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.

Emissione di Compton inverso e applicazioni astrofisiche

L’emissione di Compton Inverso (IC) rientra nei processi di radiazione detti di diffusione (o di scattering) e riguarda l’interazione tra elettroni relativistici ad alta energia e fotoni molto meno energetici. Il meccanismo di interazione viene approssimato ad un semplice urto tra le due particelle, in seguito al quale il fotone acquista parte dell’energia cinetica dell’elettrone, venendo diffuso ed osservato a frequenza più alta e con direzione di propagazione diversa rispetto a quanto possedeva prima dell’urto. Il Compton Inverso è il meccanismo contrario della diffusione Compton, dove il fotone perde energia in seguito all’urto con l’elettrone e viene osservato a frequenze inferiori a quelle originarie. L’IC viene osservato in ambito astrofisico soprattutto in combinazione con l’emissione di sicrotrone – nella quale elettroni relativistici presenti in regioni magnetizzate vengono accelerati dal campo magnetico ed emettono radiazione – in un fenomeno detto Synchrotron Self-Compton. Esso avviene solitamente in sorgenti molto compatte nelle quali i fotoni prodotti per sincrotrone hanno maggiore possibilità di interagire nuovamente con gli elettroni che li hanno generati, venendo diffusi ad energie più elevate. L’IC viene inoltre osservato in combinazione alla diffusione Compton in un processo detto Comptonizzazione. Ciò si verifica in plasmi molto caldi e abbastanza rarefatti, nei quali si hanno innumerevoli scambi di energia tra le particelle che li compongono. La tesi comprende una prima parte introduttiva nella quale viene presentato il contesto storico di inizio Novecento nel quale si inserisce, tra gli altri, il fisico Arthur H. Compton. Successivamente, vengono spiegati nel dettaglio i principali meccanismi di diffusione con particolare attenzione all’IC. Infine, sono illustrate le applicazioni astrofisiche del Compton Inverso e alcune delle sorgenti nelle quali l’IC viene osservato in combinazione con altri processi di radiazione.

Relativistic Twin: Generazione Automatica di Digital Twin in un ambiente Web of Things

Con l’avvento dell’Industry 4.0, l’utilizzo dei dispositivi Internet of Things (IoT) è in continuo aumento. Le aziende stanno spingendo sempre più verso l’innovazione, andando ad introdurre nuovi metodi in grado di rinnovare sistemi IoT esistenti e crearne di nuovi, con prestazioni all’avanguardia. Un esempio di tecniche innovative emergenti è l’utilizzo dei Digital Twins (DT). Essi sono delle entità logiche in grado di simulare il reale comportamento di un dispositivo IoT fisico; possono essere utilizzati in vari scenari: monitoraggio di dati, rilevazione di anomalie, analisi What-If oppure per l’analisi predittiva. L’integrazione di tali tecnologie con nuovi paradigmi innovativi è in rapido sviluppo, uno tra questi è rappresentato dal Web of Things (WoT). Il Web of Thing è un termine utilizzato per descrivere un paradigma che permette ad oggetti del mondo reale di essere gestiti attraverso interfacce sul World Wide Web, rendendo accessibile la comunicazione tra più dispositivi con caratteristiche hardware e software differenti. Nonostante sia una tecnologia ancora in fase di sviluppo, il Web of Thing sta già iniziando ad essere utilizzato in molte aziende odierne. L’elaborato avrà come obiettivo quello di poter definire un framework capace di integrare un meccanismo di generazione automatica di Digital Twin su un contesto Web of Thing. Combinando tali tecnologie, si potrebbero sfruttare i vantaggi dell’interoperabilità del Web of Thing per poter generare un Digital Twin, indipendentemente dalle caratteristiche hardware e software degli oggetti da replicare.

Simulazioni preliminari per la conversione di un motore turboalbero aeronautico al funzionamento ad idrogeno

Nella presente tesi si è realizzato uno sviluppo di base per l'implementazione di un motore turboalbero aeronautico all’utilizzo ad idrogeno. La parte iniziale dell'elaborato descrive le caratteristiche e i benefici dell’utilizzo di questo combustibile innovativo e riporta, poi, le principali modifiche hardware, presenti in letteratura, necessarie per l’implementazione voluta su un motore fisico. Vengono, poi, illustrati i modelli di combustori necessari per un corretto funzionamento del sistema propulsivo, oltre all’eventuale necessità di uno scambiatore di calore. Nella parte centrale della tesi, invece, é descritta la conversione di un modello MatLab Simulink del motore Allison 250 c18, esplicando e documentando le principali modifiche apportate riguardo alla creazione delle mappe del modello dinamico utile a ricavare le caratteristiche termodinamiche del flusso in camera di combustione e all'uscita da essa. Viene inoltre mostrato il metodo di utilizzo degli script CEA forniti dalla NASA, valido per desumere le proprietà dei gas post combustione, oltre che per la creazione delle funzioni di interpolazioni. Sono state svolte, infine, diverse simulazioni, con lo scopo di ricavare le portate corrette di combustibile ed osservare gli andamenti dei parametri fondamentali del sistema propulsivo, come: le portate elaborate, le potenze generate, le temperature e le pressioni ottenute.

Campi magnetici in astrofisica

Si pensa che i campi magnetici siano presenti in qualsiasi oggetto celeste, e nel mezzo tra di essi. Non siamo capaci di misurare questi campi in modo diretto, ma possiamo derivare delle misure da metodi indiretti, osservando e analizzando gli effetti che essi hanno sulla radiazione. Questi possono riguardare sia come la radiazione si propaga sia come essa viene generata. I campi magnetici esercitano una forza sul plasma cosmico, e possono influenzare in maniera più o meno marcata il moto di questo. Essi non possono competere con le interazioni gravitazionali in gioco nelle galassie, o in scale ancora più grandi, ma giocano un ruolo fondamentale nei moti del gas sulle piccole scale. In questo scritto analizzeremo per prima cosa i principali metodi utili per la rilevazione dei campi magnetici in astrofisica senza entrare eccessivamente nel dettaglio, ma riportando gli aspetti essenziali sia dal punto di vista descrittivo dell’effetto fisico sul quale si basano, sia dal punto di vista delle formule. Dopodiché si passera ad analizzare i principali scenari ipotizzati per l’origine dei campi magnetici di una galassia. Si accennerà anche all’amplificazione di piccoli campi originari per raggiungere i valori osservati oggigiorno. Al fine di trattare questo particolare aspetto, si spenderà un capitolo per parlare del congelamento del campo nella materia. Infine nell’ultimo capitolo si affronterà il campo magnetico della Via Lattea. Ci si concentrerà in tre regioni diverse della galassia: l’halo, il disco e la zona centrale. Per questi si riporteranno i risultati ottenuti utilizzando i vari metodi precedentemente descritti, al fine di ottenere un’idea di quale sia la struttura a larga scala del campo magnetico della galassia.

Emissione di sincrotrone e applicazioni astrofisiche

Nel 1932 l'ingegnere e fisico Karl Jansky progettò un’antenna in grado di rilevare onde radio alla frequenza di 20.5 MHz, con la quale notò un'emissione diffusa che proveniva da ogni zona del cielo e si intensificava verso la costellazione del Sagittario. Oggi sappiamo che quella osservata da Jansky è radiazione di sincrotrone. Il meccanismo di emissione di sincrotrone affonda le sue radici nelle leggi dell'elettromagnetismo: quando una particella carica attraversa una regione di spazio in cui è presente un campo magnetico, viene accelerata dalla forza di Lorentz e comincia ad irraggiare in virtù dell'accelerazione subita, come previsto dalla formula di Larmor. A seconda che il moto avvenga a velocità non relativistiche, relativistiche o ultrarelativistiche, l’emissione è chiamata rispettivamente radiazione di ciclotrone, ciclotrone relativistico e sincrotrone. L’emissione diffusa osservata da Jansky, allora, può essere interpretata come radiazione di sincrotrone prodotta dall’interazione delle particelle ultrarelativistiche dei raggi cosmici con il campo magnetico che permea la Via Lattea, mentre l’emissione più intensa nel Sagittario è oggi identificata con la radiosorgente Sagittarius A*, localizzata in corrispondenza del buco nero supermassiccio al centro della Galassia. L’emissione di sincrotrone rappresenta uno dei processi di emissione più rilevanti in Astrofisica ed è in grado di spiegare l’origine di gran parte della radiazione osservata nella banda radio, tanto di quella diffusa quanto di quella generata da radiosorgenti individuali, come radiogalassie e resti di supernova. Le proprietà e la peculiare distribuzione spettrale della radiazione di sincrotrone consentono di ricavare una serie di informazioni sulla sorgente da cui è stata emessa. Per via dello stretto legame con il campo magnetico, inoltre, la radiazione di questo tipo è uno strumento d’indagine fondamentale per la ricostruzione del campo magnetico galattico ed extragalattico.

La valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi nella grande distribuzione organizzata: un caso di studio

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo la valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi in un supermercato di proprietà di una società operante nel settore della grande distribuzione organizzata, al fine di ottenere degli indici di rischio rappresentativi della complessità dell’attività lavorativa, che consentano di implementare le misure di riduzione del rischio per garantire la tutela della salute e della sicurezza dei lavoratori. Le metodologie utilizzate per condurre la valutazione del rischio sono quelle contenute nella norma UNI ISO 11228 Ergonomics – Manual Handling; tra queste figurano la metodologia dello standard UNI ISO 11228-1, da applicare alle attività di sollevamento, abbassamento e trasporto manuale dei carichi, la metodologia dello standard UNI ISO 11228-2 per le operazioni di traino e spinta ed infine le metodologie dello standard UNI ISO 11228-3 per l’analisi della movimentazione di bassi carichi ad alta frequenza. Tra le mansioni svolte dagli addetti di un supermercato, quelle che coinvolgono la movimentazione manuale dei carichi sono le operazioni di allestimento delle scaffalature o dei banchi espositivi in area vendita, la sistemazione dei prodotti in zona riserva, il trasferimento della merce mediante roll-cointainers o transpallet manuali e le attività di cassa. Tali compiti possono comportare uno sforzo fisico notevole per la colonna vertebrale ed infatti i dati più recenti mostrano che i disturbi muscolo-scheletrici rappresentano la causa primaria di malattia professionale. Pertanto la valutazione del rischio causato dalla movimentazione manuale dei carichi richiede un’elevata attenzione da parte di chi si occupa di sicurezza sul lavoro e deve essere condotta secondo un approccio integrato, che consideri tutti gli elementi dell’attività lavorativa.

Modellazione e progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain nell’industria agroalimentare: Il caso Moncaro

Industria 4.0 ha coinvolto il settore agroalimentare introducendo nuove strategie di tracciabilità, a favore della sostenibilità e della sicurezza alimentare. L’Organizzazione Internazionale della Vigna e del Vino pone tra gli obiettivi per il 2024 la transizione digitale della filiera, così da avere una tracciabilità trasparente e affidabile. Questo fornisce un vantaggio ai produttori e ai consumatori che dispongono di maggiori informazioni quantitative e qualitative del prodotto. I sistemi di tracciabilità sono integrati nella supply chain aumentandone la resilienza; tuttavia, la maggior parte degli ERP in commercio ricostruiscono la tracciabilità a posteriori: dal codice lotto finale si ricompone tutto il processo. Per monitorare costantemente la filiera ed incrementarne la trasparenza si stanno integrando nuove tecnologie alla tracciabilità, come l’intelligenza artificiale e la blockchain. Obiettivo di questa tesi è la progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain. Pertanto, si introduce alla tracciabilità e alla blockchain descrivendo i principali contributi in letteratura che propongono approcci e strategie, evidenziando vantaggi e sfide future. Poi, si presenta il caso Moncaro, cooperativa agricola che ha cantine e vigneti nel territorio marchigiano, analizzando il processo di vinificazione in bianco dal punto di vista del flusso fisico e informativo, rispettivamente tramite BPMN e Relationship chart. Ai fini della modellazione e della scelta dei dati da inserire in tracciabilità, si analizzano le informazioni registrate negli ERP sviluppati da Apra s.p.a., software house, di cui Moncaro fruisce. Quindi, si propone la formulazione di un algoritmo in pseudocodice che permette di collegare sequenzialmente le attività, così, da ottenere la tracciabilità real time e un’architettura che può gestire tutte le informazioni della supply chain. Infine, si è implementato uno scenario produttivo reale, mediante l’architettura di database a grafo di Neo4j AuraDB

ENERGETICA. Agenzia per la promozione e costituzione delle Comunità Energetiche.

ENERGETICA è un servizio dedicato ai cittadini del Comune di Bologna che fornisce supporto sui temi dell’energia per facilitare e accelerare il processo di adesione alle Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) da parte dei cittadini stessi. Il servizio si configura come uno sportello energetico phygital: un luogo fisico e digitale (una piattaforma dedicata) attraverso il quale i cittadini vengono coinvolti e informati in merito ai vantaggi delle comunità energetiche, al loro funzionamento e alle modalità con cui entrare a farne parte. I consulenti - figure chiave del servizio - forniscono le informazioni richieste e svolgono un’azione di sensibilizzazione riguardo al tema delle comunità energetiche. Il trattamento dei dati personali dei singoli cittadini e la cessione del loro consenso permette ai consulenti di creare le liste di comunità, cioè liste di interesse attraverso le quali i cittadini vengono associati tra di loro allo scopo di costituire piccole comunità energetiche sul territorio. La piattaforma serve da strumento per programmare le consulenze, attraverso, ad esempio, videochiamate o appuntamenti in sede presso l’agenzia. Si possono quindi conoscere gli altri cittadini appartenenti alla propria comunità energetica e stabilire un contatto che duri nel tempo. L’obiettivo della costruzione di una rete sociale è inoltre quello di sensibilizzare sul tema e condividere con altri la propria esperienza. Lo sportello svolge anche un ruolo di promozione di eventi legati a ENERGETICA, con momenti di partecipazione e condivisione per la comunità. La scoperta e l’attuazione di realtà come quelle delle CER risulta importante per il raggiungimento di obiettivi sostenibili ormai inderogabili. L’adesione a progetti comunitari, che agevolano la condivisione e la partecipazione ad azioni comuni da parte dei cittadini, come nel caso delle CER, gettano le basi per una concreta inversione di rotta e per il raggiungimento di obiettivi sostenibili.

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.