in modo preciso un oggetto fisico, così da avere una Simulazione precisa, infine, il sesto esamina la Simulazione e Modellizzazione come strumento per l’ottimizzazione del processo produttivo riguardante armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Il raggiungimento dell’uso della simulazione come supporto all’analisi dinamica di un processo consente di avere una panoramica complessiva di tutte le operazioni, rappresentando, così un vantaggio per le aziende che possono valutare con oggettività soluzioni progettuali alternative, di cui è difficile prevedere il comportamento, le prestazioni e l’impatto su altri sistemi. Questi risultati sono la risposta alle necessità di disporre strumenti per l’anticipazione, il dimensionamento e il contenimento dei rischi di progetto.

Caratterizzazione delle formazioni cicloniche associate a precipitazioni estreme sulla Sardegna

Gli eventi degli ultimi due decenni hanno mostrato come la Sardegna, in particolare il suo settore est, sia soggetta a frequenti eventi di precipitazione intensa che comportano perdita di vite umane e ingenti danni. Le alluvioni avvenute a Olbia nel 2013 o la più recente avvenuta a Bitti nel 2020 sono la dimostrazione dell’impatto che questi eventi possono avere sul territorio. Dal punto di vista della pratica previsionale di questi fenomeni intensi, è in uso presso ARPAS una classificazione dei cicloni avvenuti nel periodo compreso tra il 1957 e il 1999, che presentano configurazioni bariche simili e raggruppati in gruppi o “cluster”. Lo scopo di questo lavoro di tesi è estendere questa classificazione per il periodo 1951-1957 e 2000-2009, sulla base della configurazione sinottica in quota e al suolo in cui si sviluppano i cicloni appartenenti ai vari cluster. Tramite questa nuova classificazione, e utilizzando la temperatura superficiale media del mare, verrà analizzata la loro stagionalità e la loro durata temporale. Infine, sarà ricostruita la precipitazione legata ai diversi cluster suddividendo la precipitazione per i settori est e ovest dell’isola, per valutarne distribuzione e variabilità spaziale. I risultati mostrano come vi siano differenze tra i cicloni associati a ciascun cluster in base alle diverse configurazioni sinottiche. Un fattore importante è dato anche dalla stagione in cui i cicloni si verificano: emerge una frequenza maggiore nei mesi autunnali in cui le temperature medie mensili e l’anomalia di temperatura media risulta più alta. La distribuzione spaziale delle precipitazioni associate ai cluster conferma che le precipitazioni più intense e omogene interessano il settore est dell’isola. Poiché lo studio è basato interamente su una classificazione di tipo operativo in uso ad ARPAS, i suoi sviluppi riguardano soprattutto un maggior supporto e conoscenza previsionale degli eventi estremi sulla Sardegna.

Progetto e modellazione CAD di parti per comandi di simulatore di volo di elicottero da produrre con tecniche additive

La tesi di laurea, di tipo sperimentale, nasce dall’esigenza di progettare un sistema di force feedback da installare sui comandi di un simulatore di volo per elicottero, prevedendo di utilizzare tecnologie additive per la produzione dei componenti. Sono state, quindi, presentate alcune proposte per il soddisfacimento dei requisiti di progetto. Tra le due soluzioni progettuali individuate, una è stata scartata, mentre l'altra, basata su un collare da montare sul comando del ciclico e su un disegno per il supporto del sistema di ritenuta, è stata sviluppata. Sono state fatte, di conseguenza, assieme a quelle di tipo progettuale, alcune scelte legate alla pianificazione meccanica (ad esempio, scelta delle viti e delle molle). Il risultato finale è un sistema di force feedback funzionante, in cui la leva del comando ciclico del simulatore di volo per elicottero oppone uno sforzo in seguito ad una deflessione da parte del pilota.

Studio di fabbricabilità per strutture porose interconnesse con macchina PolyJet

Il presente caso di studio prende forma da una problematica su una metodologia di stampa 3D relativamente nuova, la tecnologia PolyJet. Nella tesi, si verificano ed osservano i limiti di fabbricazione dei modelli ottenuti da questo processo di stampa, dovuti al particolare materiale di supporto che utilizza la tecnologia medesima a differenza di altre tecnologie esistenti. Nei dettagli, si è deciso di stampare dei particolari provini costituiti da strutture porose interconnesse, ottenute tramite superfici TPMS (Triply Periodical Minimal Surfaces), caratterizzate da fori molto piccoli e profondi ed osservare la facilità o la difficoltà nel rimuovere il materiale di supporto da ognuno di essi attraverso le attrezzature disponibili in laboratorio. I risultati ottenuti dall’esperimento hanno mostrato che, riducendo sempre di più i fori delle strutture dei provini, si va a complicare l’azione di rimozione del materiale di supporto, rendendo il processo difficile da compiere come nell’ultimo provino realizzato. Si evince che, nei tre casi osservati, è possibile rimuovere tutto il materiale di supporto dalle strutture, anche nell’ultimo manufatto, con fori di dimensione di un millimetro.

Applicazione della Metodologia Agile e di tecniche di Data Analysis nello sviluppo di un sistema di e-grocery

I principi Agile, pubblicati nell’omonimo Manifesto più di 20 anni fa, al giorno d’oggi sono declinati in una moltitudine di framework: Scrum, XP, Kanban, Lean, Adaptive, Crystal, etc. Nella prima parte della tesi (Capitoli 1 e 2) sono stati descritti alcuni di questi framework e si è analizzato come un approccio Agile è utilizzato nella pratica in uno specifico caso d’uso: lo sviluppo di una piattaforma software a supporto di un sistema di e-grocery da parte di un team di lab51. Si sono verificate le differenze e le similitudini rispetto alcuni metodi Agile formalizzati in letteratura spiegando le motivazioni che hanno portato a differenziarsi da questi framework illustrando i vantaggi per il team. Nella seconda parte della tesi (Capitoli 3 e 4) è stata effettuata un’analisi dei dati raccolti dal supermercato online negli ultimi anni con l’obiettivo di migliorare l’algoritmo di riordino. In particolare, per prevedere le vendite dei singoli prodotti al fine di avere degli ordini più adeguati in quantità e frequenza, sono stati studiati vari approcci: dai modelli statistici di time series forecasting, alle reti neurali, fino ad una metodologia sviluppata ad hoc.

Studio e analisi dei principali metodi di correzione del bloccaggio in galleria del vento

Le gallerie del vento a pareti chiuse non permettono di ottenere risultati fedeli alla realtà a causa di numerosi effetti di interferenza. In questa tesi si provvede ad elencare i fenomeni di maggior rilievo che contribuiscono al bloccaggio e successivamente si presentano le principali formule correttive da applicare ai risultati per renderli più vicini a quelli ottenuti nei test su strada. I metodi di correzione ottenuti sono poi confrontati fra loro grazie al supporto di simulazioni in cui vengono fatte variare sia la geometria del modello, sia le condizioni al contorno, al fine di comprendere quali formule siano più efficienti in certe situazioni. Infine, sono proposti metodi alternativi alle soluzioni numeriche, in particolare sono illustrate le gallerie del vento a pareti aperte, con i loro vantaggi e svantaggi rispetto a quelle con pareti chiuse. Riguardo a queste ultime, inoltre, nell'elaborato sono esposti due metodi per limitare il bloccaggio, agendo, cioè, sulla loro geometria: le gallerie del vento a pareti fessurate e quelle con le pareti regolabili.

Generazione di osservabili radiometriche per navigazione deep space tramite reti neurali convoluzionali

Grazie all’evoluzione degli strumenti di calcolo e delle strutture digitali, le intelligenze artificiali si sono evolute considerevolmente negli ultimi anni, permettendone sempre nuove e complesse applicazioni. L’interesse del presente progetto di tesi è quello di creare un modello di studio preliminare di intelligenza artificiale definita come Rete Neurale Convoluzionale, o Convolutional Neural Network (CNN), al fine di essere impiegata nel campo della radioscienza e dell’esplorazione planetaria. In particolare, uno degli interessi principali di applicazione del modello è negli studi di geodesia compiuti tramite determinazione orbitale di satelliti artificiali nel loro moto attorno ai corpi celesti. Le accelerazioni causate dai campi gravitazionali planetari perturbano le orbite dei satelliti artificiali, queste variazioni vengono captate dai ricevitori radio a terra sottoforma di shift Doppler della frequenza del segnale, a partire dalla quale è quindi possibile determinare informazioni dettagliate sul campo di gravità e sulla struttura interna del corpo celeste in esame. Per poter fare ciò, occorre riuscire a determinare l’esatta frequenza del segnale in arrivo, il quale, per via di perdite e disturbi durante il suo tragitto, presenterà sempre una componente di rumore. Il metodo più comune per scindere la componente di informazione da quella di rumore e ricavarne la frequenza effettiva è l’applicazione di trasformate di Fourier a tempo breve, o Short-time Fourier Transform (STFT). Con l’attività sperimentale proposta, ci si è quindi posto l’obiettivo di istruire un CNN alla stima della frequenza di segnali reali sinusoidali rumorosi per avere un modello computazionalmente rapido e affidabile a supporto delle operazioni di pre-processing per missioni di radio-scienza.

Studio della sintesi del 2-acetil furano mediante chetonizzazione in fase vapore

La reazione tra due acidi carbossilici o esteri a dare un chetone, H2O e CO2 (chetonizzazione) è molto studiata per l’upgrading del bio-olio grezzo, perché permette di ridurne l’acidità ed il tenore di ossigeno aumentandone il potere calorifico. Tuttavia, con opportuni accorgimenti questa reazione potrebbe essere impiegata anche per la sintesi selettiva di chetoni asimmetrici ad alto valore aggiunto; un esempio è l’acetil-furano (AF), che trova applicazione come aroma nell’industria alimentare e come intermedio per la sintesi dell’antibiotico Cefuroxima. In questo lavoro di tesi la sintesi di AF mediante la chetonizzazione incrociata tra 2-metil furoato (MF) ed etil acetato (EA) oppure acido acetico (AA), è stata investigata in fase gassosa con catalizzatori eterogenei (ZrO2, CeO2 e un ossido misto Ce/Zr/O), come alternativa più sostenibile al processo di sintesi industriale di AF basato sull’acilazione di Friedel-Crafts del furano con anidride acetica in fase liquida in reattori batch. Uno screening iniziale dei tre catalizzatori (350 °C, τ = 1 s, stechiometrica MF/AA = 1 in alimentazione) ha dimostrato che ZrO2 è di gran lunga più attivo e selettivo degli altri materiali, e che la chetonizzazione incrociata tra MF e AA è di gran lunga più selettiva di quella tra MF ed EA. Tuttavia, in queste condizioni la omochetonizzazione di AA (reagente limitante) compete con la chetonizzazione incrociata riducendo la massima conversione di MF ottenibile; pertanto, il rapporto AA/MF è stato aumentato fino a 4 ed in queste condizioni è stato possibile ottenere una conversione di MF quantitativa e una resa in AF pari al 70 %. Infine, la versatilità di questa via sintetica è stata ampliata sintetizzando chetoni furanici con catene alifatiche più lunghe propanoil furano (PF, resa = 82 %) e butanoil furano (BF, resa = 69 %) mediante la chetonizzazione incrociata di MF con acido propionico (AP) ed acido butirrico (AB).

Voilà, un servizio dedicato ad allenatori e atleti di ginnastica ritmica

Voilà è un servizio dedicato ad allenatori e atleti di ginnastica ritmica. Questa disciplina è uno sport estetico che, idealmente, si pone tra la danza e la ginnastica artistica. In Italia è considerato uno sport minore, nonostante i grandi risultati in campo internazionale. Il progetto si sviluppa in risposta alle logiche di valutazione e alle richieste tecniche della ginnastica ritmica, con l'obiettivo di aumentare nei ginnasti la sicurezza delle proprie capacità, attraverso la scoperta e la costruzione di un’immagine corporea positiva. Ciò servirà a perfezionare il gesto tecnico che attraverso voilà può anche essere monitorato per superare l’eterna dicotomia tra risultati attuali e futuribilità. Non mancheranno strumenti di supporto all’allenatore dal punto di vista organizzativo, nella gestione degli errori e nella relazione con i propri atleti, con i quali è possibile condividere gli obiettivi e tenere traccia del raggiungimento degli stessi. Tutto questo avviene attraverso strumenti di registrazione e analisi video, grazie anche a un algoritmo di intelligenza artificiale. Questo servizio si impegna inoltre a colmare l’attuale frammentarietà delle fonti di informazione con cui si scontrano gli addetti ai lavori quasi quotidianamente: la condivisione o raccolta dei contenuti sui social e la successiva analisi fa ormai parte del lavoro di un buon tecnico, ma la chiusura del sito beatricevivaldi.com lascia un vuoto nel mondo della ginnastica ritmica, aprendo la strada a diverse possibilità progettuali. Infine, grazie a un sistema di gamification, possibile in un contesto competitivo come questo, l’esperienza di voilà coinvolgerà gli utenti in eventi e stage, contribuendo alla crescita omogenea di un movimento costituito da tecnici preparati e ginnasti motivati.

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.

Sviluppare le competenze trasversali tra gli studenti: progettazione di un MINOR “Be Entrepreneurial Aware STudent – BE(A)ST"

La volontà da parte degli studenti di acquisire maggiore consapevolezza rispetto ai loro interessi, da poter sfruttare nel percorso professionale post-laurea, non riesce a trovare fondamento all’interno di percorsi di apprendimento preconfezionati. Attraverso l’analisi delle esigenze degli studenti, la loro profilazione in personas e l’analisi del contesto imprenditoriale, nello specifico all’interno dell’ecosistema delle StartUp, l’elaborato propone la progettazione di un minor in entrepreneurship presso l’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna, offrendo una modalità di implementazione di supporto per gli stessi scopi all’interno di altri Atenei, fornendo un metodo e delle linee guida di supporto al progettista. Fondamentali strumenti per l’analisi e la progettazione sono stati il Design Thinking e il Personal Business Model Canvas.

Sviluppo ed applicazione di un modello di ottimizzazione per la gestione di una rete di Simbiosi Industriale

Nell’attuale contesto competitivo, sempre più alla ricerca di un incontro tra esigenze di natura economica e logiche di Sostenibilità Ambientale e di Economia Circolare (E.C.), questo elaborato si pone l’obiettivo di presentare un modello matematico, formulato per la simulazione e la conseguente ottimizzazione di una rete logistica gestita con logiche di Simbiosi Industriale (S.I.). Lo scopo di tale modello è fungere da supporto all’adozione di pratiche di S.I. in un determinato contesto territoriale, attraverso l’individuazione delle sinergie ottime, tra quelle considerate possibili, in grado di ridurre la produzione di rifiuti, a favore del riutilizzo di sottoprodotti e materie prime seconde, minimizzando il costo totale del sistema. Preliminarmente alla presentazione del modello, sarà descritto il contesto in cui la S.I. si colloca e i suoi collegamenti con i concetti di Ecologia Industriale (E.I.) ed E.C., verranno distinti i vari modelli esistenti di S.I. ed i casi di successo presenti nel contesto italiano ed europeo, e sarà illustrato l’attuale inquadramento normativo. In seguito, verranno descritti nel dettaglio il modello matematico e un caso studio, dimensionato allo scopo di validare il modello stesso. Fase particolarmente critica del lavoro è risultata essere quella relativa alla raccolta dati da inserire nel caso studio, in quanto informazioni sensibili e di conseguenza non facilmente reperibili. I risultati ottenuti dimostrano come possa risultare conveniente, dal punto di vista economico, l’adozione di pratiche di S.I. negli scambi tra realtà industriali, e in che modo tale convenienza muti al variare delle condizioni economiche al contorno.

ConFido un metodo alternativo per la conoscenza del benessere mentale.

In questi ultimi anni la Pandemia di ha sconvolto in pochissime settimane il mondo che tutti eravamo soliti vivere. Se prendiamo in esame il caso della famosa “Gen Z”, tutti gli individui nati tra gli anni 1997 e 2012, riusciamo a stilare una serie di possibili cause, dovute all’impatto del Covid, che hanno avuto un ruolo fondamentale all’interno del contesto legati alla sfera mentale. In primis, la realtà quotidiana delle Scuole di tutta Europa è stata influenzata, basti pensare alla chiusura delle scuole, all’utilizzo della didattica a distanza e all’impreparazione di fronte a questa situazione da parte di insegnanti e di studenti. In secondo luogo l’utilizzo della tecnologia ha subìto nei giovani un incremento esponenziale, basta sapere che nell’anno della pandemia il tempo che i ragazzi hanno passato online è raddoppiato. A tutto ciò che è stato descritto occorre aggiungere la questione che riguarda il tabù sull’argomento della salute mentale e come esso viene affrontato dalle Istituzioni Scolastiche. L’approccio da parte dei giovani con questo argomento è difficoltoso: pregiudizi, impreparazione e un’errata comunicazione ne fanno da padroni. Da ciò si è voluta definire la domanda che ha guidato le attività del mio progetto: “Come posso permettere agli studenti delle Scuole superiori che entrano in contatto per la prima volta con le tematiche legate alla salute mentale di creare un approccio informale, libero e spontaneo e al tempo stesso di ottimizzare la comunicazione relativa all’ingaggio di tali argomenti?” L’elaborato del progetto propone da un lato, attraverso il sostegno degli enti che organizzano incontri extra-scolastici sulla salute mentale, un metodo di approccio alternativo e più attuale legato al contesto giovanile dall’altro, mediante l’ideazione di un’applicazione smartphone, si vuole proporre agli studenti uno strumento che sia di supporto all’introduzione del tema sfruttando canali innovativi di educazione, di divertimento e di condivisione.

Sviluppo ed implementazione di modelli di danno da alluvione per le colture pluriennali

A fronte delle politiche di gestione e mitigazione del rischio alluvionale definite dalla Direttiva Alluvioni (Direttiva 2007/60/CE), risulta necessario sviluppare modelli che riescano a quantificare le conseguenze economiche causate da eventi alluvionali a diversi settori, tra cui il settore agricolo. In questo lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di estendere un modello disponibile in letteratura per la stima del danno subito alle colture più diffuse (i.e., seminativi; AGRIDE-c, Molinari et al., 2019) ad altre colture pluriennali, i frutteti, in particolar modo pereti e meleti. Il modello è stato sviluppato a scala regionale, facendo quindi riferimento ai valori di resa, prezzo e costi delle operazioni caratteristici delle pratiche agricole dell’Emilia-Romagna. L’applicazione è stata effettuata su cinque Aree a Potenziale Rischio Significativo (APSFR) del Distretto del fiume Po' e ricadenti all’interno del medesimo territorio regionale (Panaro, Secchia, Reno, Enza, Parma-Baganza). Il modello rappresenta uno strumento utilizzabile dalle Autorità competenti sia ex-post, per la stima speditiva del danno economico subìto dagli agricoltori colpiti dall’alluvione e il loro eventuale risarcimento, che ex-ante, ovvero come strumento di supporto decisionale per le attività di tipo Cost-Benefit Analysis (CBA) nell’ambito dei piani di gestione e mitigazione del rischio.

Greening the Lean Supply Chain: il caso Lush Cosmetics

«La salute degli ecosistemi da cui dipendiamo, noi e tutte le altre specie, si sta aggravando più rapidamente che mai; stiamo compromettendo le stesse basi delle economie, della sussistenza, della sicurezza alimentare, della salute e della qualità della vita in tutto il mondo». Così il chimico R. Watson commentava un diffuso rapporto del 2019 delle Nazioni Unite sulla sconvolgente perdita di flora e fauna a livello globale. In questi anni sono stati infiniti gli appelli che citano l’astratto concetto delle «generazioni a venire», eppure, non tutte le aziende stanno agendo come dovrebbero. I rifiuti prodotti sono ancora molti, soprattutto quelli plastici da packaging. Alcune ideologie snelle, come il Lean Thinking, esistono da decenni e sono strettamente legate a quella che oggi chiamiamo Green Manufacturing. Entrambe propongono diversi strumenti per far fronte alla produzione di massa e agli sprechi: questi verranno trattati nella prima parte, e successivamente saranno impiegati, con il supporto del software «openLCA», per verificare il percorso dell’azienda protagonista dell’analisi, ovvero Lush Cosmetics. L’attenzione all’impatto ambientale che i propri prodotti possono provocare lungo l’intero ciclo di vita ha modellato la gestione interna di ciascun processo e, spontaneamente, si riflette sugli attori dell’intera supply chain: così, il comportamento di uno può ugualmente modificare, in questo caso positivamente, il lavoro di molti. Il seguente elaborato pone l’attenzione sulle problematiche migliorabili, proponendo diverse soluzioni alternative rispetto alla gestione attuale, seppur migliore di altre realtà. Infine, si vuole stimolare il consumatore verso una maggior consapevolezza delle conseguenze delle sue azioni, in fase di acquisto prima ed al momento dello smaltimento poi. I provvedimenti normativi, nazionali ed europei, possono funzionare solo se sostenuti da un consumo responsabile e dalla diffusione di una chiara ed efficace educazione ambientale.