Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time: Implementazione e analisi di un algoritmo autoadattivo per la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche.

Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time. Implementazione e analisi di un algoritmo autoadattivo per la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche.

Analisi e applicazione dei processi di data mining al flusso informativo di sistemi real-time: Adattamento di un algoritmo di apprendimento automatico per la caratterizzazione e la ricerca di frequent patterns su macchine automatiche

La tesi da me svolta durante questi ultimi sei mesi è stata sviluppata presso i laboratori di ricerca di IMA S.p.a.. IMA (Industria Macchine Automatiche) è una azienda italiana che naque nel 1961 a Bologna ed oggi riveste il ruolo di leader mondiale nella produzione di macchine automatiche per il packaging di medicinali. Vorrei subito mettere in luce che in tale contesto applicativo l’utilizzo di algoritmi di data-mining risulta essere ostico a causa dei due ambienti in cui mi trovo. Il primo è quello delle macchine automatiche che operano con sistemi in tempo reale dato che non presentano a pieno le risorse di cui necessitano tali algoritmi. Il secondo è relativo alla produzione di farmaci in quanto vige una normativa internazionale molto restrittiva che impone il tracciamento di tutti gli eventi trascorsi durante l’impacchettamento ma che non permette la visione al mondo esterno di questi dati sensibili. Emerge immediatamente l’interesse nell’utilizzo di tali informazioni che potrebbero far affiorare degli eventi riconducibili a un problema della macchina o a un qualche tipo di errore al fine di migliorare l’efficacia e l’efficienza dei prodotti IMA. Lo sforzo maggiore per riuscire ad ideare una strategia applicativa è stata nella comprensione ed interpretazione dei messaggi relativi agli aspetti software. Essendo i dati molti, chiusi, e le macchine con scarse risorse per poter applicare a dovere gli algoritmi di data mining ho provveduto ad adottare diversi approcci in diversi contesti applicativi: • Sistema di identificazione automatica di errore al fine di aumentare di diminuire i tempi di correzione di essi. • Modifica di un algoritmo di letteratura per la caratterizzazione della macchina. La trattazione è così strutturata: • Capitolo 1: descrive la macchina automatica IMA Adapta della quale ci sono stati forniti i vari file di log. Essendo lei l’oggetto di analisi per questo lavoro verranno anche riportati quali sono i flussi di informazioni che essa genera. • Capitolo 2: verranno riportati degli screenshoot dei dati in mio possesso al fine di, tramite un’analisi esplorativa, interpretarli e produrre una formulazione di idee/proposte applicabili agli algoritmi di Machine Learning noti in letteratura. • Capitolo 3 (identificazione di errore): in questo capitolo vengono riportati i contesti applicativi da me progettati al fine di implementare una infrastruttura che possa soddisfare il requisito, titolo di questo capitolo. • Capitolo 4 (caratterizzazione della macchina): definirò l’algoritmo utilizzato, FP-Growth, e mostrerò le modifiche effettuate al fine di poterlo impiegare all’interno di macchine automatiche rispettando i limiti stringenti di: tempo di cpu, memoria, operazioni di I/O e soprattutto la non possibilità di aver a disposizione l’intero dataset ma solamente delle sottoporzioni. Inoltre verranno generati dei DataSet per il testing di dell’algoritmo FP-Growth modificato.

Validazione di un modello real-time di un turboalbero aeronautico

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è realizzare e validare un modello del propulsore Allison 250 c18 realizzato in Simulink. In particolare utilizzando i dati provenienti da prove sperimentali effettuate al banco prova del laboratorio di Propulsione e macchine della Scuola di Ingegneria e Archittetura vengono dapprima create le mappe prestazionali dei singoli componenti. Esse sono poi implementate all'interno del modello in Simulink, realizzato con struttura modulare a blocchi permettendo il modellamento di ogni singolo componente del motore. Successivamente i dati provenienti dalle simulazioni sono confrontati con i dati sperimentali, riscontrando risultati soddisfacenti. In ultimo si riporta brevemente una descrizione della compilazione del modello da utilizzare in una interfaccia LabVIEW per verificarne il funzionamento del modello in real-time.

Sviluppo di un modulo di visualizzazione, memorizzazione e analisi dati in real-time con elevato parallelismo

Progettazione e implementazione dei moduli di visualizzazione, memorizzazione e analisi di un sistema software di acquisizione dati in real-time da dispositivi prodotti da Elements s.r.l. La tesi mostra tutte le fasi di analisi, progettazione, implementazione e testing dei moduli sviluppati.

Modellazione zero-dimensionale del motopropulsore per applicazioni real-time

Descrizione del lavoro svolto nella modellazione zero-dimensionale e ai valori medi di un motopropulsore. Lo scopo finale del modello è un funzionamento HIL.

Real-time control of an Electrodynamic Shaker

Questa tesi è essenzialmente focalizzata sullo sviluppo di un sistema di controllo in tempo reale per uno Shaker Elettrodinamico usato per riprodurre profili di vibrazione ambientale registrati in contesti reali e di interesse per il recupero di energia. Grazie all'utilizzo di uno shaker elettrodinamico è quindi possibile riprodurre scenari di vibrazione reale in laboratorio e valutare più agevolmente le prestazioni dei trasduttori meccanici. Tuttavia, è richiesto un controllo dello Shaker non solo in termini di stabilità ma anche per garantire l'esatta riproduzione del segnale registrato nel contesto reale. In questa tesi, si è scelto di sviluppare un controllo adattivo nel dominio del tempo per garantire la corretta riproduzione del profilo di accelerazione desiderato. L'algoritmo è stato poi implementato sul sistema di prototipazione rapida dSPACE DS1104 basata su microprocessore PowerPC. La natura adattiva dell'algoritmo proposto permette di identificare cambiamenti nella risposta dinamica del sistema, e di regolare di conseguenza i parametri del controllore. Il controllo del sistema è stato ottenuto anteponendo al sistema un filtro adattivo la cui funzione di trasferimento viene continuamente adattata per rappresentare al meglio la funzione di trasferimento inversa del sistema da controllare. Esperimenti in laboratorio confermano l'efficacia del controllo nella riproduzione di segnali reali e in tipici test di sweep frequenziale.

Improved detection of blood stream pathogens by real-time PCR in severe sepsis

Evaluation of the technical and diagnostic feasibility of commercial multiplex real-time polymerase chain reaction (PCR) for detection of blood stream infections in a cohort of intensive care unit (ICU) patients with severe sepsis, performed in addition to conventional blood cultures.

Radio-guided surgery: advantages of a new portable γ-camera (Sentinella(®) ) for intraoperative real time imaging and detection of sentinel lymph nodes in cutaneous malignancies

The histological status of the sentinel lymph node (SLN) is one of the most relevant prognostic factors for the overall survival of patients with cutaneous malignancies, independent of tumour depth of the primary tumour.

Direct detection of Mycoplasma bovis in milk and tissue samples by real-time PCR

Bovine mastitis caused by Mycoplasma bovis is of great economic importance to the beef and dairy industry. Here we describe a new specific real-time PCR assay targeting the uvrC gene that was developed to directly detect M. bovis from milk and tissue samples without laborious DNA purification.

Development and validation of a real-time quantitative PCR assay for rapid identification of Bacillus anthracis in environmental samples

A real-time polymerase chain reaction (PCR) assay was developed for rapid identification of Bacillus anthracis in environmental samples. These samples often harbor Bacillus cereus bacteria closely related to B. anthracis, which may hinder its specific identification by resulting in false positive signals. The assay consists of two duplex real-time PCR: the first PCR allows amplification of a sequence specific of the B. cereus group (B. anthracis, B. cereus, Bacillus thuringiensis, Bacillus weihenstephanensis, Bacillus pseudomycoides, and Bacillus mycoides) within the phosphoenolpyruvate/sugar phosphotransferase system I gene and a B. anthracis specific single nucleotide polymorphism within the adenylosuccinate synthetase gene. The second real-time PCR assay targets the lethal factor gene from virulence plasmid pXO1 and the capsule synthesis gene from virulence plasmid pXO2. Specificity of the assay is enhanced by the use of minor groove binding probes and/or locked nucleic acids probes. The assay was validated on 304 bacterial strains including 37 B. anthracis, 67 B. cereus group, 54 strains of non-cereus group Bacillus, and 146 Gram-positive and Gram-negative bacteria strains. The assay was performed on various environmental samples spiked with B. anthracis or B. cereus spores. The assay allowed an accurate identification of B. anthracis in environmental samples. This study provides a rapid and reliable method for improving rapid identification of B. anthracis in field operational conditions.

Real-time ultrasound-guided spinal anaesthesia: a prospective observational study of a new approach

Identification of the subarachnoid space has traditionally been achieved by either a blind landmark-guided approach or using prepuncture ultrasound assistance. To assess the feasibility of performing spinal anaesthesia under real-time ultrasound guidance in routine clinical practice we conducted a single center prospective observational study among patients undergoing lower limb orthopaedic surgery. A spinal needle was inserted unassisted within the ultrasound transducer imaging plane using a paramedian approach (i.e., the operator held the transducer in one hand and the spinal needle in the other). The primary outcome measure was the success rate of CSF acquisition under real-time ultrasound guidance with CSF being located in 97 out of 100 consecutive patients within median three needle passes (IQR 1-6). CSF was not acquired in three patients. Subsequent attempts combining landmark palpation and pre-puncture ultrasound scanning resulted in successful spinal anaesthesia in two of these patients with the third patient requiring general anaesthesia. Median time from spinal needle insertion until intrathecal injection completion was 1.2 minutes (IQR 0.83-4.1) demonstrating the feasibility of this technique in routine clinical practice.