Development and Implementation of the Plasma Focus Technology for Radiation Therapy Applications

A Plasma Focus device can confine in a small region a plasma generated during the pinch phase. When the plasma is in the pinch condition it creates an environment that produces several kinds of radiations. When the filling gas is nitrogen, a self-collimated backwardly emitted electron beam, slightly spread by the coulomb repulsion, can be considered one of the most interesting outputs. That beam can be converted into X-ray pulses able to transfer energy at an Ultra-High Dose-Rate (UH-DR), up to 1 Gy pulse-1, for clinical applications, research, or industrial purposes. The radiation fields have been studied with the PFMA-3 hosted at the University of Bologna, finding the radiation behavior at different operating conditions and working parameters for a proper tuning of this class of devices in clinical applications. The experimental outcomes have been compared with available analytical formalisms as benchmark and the scaling laws have been proposed. A set of Monte Carlo models have been built with direct and adjoint techniques for an accurate X-ray source characterization and for setting fast and reliable irradiation planning for patients. By coupling deterministic and Monte Carlo codes, a focusing lens for the charged particles has been designed for obtaining a beam suitable for applications as external radiotherapy or intra-operative radiation therapy. The radiobiological effectiveness of the UH PF DR, a FLASH source, has been evaluated by coupling different Monte Carlo codes estimating the overall level of DNA damage at the multi-cellular and tissue levels by considering the spatial variation effects as well as the radiation field characteristics. The numerical results have been correlated to the experimental outcomes. Finally, ambient dose measurements have been performed for tuning the numerical models and obtaining doses for radiation protection purposes. The PFMA-3 technology has been fully characterized toward clinical implementation and installation in a medical facility.

Development of a Computer-Based methodology for tolerance selection and optimization applied to the automotive sector

The design optimization of industrial products has always been an essential activity to improve product quality while reducing time-to-market and production costs. Although cost management is very complex and comprises all phases of the product life cycle, the control of geometrical and dimensional variations, known as Dimensional Management (DM), allows compliance with product and process requirements. Hence, the tolerance-cost optimization becomes the main practice to provide an effective application of Design for Tolerancing (DfT) and Design to Cost (DtC) approaches by enabling a connection between product tolerances and associated manufacturing costs. However, despite the growing interest in this topic, a profitable application in the industry of these techniques is hampered by their complexity: the definition of a systematic framework is the key element to improving design optimization, enhancing the concurrent use of Computer-Aided tools and Model-Based Definition (MBD) practices. The present doctorate research aims to define and develop an integrated methodology for product/process design optimization, to better exploit the new capabilities of advanced simulations and tools. By implementing predictive models and multi-disciplinary optimization, a Computer-Aided Integrated framework for tolerance-cost optimization has been proposed to allow the integration of DfT and DtC approaches and their direct application for the design of automotive components. Several case studies have been considered, with the final application of the integrated framework on a high-performance V12 engine assembly, to achieve both functional targets and cost reduction. From a scientific point of view, the proposed methodology provides an improvement for the tolerance-cost optimization of industrial components. The integration of theoretical approaches and Computer-Aided tools allows to analyse the influence of tolerances on both product performance and manufacturing costs. The case studies proved the suitability of the methodology for its application in the industrial field, providing the identification of further areas for improvement and refinement.

Model selection and the vectorial misspecification-resistant information criterion in multivariate time series

The thesis deals with the problem of Model Selection (MS) motivated by information and prediction theory, focusing on parametric time series (TS) models. The main contribution of the thesis is the extension to the multivariate case of the Misspecification-Resistant Information Criterion (MRIC), a criterion introduced recently that solves Akaike’s original research problem posed 50 years ago, which led to the definition of the AIC. The importance of MS is witnessed by the huge amount of literature devoted to it and published in scientific journals of many different disciplines. Despite such a widespread treatment, the contributions that adopt a mathematically rigorous approach are not so numerous and one of the aims of this project is to review and assess them. Chapter 2 discusses methodological aspects of MS from information theory. Information criteria (IC) for the i.i.d. setting are surveyed along with their asymptotic properties; and the cases of small samples, misspecification, further estimators. Chapter 3 surveys criteria for TS. IC and prediction criteria are considered for: univariate models (AR, ARMA) in the time and frequency domain, parametric multivariate (VARMA, VAR); nonparametric nonlinear (NAR); and high-dimensional models. The MRIC answers Akaike’s original question on efficient criteria, for possibly-misspecified (PM) univariate TS models in multi-step prediction with high-dimensional data and nonlinear models. Chapter 4 extends the MRIC to PM multivariate TS models for multi-step prediction introducing the Vectorial MRIC (VMRIC). We show that the VMRIC is asymptotically efficient by proving the decomposition of the MSPE matrix and the consistency of its Method-of-Moments Estimator (MoME), for Least Squares multi-step prediction with univariate regressor. Chapter 5 extends the VMRIC to the general multiple regressor case, by showing that the MSPE matrix decomposition holds, obtaining consistency for its MoME, and proving its efficiency. The chapter concludes with a digression on the conditions for PM VARX models.

Study and implementation of control strategies for polymerization processes assisted by atmospheric pressure plasma jets

In recent years, polymerization processes assisted by atmospheric pressure plasma jets (APPJs) have received increasing attention in numerous industrially relevant sectors since they allow to coat complex 3D substrates without requiring expensive vacuum systems. Therefore, advancing the comprehension of these processes has become a high priority topic of research. This PhD dissertation is focused on the study and the implementation of control strategies for a polymerization process assisted by an atmospheric pressure single electrode plasma jet. In the first section, a study of the validity of the Yasuda parameter (W/FM) as controlling parameter in the polymerization process assisted by the plasma jet and an aerosolized fluorinated silane precursor is proposed. The surface characterization of coatings deposited under different W/FM values reveals the presence of two very well-known deposition domains, thus suggesting the validity of W/FM as controlling parameter. In addition, the key role of the Yasuda parameter in the process is further demonstrated since coatings deposited under the same W/FM exhibit similar properties, regardless of how W/FM is obtained. In the second section, the development of a methodology for measuring the energy of reactions in the polymerization process assisted by the plasma jet and vaporized hexamethyldisiloxane is presented. The values of energy per precursor molecule are calculated through the identification and resolution of a proper equivalent electrical circuit. To validate the methodology, these energy values are correlated to the bond energies in the precursor molecule and to the properties of deposited thin films. It is shown that the precursor fragmentation in the discharge and the coating characteristics can be successfully explained according to the obtained values of energy per molecule. Through a detailed discussion of the limits and the potentialities of both the control strategies, this dissertation provides useful insights into the control of polymerization processes assisted by APPJs.

Innovation in aquaculture. Modeling the adoption and implementation processes of innovations in the Italian aquaculture sector

Since the turn of the century, fisheries have maintained a steady growth rate, while aquaculture has experienced a more rapid expansion. Aquaculture can offer EU consumers more diverse, healthy, and sustainable food options, some of which are more popular elsewhere. To develop the sector, the EU is investing heavily. The EU supports innovative projects that promote the sustainable development of seafood sectors and food security. Priority 3 promotes sector development through innovation dissemination. This doctoral dissertation examined innovation transfer in the Italian aquaculture sector, specifically the adoption of innovative tools, using a theoretical model to better understand the complexity of these processes. The work focused on innovation adoption, emphasising that it is the end of a well-defined process. The Awareness Knowledge Adoption Implementation Effectiveness (AKAIE) model was created to better analyse post-adoption phases and evaluate technology adoption implementation and impact. To identify AKAIE drivers and barriers, aquaculture actors were consulted. "Perceived complexity"—barriers to adoption that are strongly influenced by contextual factors—has been used to examine their perspectives (i.e. socio-economic, institutional, cultural ones). The new model will contextualise the sequence based on technologies, entrepreneur traits, corporate and institutional contexts, and complexity perception, the sequence's central node. Technology adoption can also be studied by examining complexity perceptions along the AKAIE sequence. This study proposes a new model to evaluate the diffusion of a given technology, offering the policy maker the possibility to be able to act promptly across the process. The development of responsible policies for evaluating the effectiveness of innovation is more necessary than ever, especially to orient strategies and interventions in the face of major scenarios of change.

Development of molecular-level switches and implementation into novel nanostructures and smart materials

The work presented in this thesis deals with the design, synthesis and investigation of (supra)molecular switches, and their implementation into novel nanostructures and smart devices. Part A deals with investigation of fundamental properties of Donor Acceptor Stenhouse Adducts (DASAs) as well as their implementation into polymer matrices in order to construct novel smart materials. Part B deals with the implementation of azobenzene photoswitches into pseudorotaxanes and the investigation of the effect of light-driven isomerization on the self-assembly and disassembly processes.

Augmented Reality for Airport Control Tower: Analysis and Implementation of Safety Nets

With the development of new technologies, Air Traffic Control, in the nearby of the airport, switched from a purely visual control to the use of radar, sensors and so on. As the industry is switching to the so-called Industry 4.0, also in this frame, it would be possible to implement some of the new tools that can facilitate the work of Air Traffic Controllers. The European Union proposed an innovative project to help the digitalization of the European Sky by means of the Single European Sky ATM Research (SESAR) program, which is the foundation on which the Single European Sky (SES) is based, in order to improve the already existing technologies to transform Air Traffic Management in Europe. Within this frame, the Resilient Synthetic Vision for Advanced Control Tower Air Navigation Service Provision (RETINA) project, which saw the light in 2016, studied the possibility to apply new tools within the conventional control tower to reduce the air traffic controller workload, thanks to the improvements in the augmented reality technologies. After the validation of RETINA, the Digital Technologies for Tower (DTT) project was established and the solution proposed by the University of Bologna aimed, among other things, to introduce Safety Nets in a Head-Up visualization. The aim of this thesis is to analyze the Safety Nets in use within the control tower and, by developing a working concept, implement them in a Head-Up view to be tested by Air Traffic Control Operators (ATCOs). The results, coming from the technical test, show that this concept is working and it could be leading to a future implementation in a real environment, as it improves the air traffic controller working conditions also when low visibility conditions apply.

Eficiência energética, aplicação em edifícios de serviços: o caso do hospital do ICUF

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Automatic self-configuration of the logical network using distributed software agents

We present a system for dynamic network resource configuration in environments with bandwidth reservation. The proposed system is completely distributed and automates the mechanisms for adapting the logical network to the offered load. The system is able to manage dynamically a logical network such as a virtual path network in ATM or a label switched path network in MPLS or GMPLS. The system design and implementation is based on a multi-agent system (MAS) which make the decisions of when and how to change a logical path. Despite the lack of a centralised global network view, results show that MAS manages the network resources effectively, reducing the connection blocking probability and, therefore, achieving better utilisation of network resources. We also include details of its architecture and implementation

Teknologiat ja toteutustavat palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvassa Internet-pohjaisessajärjestelmässä

Palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvia järjestelmiä voidaan kehittää käyttämällä useita vaihtoehtoisia teknologioita. Toteuttamiseen parhaiten soveltuvia teknologioita ovat erilaiset standardikokoelmat, jotka tukevat useiden toisistaan toteutustavaltaan poikkeavien järjestelmien yhdistämistä käyttämällä standardeihin perustuvia rajapintoja. Täten kyseiset kokoelmat tukevat laajojen, useista erillisistä osista koostuvien palvelujärjestelmien kehittämistä. Tässä työssä selvitetään mikä palvelukeskeinen arkkitehtuuri on sekä millaisia komponentteja ja teknologioita kyseiseen arkkitehtuuriin perustuvan palvelujärjestelmän toteuttamiseen tarvitaan. Tavoitteena on esitellä palvelukeskeinen arkkitehtuuri ja siihen liittyvät teknologiat sekä suunnitella korkealla tasolla kyseisiä teknologioita hyödyntävä integraatioalusta käyttäjien ja useiden palvelun tarjoajien yhdistämiseksi. Työn tuloksena syntyvän teknologiaselvitysraportin selvitysluonteen vuoksi työssä ei suunnitella tarkasti toteutettavaa järjestelmää vaan ainoastaanpohjustetaan järjestelmän suunnittelua sekä esitellään siihen liittyviä arkkitehtuuri- ja toteutusmahdollisuuksia. Internet-pohjainen palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuva järjestelmä voi perustua suoriinverkon välisiin yhteyksiin tai vaihtoehtoisesti erityyppisiin välitason sovelluksiin. Välitason sovellukset mahdollistavat niiden tyypistä riippuen järjestelmän erilaisten lisäominaisuuksien toteuttamisen ja tukevat useita yleisimpiä palvelukeskeisiä teknologioita. Työn tuloksena syntyneen teknologiaselvityksen perusteella näistä teknologioista Web-palvelu -arkkitehtuuri ja siihen liittyvät menetelmät soveltuvat parhaiten suunniteltavan järjestelmän rakenneosiksi. Järjestelmän tarkemmat toteutustavat riippuvat myöhemmin määriteltävistä yksityiskohtaisista vaatimuksista sekä valittavasta välitason ohjelmiston toteutuksesta.

Mielipidekyselyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Tämän työn tavoitteena on suunnitella yksinkertainen Internet-pohjainen mielipidekyselyjärjestelmä sekä esitellä yksityiskohtaisesti järjestelmän toteutus ja siihen liittyvät menetelmät. Menetelmistäesitellään ainoastaan ennalta valitut menetelmät järjestelmän toteutukseen, tietojen esittämiseen, esitystavan muotoiluun sekä tietojen varastointiin. Järjestelmä toteutetaan HTML- ja PHP-kielillä sekä käyttämällä CSS-menetelmän tyylimuotoiluja ja XML-kielen muotoiluun perustuvia tiedostoja tietovarastoina. Järjestelmän suunnitteluun liittyen työssä pyritään kuvaamaan järjestelmään toteutettavat kaksi erillistä käyttöliittymää, pääkäyttäjän käyttöliittymä ja normaalin käyttäjän käyttöliittymä, sekä näihin toteutettavat toiminnot. Pääkäyttäjän tärkeimmät toiminnot ovat mielipidekyselyiden luominen, käyttäjien lisääminen kyselyihin sekä kyselyiden tulosten seuranta. Normaalin käyttäjän toiminnot taas rajoittuvat kirjautumiseen ja kyselyyn vastaamiseen. Järjestelmän toteutuksen kuvauksessa kuvataan tarkasti edellä mainittujen kahden käyttöliittymän toiminnot sekä näiden toimintojen toteutustavat. Lisäksi toteutuksen kuvauksen yhteydessä määritellään tarkasti järjestelmän tietovarastoina toimivien tiedostojen sisällön muoto. Työn lopputuloksena syntyi valituilla toteutustavoilla toteutettu toimiva mielipidekyselyjärjestelmä sekä tämä järjestelmän suunnitteluun ja toteutuksen selvittämiseen keskittynyt dokumentti. Toteutetusta järjestelmästä ei tullut täydellinen vaan jatkokehityksessä voidaan harkita esimerkiksi tietokannan käyttämistä järjestelmän tietovarastoina sekä joidenkin lisäominaisuuksien toteuttamista. Tavoitteeseen päästiin kuitenkin, sillä toteutettu järjestelmä on toimiva ja käyttötarkoitukseensa sopiva.

Kulujen seurantajärjestelmän suunnittelu ja toteutus telealan yrityksessä

Työssä kuvataan ne tietojärjestelmäprojektin vaiheet, joiden kautta Radiolinja Oy:ssä otettiin käyttöön uusi verkkovuokrauksen kulujen seurantajärjestelmä. Tarkastelun keskeisimmät osa-alueet ovat tavoitetilan ja järjestelmän suunnittelu, tarjouskierroksen vaiheet, sopimusneuvottelut järjestelmätoimittajan kanssa sekä järjestelmän toteutus ja käyttöönotto. Tietojärjestelmän hankintaprojektissa on tärkeintä suunnitelmallinen eteneminen ja tarkka tavoitetilan määrittely. Määrittelyn puutteet ovat sitä vaikeammat korjata, mitä pidemmälle projekti etenee. Tässä työssä tavoitetila määriteltiin loppukäyttäjiä haastattelemalla. Kulujen seurantajärjestelmälle asetetut tavoitteet dokumentoitiin ja liitettiin tarjouspyyntöön. Sopivan järjestelmätoimittajan kanssa käytyjen sopimusneuvottelujen jälkeen järjestelmä toteutettiin räätälöintityönä. Työn lopputuloksena otettiin käyttöön asetettuja tavoitteita vastaava kulujen seurantajärjestelmä. Projektin aikana ongelmia kohdattiin suunnitellun aikataulun ja budjettikehyksen pitämisessä, mikä johtui pääasiassa räätälöintityön luonteesta ja siihen kuluvan ajan vaikeasta arvioitavuudesta. Projektin vahvuutena sen sijaan oli sitoutunut ja oikein valittu loppukäyttäjistä muodostettu projektiryhmä.

Estudio para la implantación de un ERP en una empresa química

Este proyecto, tiene como objetivo proporcionar los pilares de la selección e implementación de un ERP en una PYME destinada a la industria química. Se analizan todos los pasos previos necesarios para la correcta elección del sistema de gestión deseado. De cara al cliente, se realiza un estudio del funcionamiento y necesidades de la empresa, con una posterior propuesta de ERP según sus necesidades. Esta, ya aceptada, se encuentra en proceso de instalación. Personalmente, me ha ofrecido la posibilidad de entender todo el entramado de una empresa y como puede ser potenciado de una manera sencilla y efectiva mediante software.

Suorituskyvyn mittaaminen lämmitysjärjestelmiin keskittyneessä pkt-yrityksessä

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää suorituskyvyn mittaamisjärjestelmä lämmitysjärjestelmiin keskittyneelle pkt-yritykselle. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin mitä kehitystarpeita on yrityksellä, missä ei ole käytössä suorituskyvyn mittaamisjärjestelmää ja kuinka yritys voi kehittää toimintaa suorituskyvyn mittaamisjärjestelmän suunnittelu- ja implementointiprosessin aikana. Tutkimuksen teoreettisessa osassa käsiteltiin suorituskykyä, sen mittaamista, eri suorituskyvyn mittausjärjestelmiä sekä niiden suunnitteluprosesseja ja käyttöä. Teoriaosuudessa on myös käsitelty suorituskyvyn mittaamisen hyötyjä ja suorituskyvyn mittaamista pk-yrityksissä sekä lämmitysjärjestelmiin keskittyneen yrityksen erityispiirteitä suorituskyvyn mittaamisen kannalta. Tutkimuksen empiirinen osa käsittää case yrityksen esittelyn, sekä yritykseen suunnitellun suorituskyvyn mittausjärjestelmän implementointiprosessin. Suorituskyvyn mittaamisjärjestelmän suunnittelu- ja käyttöönottoprosessi suunniteltiin lämmitysjärjestelmiin keskittyneen pkt-yrityksen erityispiirteet huomioiden. Tutkimuksen tuloksena syntyi suorituskyvyn mittausjärjestelmä joka ottaa huomioon lämmitysjärjestelmiin keskittyvän sekä nopeasti kasvavan pkt-yrityksen erityistarpeet. Tutkimuksessa havaittiin että suorituskyvyn mittaamisjärjestelmän suunnitteluprosessin aikana yrityksen johdon liiketoimintatiedon käyttäminen lisääntyi sekä liiketoimintatiedon hyödyntäminen helpottui valmiiden prosessien myötä.