Integration of MFA and LCA methodologies: the anthropogenic aluminium cycle in Italy

MFA and LCA methodologies were applied to analyse the anthropogenic aluminium cycle in Italy with focus on historical evolution of stocks and flows of the metal, embodied GHG emissions, and potentials from recycling to provide key features to Italy for prioritizing industrial policy toward low-carbon technologies and materials. Historical trend series were collected from 1947 to 2009 and balanced with data from production, manufacturing and waste management of aluminium-containing products, using a ‘top-down’ approach to quantify the contemporary in-use stock of the metal, and helping to identify ‘applications where aluminium is not yet being recycled to its full potential and to identify present and future recycling flows’. The MFA results were used as a basis for the LCA aimed at evaluating the carbon footprint evolution, from primary and electrical energy, the smelting process and the transportation, embodied in the Italian aluminium. A discussion about how the main factors, according to the Kaya Identity equation, they did influence the Italian GHG emissions pattern over time, and which are the levers to mitigate it, it has been also reported. The contemporary anthropogenic reservoirs of aluminium was estimated at about 320 kg per capita, mainly embedded within the transportation and building and construction sectors. Cumulative in-use stock represents approximately 11 years of supply at current usage rates (about 20 Mt versus 1.7 Mt/year), and it would imply a potential of about 160 Mt of CO2eq emissions savings. A discussion of criticality related to aluminium waste recovery from the transportation and the containers and packaging sectors was also included in the study, providing an example for how MFA and LCA may support decision-making at sectorial or regional level. The research constitutes the first attempt of an integrated approach between MFA and LCA applied to the aluminium cycle in Italy.

Engineering Agent-Oriented Technologies and Programming Languages for Computer Programming and Software Development

Mainstream hardware is becoming parallel, heterogeneous, and distributed on every desk, every home and in every pocket. As a consequence, in the last years software is having an epochal turn toward concurrency, distribution, interaction which is pushed by the evolution of hardware architectures and the growing of network availability. This calls for introducing further abstraction layers on top of those provided by classical mainstream programming paradigms, to tackle more effectively the new complexities that developers have to face in everyday programming. A convergence it is recognizable in the mainstream toward the adoption of the actor paradigm as a mean to unite object-oriented programming and concurrency. Nevertheless, we argue that the actor paradigm can only be considered a good starting point to provide a more comprehensive response to such a fundamental and radical change in software development. Accordingly, the main objective of this thesis is to propose Agent-Oriented Programming (AOP) as a high-level general purpose programming paradigm, natural evolution of actors and objects, introducing a further level of human-inspired concepts for programming software systems, meant to simplify the design and programming of concurrent, distributed, reactive/interactive programs. To this end, in the dissertation first we construct the required background by studying the state-of-the-art of both actor-oriented and agent-oriented programming, and then we focus on the engineering of integrated programming technologies for developing agent-based systems in their classical application domains: artificial intelligence and distributed artificial intelligence. Then, we shift the perspective moving from the development of intelligent software systems, toward general purpose software development. Using the expertise maturated during the phase of background construction, we introduce a general-purpose programming language named simpAL, which founds its roots on general principles and practices of software development, and at the same time provides an agent-oriented level of abstraction for the engineering of general purpose software systems.

Technologies for Ambient intelligence: from Smart Objects to Sensor Networks

n the last few years, the vision of our connected and intelligent information society has evolved to embrace novel technological and research trends. The diffusion of ubiquitous mobile connectivity and advanced handheld portable devices, amplified the importance of the Internet as the communication backbone for the fruition of services and data. The diffusion of mobile and pervasive computing devices, featuring advanced sensing technologies and processing capabilities, triggered the adoption of innovative interaction paradigms: touch responsive surfaces, tangible interfaces and gesture or voice recognition are finally entering our homes and workplaces. We are experiencing the proliferation of smart objects and sensor networks, embedded in our daily living and interconnected through the Internet. This ubiquitous network of always available interconnected devices is enabling new applications and services, ranging from enhancements to home and office environments, to remote healthcare assistance and the birth of a smart environment. This work will present some evolutions in the hardware and software development of embedded systems and sensor networks. Different hardware solutions will be introduced, ranging from smart objects for interaction to advanced inertial sensor nodes for motion tracking, focusing on system-level design. They will be accompanied by the study of innovative data processing algorithms developed and optimized to run on-board of the embedded devices. Gesture recognition, orientation estimation and data reconstruction techniques for sensor networks will be introduced and implemented, with the goal to maximize the tradeoff between performance and energy efficiency. Experimental results will provide an evaluation of the accuracy of the presented methods and validate the efficiency of the proposed embedded systems.

Controllo del moto di una macchina automatica flessibile per il packaging

In questo studio viene sviluppato il controllo del moto di una macchina automatica per il packaging destinata a linee di media produttività con cambi formato rapidi. Il lavoro comprende la realizzazione di simulazioni dei gruppi macchina, la progettazione dei profili di moto da assegnare ai loro motori ed, infine, l'analisi dinamica e la verifica degli attuatori stessi.

Analysis and modelling of the performance of technologies for flue gas treatment in Waste-to-Energy processes

Waste management represents an important issue in our society and Waste-to-Energy incineration plants have been playing a significant role in the last decades, showing an increased importance in Europe. One of the main issues posed by waste combustion is the generation of air contaminants. Particular concern is present about acid gases, mainly hydrogen chloride and sulfur oxides, due to their potential impact on the environment and on human health. Therefore, in the present study the main available technological options for flue gas treatment were analyzed, focusing on dry treatment systems, which are increasingly applied in Municipal Solid Wastes (MSW) incinerators. An operational model was proposed to describe and optimize acid gas removal process. It was applied to an existing MSW incineration plant, where acid gases are neutralized in a two-stage dry treatment system. This process is based on the injection of powdered calcium hydroxide and sodium bicarbonate in reactors followed by fabric filters. HCl and SO2 conversions were expressed as a function of reactants flow rates, calculating model parameters from literature and plant data. The implementation in a software for process simulation allowed the identification of optimal operating conditions, taking into account the reactant feed rates, the amount of solid products and the recycle of the sorbent. Alternative configurations of the reference plant were also assessed. The applicability of the operational model was extended developing also a fundamental approach to the issue. A predictive model was developed, describing mass transfer and kinetic phenomena governing the acid gas neutralization with solid sorbents. The rate controlling steps were identified through the reproduction of literature data, allowing the description of acid gas removal in the case study analyzed. A laboratory device was also designed and started up to assess the required model parameters.

ALMASat-1, ALMASat-EO and beyond: evolution of structural concepts and technologies towards multifunctional structures for microsatellites

Multifunctional Structures (MFS) represent one of the most promising disruptive technologies in the space industry. The possibility to merge spacecraft primary and secondary structures as well as attitude control, power management and onboard computing functions is expected to allow for mass, volume and integration effort savings. Additionally, this will bring the modular construction of spacecraft to a whole new level, by making the development and integration of spacecraft modules, or building blocks, leaner, reducing lead times from commissioning to launch from the current 3-6 years down to the order of 10 months, as foreseen by the latest Operationally Responsive Space (ORS) initiatives. Several basic functionalities have been integrated and tested in specimens of various natures over the last two decades. However, a more integrated, system-level approach was yet to be developed. The activity reported in this thesis was focused on the system-level approach to multifunctional structures for spacecraft, namely in the context of nano- and micro-satellites. This thesis documents the work undertaken in the context of the MFS program promoted by the European Space Agency under the Technology Readiness Program (TRP): a feasibility study, including specimens manufacturing and testing. The work sequence covered a state of the art review, with particular attention to traditional modular architectures implemented in ALMASat-1 and ALMASat-EO satellites, and requirements definition, followed by the development of a modular multi-purpose nano-spacecraft concept, and finally by the design, integration and testing of integrated MFS specimens. The approach for the integration of several critical functionalities into nano-spacecraft modules was validated and the overall performance of the system was verified through relevant functional and environmental testing at University of Bologna and University of Southampton laboratories.

Engineering in Transition. Approaches, strategies and technologies for implementing system innovation towards sustainability

With the aim to provide people with sustainable options, engineers are ethically required to hold the safety, health and welfare of the public paramount and to satisfy society's need for sustainable development. The global crisis and related sustainability challenges are calling for a fundamental change in culture, structures and practices. Sustainability Transitions (ST) have been recognized as promising frameworks for radical system innovation towards sustainability. In order to enhance the effectiveness of transformative processes, both the adoption of a transdisciplinary approach and the experimentation of practices are crucial. The evolution of approaches towards ST provides a series of inspiring cases which allow to identify advances in making sustainability transitions happen. In this framework, the thesis has emphasized the role of Transition Engineering (TE). TE adopts a transdisciplinary approach for engineering to face the sustainability challenges and address the risks of un-sustainability. With this purpose, a definition of Transition Technologies is provided as a valid instruments to contribute to ST. In the empirical section, several transition initiatives have been analysed especially at the urban level. As a consequence, the model of living-lab of sustainability has crucially emerged. Living-labs are environments in which innovative technologies and services are co-created with users active participation. In this framework, university can play a key role as learning organization. The core of the thesis has concerned the experimental application of transition approach within the School of Engineering and Architecture of University of Bologna at Terracini Campus. The final vision is to realize a living-lab of sustainability. Particularly, a Transition Team has been established and several transition experiments have been conducted. The final result is not only the improvement of sustainability and resilience of the Terracini Campus, but the demonstration that university can generate solutions and strategies that tackle the complex, dynamic factors fuelling the global crisis.

How teachers think about the role of digital technologies in student assessment in mathematics

This study concerns teachers’ use of digital technologies in student assessment, and how the learning that is developed through the use of technology in mathematics can be evaluated. Nowadays math teachers use digital technologies in their teaching, but not in student assessment. The activities carried out with technology are seen as ‘extra-curricular’ (by both teachers and students), thus students do not learn what they can do in mathematics with digital technologies. I was interested in knowing the reasons teachers do not use digital technology to assess students’ competencies, and what they would need to be able to design innovative and appropriate tasks to assess students’ learning through digital technology. This dissertation is built on two main components: teachers and task design. I analyze teachers’ practices involving digital technologies with Ruthven’s Structuring Features of Classroom Practice, and what relation these practices have to the types of assessment they use. I study the kinds of assessment tasks teachers design with a DGE (Dynamic Geometry Environment), using Laborde’s categorization of DGE tasks. I consider the competencies teachers aim to assess with these tasks, and how their goals relate to the learning outcomes of the curriculum. This study also develops new directions in finding how to design suitable tasks for student mathematical assessment in a DGE, and it is driven by the desire to know what kinds of questions teachers might be more interested in using. I investigate the kinds of technology-based assessment tasks teachers value, and the type of feedback they give to students. Finally, I point out that the curriculum should include a range of mathematical and technological competencies that involve the use of digital technologies in mathematics, and I evaluate the possibility to take advantage of technology feedback to allow students to continue learning while they are taking a test.

Analisi e ottimizzazione di un container management system nel settore automotive: Il caso Robert Bosch GmbH.

Il presente elaborato descrive l’attività di progetto svolta durante il periodo di tirocinio presso la business unit “automotive technologies” della Robert Bosch GmbH: la Robert Bosch GmbH Branch in Italy che ha sede a Torino, e che si configura come fornitore di componenti per l’industria automotive. La funzione logistica è l’ufficio in cui si è svolta l’esperienza di tirocinio, che si è sviluppato nell’ambito del progetto di Container Management System. In particolare, è stato analizzato il sistema di gestione dei Returnable Packaging relativi ai componenti che vengono forniti agli stabilimenti dei clienti localizzati in Italia. L’elaborato è composto da due parti: una parte teorica e una parte pratica. La parte teorica espone gli strumenti teorici sui quali si fondano i contenuti sviluppati nella parte pratica. La parte pratica è volta a descrivere l’attività di progetto da un punto di vista strettamente operativo. Il primo capitolo illustra i motivi che hanno determinato l’avvio del progetto. Sono poi messi in evidenza quali sono gli obiettivi intermedi e finali che si intendono raggiungere, declinandoli in termini di organizzazione del lavoro. Sono qui esposte le basi teoriche del metodo utilizzato e della disciplina a cui si fa riferimento. Viene inoltre dato spazio alla trattazione di alcuni topic nell’ambito dei Returnable Packaging, approfondendo l’argomento per il settore automotive. Il secondo capitolo descrive la struttura organizzativa, i settori di business e le attività svolte dal gruppo Robert Bosch GmbH nel mondo e in Italia. Viene dato particolare rilievo alla sede di Torino ed alla divisione logistica di quest’ultima, in modo tale da descrivere il contesto entro il quale si sviluppa il progetto. Il capitolo presenta infine gli attori che operano nella catena logistica analizzata, descrivendone le attività svolte e caratterizzando la rete logistica studiata al fine di definire i confini entro i quali si sviluppa il progetto. Il terzo capitolo presenta l’analisi effettuata sul caso in esame, descrivendone le modalità operative per ciascuna fase. Il quarto capitolo presenta delle osservazioni sull’analisi effettuata, la validazione tecnico econimica delle soluzioni proposte e le considerazioni conclusive.

Revisione, Localizzazione e Traduzione del materiale dell'azienda Graziani Packaging

Il presente lavoro di tesi s’inserisce all’interno del progetto Language Toolkit, nato dalla collaborazione tra la Camera di Commercio di Forlì-Cesena e la Scuola di Lingue e Letterature, Traduzione e Interpretazione di Forlì, al fine di avvicinare il mondo dell’università al mondo del lavoro. In particolare, la tesi è frutto della collaborazione tra la laureanda e la Graziani Packaging, azienda italiana leader nel settore del packaging ortofrutticolo e industriale, e consiste nella revisione di una brochure, nella localizzazione del sito web www.graziani.com e nella traduzione di una presentazione PowerPoint, il tutto dall’italiano al tedesco. Il lavoro si compone di tre capitoli. Nel primo, che rappresenta un approfondimento teorico sul tema della localizzazione, si analizza nel dettaglio l’acronimo GILT, si espongono brevemente le tappe principali che hanno caratterizzato la nascita e lo sviluppo del settore della localizzazione e si esaminano le caratteristiche linguistiche, culturali e tecniche della localizzazione di siti web. Il secondo capitolo è dedicato al concetto di qualità in ambito traduttivo e al tema della revisione. In particolare, nella prima parte si analizzano gli standard di qualità professionali, i criteri di qualità proposti da Scarpa (2008) e la classificazione degli errori di traduzione sviluppata da Mossop (2001), mentre l’ultima parte riguarda il processo di revisione in concreto. Nel terzo capitolo, infine, vengono analizzati i tre testi di partenza forniti dall’azienda al traduttore (brochure, sito web e presentazione PowerPoint), e viene esposto e commentato il lavoro di revisione, localizzazione e traduzione degli stessi, ponendo una particolare enfasi sugli aspetti linguistici, culturali e tecnici più interessanti che lo hanno caratterizzato. La tesi si chiude con un glossario terminologico contenente i termini chiave, in italiano e in tedesco, relativi al dominio del packaging ortofrutticolo e industriale, individuati nel corso del lavoro di revisione, localizzazione e traduzione.

Information and communication technologies nella gestione integrata del diabete mellito: stato dell'arte, progetto Metabo come caso di studio

Il Diabete, modello paradigmatico delle malattie croniche, sta assumendo negli ultimi anni le proporzioni di una pandemia, che non ha intenzione di arrestarsi, ma del quale, con l’aumento dei fattori di rischio, aumentano prevalenza e incidenza. Secondo stime autorevoli il numero delle persone con diabete nel 2035 aumenterà fino a raggiungere i 382 milioni di casi. Una patologia complessa che richiede lo sforzo di una vasta gamma di professionisti, per ridurre in futuro in maniera significativa i costi legati a questa patologia e nel contempo mantenere e addirittura migliorare gli standard di cura. Una soluzione è rappresentata dall'impiego delle ICT, Information and Communication Technologies. La continua innovazione tecnologica dei medical device per diabetici lascia ben sperare, dietro la spinta di capitali sempre più ingenti che iniziano a muoversi in questo mercato del futuro. Sempre più device tecnologicamente avanzati, all’avanguardia e performanti, sono a disposizione del paziente diabetico, che può migliorare tutti processi della cura, contenendo le spese. Di fondamentale importanza sono le BAN reti di sensori e wearable device, i cui dati diventano parte di un sistema di gestione delle cure più ampio. A questo proposito METABO è un progetto ICT europeo dedicato allo studio ed al supporto di gestione metabolica del diabete. Si concentra sul miglioramento della gestione della malattia, fornendo a pazienti e medici una piattaforma software tecnologicamente avanzata semplice e intuitiva, per aiutarli a gestire tutte le informazioni relative al trattamento del diabete. Innovativo il Clinical Pathway, che a partire da un modello Standard con procedimenti semplici e l’utilizzo di feedback del paziente, viene progressivamente personalizzato con le progressive modificazioni dello stato patologico, psicologico e non solo. La possibilità di e-prescribing per farmaci e device, e-learning per educare il paziente, tenerlo sotto stretto monitoraggio anche alla guida della propria auto, la rendono uno strumento utile e accattivante.

Studio di un algoritmo di controllo di temperatura per ganasce termosigillanti in macchine per packaging

Gli obiettivi dell'elaborato sono lo studio e la programmazione di un algoritmo di controllo di temperatura per le superfici termosaldanti di macchine per il packaging (confezionatrici in film a file multiple) prodotte dal committente, OMAG srl. L'algoritmo è implementato tramite il software SoMachineMotion v.4.2, prodotto da Schneider Electrics spa. Il controllo è di tipo in anello chiuso in retroazione, con temocoppie e resistenze di riscaldamento con modulazione PWM. Ci si è inizialmente occupati di testare su banco prova varie tipologie di regolatori: a relay, a isteresi, a ricerca diretta del duty cycle, TBH, con approccio misto TBH/integratore di Clegg, PID. I diversi metodi di regolazione sono stati valutati sulla base di una serie di metri di giudizio (precisione dell'inseguimento, prestazioni statiche e dinamiche, flessibilità, peso computazionale, facilità implementativa), pesati secondo i requisiti imposti dal committente. Le metodologie selezionate sono state PID e TBH/Clegg integrator; quest'ultima ha dato risultati assai soddisfacenti, pur essendo un metodo monoparametrico. Si sono quindi studiate diverse modalità per la taratura del regolatore PID, in particolare: tuning in anello chiuso con metodo a relay per la fase di pretuning, algoritmo di Nelder-Mead, per la ricerca diretta continua dei valori che minimizzano l'errore integrale, per un selftuning adattivo. Si è infine proceduto ad implementare le soluzioni individuate in un software robusto, che rispetti gli standard del settore e si sono inoltre sviluppate una serie di funzionalità aggiuntive, quali: modulazione software PWM, preriscaldamento, handling errori/warning, filtraggio segnali in/out. Si è addizionalmente sviluppato un modello matematico predittivo dell'evoluzione del sistema, che potrebbe servire, in un futuro sviluppo, come base per un controllo model-based in cascata al controllo in retroazione studiato.

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.

Mobile phone technologies and advanced data analysis towards the enhancement of diabetes self-management

Advances in the area of mobile and wireless communication for healthcare (m-Health) along with the improvements in information science allow the design and development of new patient-centric models for the provision of personalised healthcare services, increase of patient independence and improvement of patient's self-control and self-management capabilities. This paper comprises a brief overview of the m-Health applications towards the self-management of individuals with diabetes mellitus and the enhancement of their quality of life. Furthermore, the design and development of a mobile phone application for Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) self-management is presented. The technical evaluation of the application, which permits the management of blood glucose measurements, blood pressure measurements, insulin dosage, food/drink intake and physical activity, has shown that the use of the mobile phone technologies along with data analysis methods might improve the self-management of T1DM.