Analisi di aspetti di Security da attacchi informatici su Impianti di Processo

Gli impianti industriali moderni sono di tipo automatizzato, i processi sono cioè pilotati da un’unità di calcolo che fornisce i comandi necessari atti al corretto funzionamento dell’impianto. Queste tecnologie espongono le apparecchiature a problemi di Security, dunque attacchi volontari provenienti dall’esterno, al sistema di controllo. Esso può diventare la variabile manipolabile del terrorista informatico il quale può causare lo shut down del segnale o cambiare l’impostazione dei parametri di processo.Lo studio esposto si propone di identificare le possibili modalità di attacco e di individuare uno strumento sistematico che permetta di valutarne la vulnerabilità ad un possibile atto di sabotaggio. La procedura proposta è la PSC-SHaRP (Process System Cyber-Security Hazard Review Procedure) essa consta di due strutture chiamate rispettivamente Alpha e Beta. La metodologia è volta a individuare i potenziali pericoli posti dagli attacchi informatici piuttosto che a stimarne un profilo di rischio e/o probabilità di successo. La ShaRP Alpha, viene utilizzata per analizzare le conseguenze di deviazioni cyber su singole macchine presenti in impianto o sistemi modulari. La ShaRP Beta viene utilizzata per analizzare le conseguenze di attacchi cyber sul sistema costituito dall’impianto di processo. Essa è quindi in grado di analizzare le ripercussioni che manipolazioni su una o più apparecchiature possono avere sull’impianto nel suo complesso. Nell’ultima parte dell’elaborato sono state trattate le possibilità di accesso da parte del ‘’terrorista’’ al sistema di controllo e sicurezza, dunque i sistemi di gestione del DCS e del SIS e le barriere software e hardware che possono essere presenti.

Recente evoluzione tecnologica dei Defibrillatori Impiantabili per stimolazione cardiaca

Il cuore è uno dei principali organi vitali dell’organismo umano e la sua fisiologica attività è indispensabile per sostenere uno stile di vita conforme alle esigenze del singolo individuo. Le aritmie cardiache, alterazioni del ritmo, possono compromettere o limitare la vita di un paziente che ne è affetto. Specifiche aritmie cardiache vengono trattate con l’impianto di dispositivi cardiaci impiantabili, i defibrillatori, che generano una stimolazione elettrica nel tessuto cardiaco allo scopo di ripristinare un ritmo cardiaco fisiologico. Il presente elaborato descrive come tali dispositivi siano in grado di correggere le aritmie cardiache, garantendo la sicurezza del paziente e permettendogli di svolgere le normali attività quotidiane . Il primo capitolo andrà ad analizzare il cuore dal punto di vista anatomico e fisiologico per capirne il funzionamento non affetto da patologie. Il secondo capitolo concentrerà l’analisi sui defibrillatori impiantabili per stimolazione cardiaca (ICD), facendo luce sulla storia, sulle funzioni primarie,sui componenti interni,sulle patologie legate all’utilizzo,sulle tipologie presenti in commercio e sul metodo d’impianto. Il terzo capitolo è incentrato sul monitoraggio remoto degli ICD (home-monitoring), attraverso il quale il paziente può trasmettere per via transtelefonica al centro cardiologico di riferimento i dati tecnici e clinici desumibili dall’interrogazione del dispositivo impiantato, senza necessità di ricorrere al controllo ambulatoriale tradizionale. L’home-monitoring nei pazienti portatori di dispositivo impiantabile si è dimostrato efficace per l’individuazione di malfunzionamenti e di instabilità cliniche in misura sovrapponibile rispetto al controllo ambulatoriale tradizionale, offrendo però significativi vantaggi in termini di qualità della vita e di gestione delle risorse sanitarie. Infine saranno presentate le conclusioni di tale elaborato.

Effetti della tDCS sui pattern ERS/ERD indotti da immaginazione motoria: stato dell'arte

I sistemi BCI EEG-based sono un mezzo di comunicazione diretto tra il cervello e un dispositivo esterno il quale riceve comandi direttamente da segnali derivanti dall'attività elettrica cerebrale. Le features più utilizzate per controllare questi dispositivi sono i ritmi sensorimotori, ossia i ritmi mu e beta (8-30 Hz). Questi ritmi hanno la particolare proprietà di essere modulati durante l'immaginazione di un movimento generando così delle desincronizzazioni e delle sincronizzazioni evento correlate, ERD e ERS rispettavamente. Tuttavia i destinatari di tali sistemi BCI sono pazienti con delle compromissioni corticali e non sono sempre in grado di generare dei pattern ERD/ERS stabili. Per questo motivo, negli ultimi anni, è stato proposto l'uso di tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva, come la tDCS, da abbinare al training BCI. In questo lavoro ci si è focalizzati sugli effetti della tDCS sugli ERD ed ERS neuronali indotti da immaginazione motoria attraverso un'analisi dei contributi presenti in letteratura. In particolare, sono stati analizzati due aspetti, ossia: i) lo studio delle modificazioni di ERD ed ERS durante (online) o in seguito (offline) a tDCS e ii) eventuali cambiamenti in termini di performance/controllo del sistema BCI da parte del soggetto sottoposto alla seduta di training e tDCS. Le ricerche effettuate tramite studi offline o online o con entrambe le modalità, hanno portato a risultati contrastanti e nuovi studi sarebbero necessari per chiarire meglio i meccanismi cerebrali che sottendono alla modulazione di ERD ed ERS indotta dalla tDCS. Si è infine provato ad ipotizzare un protocollo sperimentale per chiarire alcuni di questi aspetti.

Enhancing the Visualization of the Peripheral Retina with Wide Field-of-View Optical Coherence Tomography

The goal of my Ph.D. thesis is to enhance the visualization of the peripheral retina using wide-field optical coherence tomography (OCT) in a clinical setting.

OCT has gain widespread adoption in clinical ophthalmology due to its ability to visualize the diseases of the macula and central retina in three-dimensions, however, clinical OCT has a limited field-of-view of 300. There has been increasing interest to obtain high-resolution images outside of this narrow field-of-view, because three-dimensional imaging of the peripheral retina may prove to be important in the early detection of neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's and dementia, and the monitoring of known ocular diseases, such as diabetic retinopathy, retinal vein occlusions, and choroid masses.

Before attempting to build a wide-field OCT system, we need to better understand the peripheral optics of the human eye. Shack-Hartmann wavefront sensors are commonly used tools for measuring the optical imperfections of the eye, but their acquisition speed is limited by their underlying camera hardware. The first aim of my thesis research is to create a fast method of ocular wavefront sensing such that we can measure the wavefront aberrations at numerous points across a wide visual field. In order to address aim one, we will develop a sparse Zernike reconstruction technique (SPARZER) that will enable Shack-Hartmann wavefront sensors to use as little as 1/10th of the data that would normally be required for an accurate wavefront reading. If less data needs to be acquired, then we can increase the speed at which wavefronts can be recorded.

For my second aim, we will create a sophisticated optical model that reproduces the measured aberrations of the human eye. If we know how the average eye's optics distort light, then we can engineer ophthalmic imaging systems that preemptively cancel inherent ocular aberrations. This invention will help the retinal imaging community to design systems that are capable of acquiring high resolution images across a wide visual field. The proposed model eye is also of interest to the field of vision science as it aids in the study of how anatomy affects visual performance in the peripheral retina.

Using the optical model from aim two, we will design and reduce to practice a clinical OCT system that is capable of imaging a large (800) field-of-view with enhanced visualization of the peripheral retina. A key aspect of this third and final aim is to make the imaging system compatible with standard clinical practices. To this end, we will incorporate sensorless adaptive optics in order to correct the inter- and intra- patient variability in ophthalmic aberrations. Sensorless adaptive optics will improve both the brightness (signal) and clarity (resolution) of features in the peripheral retina without affecting the size of the imaging system.

The proposed work should not only be a noteworthy contribution to the ophthalmic and engineering communities, but it should strengthen our existing collaborations with the Duke Eye Center by advancing their capability to diagnose pathologies of the peripheral retinal.

Determinazione dei valori nutrizionali nei prodotti da forno (biscotti)

Questa tesi è basata sul tirocinio svolto presso il Laboratorio Analisi Vegezio SRL, nel laboratorio di chimica degli alimenti. L’obbiettivo della tesi è stato quello di confrontare i valori nutrizionali di biscotti di produzione industriale con biscotti artigianali, per valutare il differente contenuto nei principali nutrienti come lipidi, proteine, carboidrati e fibre. Le analisi principali eseguite nei biscotti artigianali sono state: - Determinazione delle proteine; - Determinazione dei lipidi; - Determinazione carboidrati; - Determinazione delle fibre; - Determinazione sodio cloruro; - Determinazione ceneri; - Determinazione umidità. La tesi è suddivisa in 5 capitoli dei quali, i primi tre copropno gli aspetti generali ed introduttivi degli alimenti e dell'importanza di analizzarli in merito al conentuto di valore nutrizionale. Il quarto capitolo è la parte sperimentale, ovvero tratta dei metodi per la determinazione dei valori nutrizionali, indicando come queste devono essere eseguite secondo gli standard vigenti. Infine, nel capitolo 5 ci sono i risultati e la discussione della tesi. Tali risultati indicano che i biscotti artigianali presentavano un maggiore contenuto di grassi saturi e di zuccheri a fronte di un simile contenutop in carboidrati totali e lipidi totali. Al contrario, il contenuto di sodio è stato riscontrato significativamente superiore nei biscotti industriali rispetto a quelli artigianali. La differenza dei valori nutrizionali riscontrata tra biscotti artigianali e biscotti industriali non è elevata rispetto a ciascun singolo paramentro analizzato, ma permette di evidenziare nel complesso piccole differenze che consentono considerazioni più generali sull'impatto nutrizionale e sociale che i prodotti alimentari industriali rivestono nella popolazione.

Ottimizzazione e progettazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

La presente trattazione descrive l’ottimizzazione del prototipo di un generatore termoelettrico da integrare in caldaie a biomassa. La tecnologia termoelettrica consente di generare potenza elettrica a partire da un flusso di calore. Sebbene tale tecnologia presenti caratteristiche di elevata affidabilità e silenziosità, essa richiede ulteriori sforzi tecnologici nella ricerca dell’integrazione ottimale con un impianto termico, ed è inoltre necessaria una progettazione accurata dell’elettronica di controllo. Nella prima sezione del testo vengono descritti i principi fisici alla base di questa tecnologia e le tecniche per la conversione della potenza generata dai moduli termoelettrici (o ad effetto Seebeck) al fine di renderla fruibile da una tipica utenza domestica. Nel secondo capitolo si riporta lo stato dell’arte dell’applicazione della tecnologia termoelettrica in caldaie a biomassa e alcuni casi di implementazione recenti, sottolineando le configurazioni utilizzate, i principali problemi riscontrati nello sviluppo e nella sperimentazione, e le modifiche conseguentemente adottate per superarli. Il terzo capitolo analizza il prototipo sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna e descrive il processo di dimensionamento dei componenti meccanici e le proposte di ottimizzazione a seguito dei risultati dei primi collaudi. Viene infine sviluppato un modello matematico per confrontare, in funzione dei costi di produzione e di esercizio, le possibilità di sostituzione dei metodi di generazione di energia elettrica convenzionali con l’impianto di cogenerazione termoelettrica realizzato, considerando anche aspetti di impatto ambientale. Tali analisi e ottimizzazioni consistono in un primo miglioramento necessario a rendere la tecnologia termoelettrica applicabile alle caldaie a biomassa stand-alone e a permettere una generazione continua di energia elettrica nelle regioni in cui le infrastrutture sono poco affidabili.

Aleksandra Kollontaj e la nuova donna sovietica

Questa tesi si propone di fare luce sulla figura e sulle idee di Aleksandra Michajlovna Kollontaj (San Pietroburgo 1987 – Mosca 1952), attivista per i diritti delle donne, bolscevica e membro del partito comunista sovietico, nel quadro della storia dell’Unione Sovietica dal 1917 all’inizio degli anni ’30 del Novecento. Verrà presentato l’articolo "Novaja ženščina", in cui l’autrice delinea un modello per tutte le future cittadine sovietiche: la cosiddetta 'donna nuova', che rifiuta la 'schiavitù' del ruolo esclusivo di madre e moglie e afferma la propria libertà attraverso il lavoro e l’impegno sociale Si riprenderanno le vicende del romanzo della Kollontaj "Vasilisa Malygina". L’eroina che dà il titolo all’opera è la trasposizione letteraria della donna nuova e rappresenta le contraddizioni di una 'creatura di transizione' fra l’epoca prerivoluzionaria e quella sovietica. In seguito verranno messe il luce le contraddizioni nelle proposte della Kollontaj. Per ultimo verrà delineato un quadro delle libertà civili introdotte nella Russia degli anni ’20 e il successivo ritorno, con la salita al potere di Stalin, alla repressione delle libertà e a un rigido controllo statale su tutti gli ambiti della vita. Si sottolineerà come il corso della storia non permise alle idee proposte dalla Kollontaj di affermarsi nella quotidianità della vita sovietica.

Realizzazione di un dispositivo elettromeccanico per la simulazione e per la ricerca di una soluzione stabile del sistema dinamico del pendolo inverso

Obiettivo della tesi è la realizzazione di un dispositivo in grado di riprodurre il sistema del pendolo inverso e di trovare soluzioni vicine alla posizione di equilibrio stabile. Verranno ricavate le equazioni del moto che descrivono il sistema attraverso la meccanica Lagrangiana. Una volta integrate numericamente le equazioni, si procederà con la ricerca di una funzione di controllo per mantenere in equilibrio il sistema: l'efficacia della soluzione verrà valutata graficamente, senza approfondire l'approccio proveniente dalla teoria del controllo che ne è alla base. Infine il sistema verrà realizzato praticamente ed utilizzeremo le stesse funzioni studiate in precedenza.

Valutazione della contaminazione microbica di banconote raccolte in diversi esercizi commerciali e alcuni bancomat

Lo scopo del mio elaborato è stato quello di valutare se il denaro potesse essere un veicolo di trasmissione di microrganismi. Esistono infatti reperti storici che indicano che il denaro veniva visto come probabile portatore di infezioni fatali come la “morte nera”, la peste bubbonica e le pandemie di polmoniti descritte in Europa. Vi sono anche altri studi che hanno indicato come patogeni isolati con maggiore frequenza dalle banconote microrganismi quali enterobatteri e stafilococchi. In questa sperimentazione mi sono occupato del campionamento microbiologico di banconote di vario taglio, raccolte prevalentemente in piccoli esercizi alimentari, sulle quali è stato fatto un tampone al fine di determinare la presenza di: coliformi totali, E. coli, S. aureus, altri stafilococchi, muffe, lieviti, carica batterica totale. Le analisi condotte hanno mostrato che nelle banconote non sono mai stati isolati ceppi di S. aureus, a differenza di quanto riportato nella letteratura. Simili considerazioni si possono fare anche per E. coli. Per quel che riguarda la carica batterica totale, le banconote più contaminate sono risultate essere quelle da 20 euro (valore medio 474 UFC/cm2). I tamponi microbiologici effettuati sui tagli da 50 euro sono stati gli unici ad essere caratterizzati da una elevata presenza di coliformi totali. In conclusione possiamo affermare che le banconote posso effettivamente costituire un importante veicolo di contaminazione microbica, che può poi trasferirsi anche su altri matrici, come prodotti alimentari. Considerando la pressione che viene esercitata dalle Autorità di controllo su tutte le fasi della catena alimentare, dalla produzione alla vendita al dettaglio, la variabile posta dalle possibili contaminazioni attraverso il maneggiamento e la circolazione delle banconote potrebbe quindi costituire un rischio reale, sia pure non ancora quantificato e forse non quantificabile.

Analisi del ciclo di lavorazione di un assy center cutter per escavazione.

L'elaborato riguarda l'analisi del ciclo di lavorazione di un assy center cutter, prodotto impiegato in macchinari (ad esempio: carotiere a cutter) per scavi verticali. In particolare verrà descritta brevemente l'azienda produttrice, per poi inoltrarsi nel cuore della tesi e analizzare il ciclo di lavorazione dei principali componenti del cutter, quali: carcassa, albero e perno. Seguirà una breve descrizione dei componenti secondari (guarnizioni, o-ring, sfere e rulli) e una panoramica generale sugli strumenti utilizzati per il controllo delle misure. In seguito verranno ripresi i cicli di lavorazione concentrandosi sugli utensili scelti per le varie operazioni. L'ultima parte tratterà la costificazione di ogni componente fino a giungere all'intero costo dell'assy center cutter secondo il metodo Full Costing.

Sviluppo di nuovi algoritmi di pianificazione per sistemi non olonomici e con dinamica non linerare

L'obiettivo del kinodynamic motion planning è quello di determinare una sequenza di input di controllo per guidare un agente da uno stato iniziale ad uno finale, rispettando la dinamica del corpo e i vincoli fisici. In questa tesi sono presentate diverse versioni di algoritmi basati su Rapidly-exploring Random Tree in grado di risolvere questo tipo di problema. In particolare è preso in considerazione il caso di un sistema non lineare con vincoli non olonomici, rappresentativo del rover in dotazione al progetto europeo SHERPA. La qualità degli approcci proposti è inoltre provata con alcuni test di navigazione, in ambiente simulato, confrontando gli algoritmi proposti con alcuni presi nella letteratura di riferimento.

Tecniche di demolizione controllata: una panoramica sull’uso dell’esplosivo nelle demolizioni civili.

In questo studio si è prima fatta una panoramica sulle tecniche di demolizione esistenti, sia controllate che non, elencandone i vantaggi e gli svantaggi, per poi passare, nel terzo capitolo, ad una descrizione dettagliata delle tecniche a demolizione controllata, soffermandosi in particolare sull’utilizzo dell’esplosivo e vagliandone le varie metodologie ed applicazioni. 8 In particolare dell’uso dell’esplosivo come tecnica di demolizione è stata vista la teoria ne supporta l’uso, dal dimensionamento delle cariche nei vari casi di utilizzo, al calcolo e prevenzione dei possibili effetti indesiderati. Infine, nel quarto capitolo, la teoria è stata messa in pratica in un esempio applicativo, sviluppandone tutte le fasi che precedono l’atto della demolizione vera e propria, dalle fasi pre-progettuali di raccolta dei dati necessari, al controllo di possibili interferenze e disturbi arrecati agli ipotetici edifici confinanti.

Analisi e ottimizzazione del flusso di approvvigionamento in una produzione su commessa: il caso CT Pack S.r.l.

La tesi ha l'obiettivo di analizzare e ottimizzare i flussi di approvvigionamento in un'azienda che produce su commessa: CT Pack S.r.L, specializzata nella realizzazione di macchine automatiche per il packaging di biscotti, gelato e cioccolato. Per raggiungere l'obiettivo si è preso come riferimento il modello proposto dal BPR (Business Process Reengineering): sono stati analizzati i principali attori coinvolti, in particolare fornitori e magazzino, mediante l'uso di KPI definiti ad hoc. Sulla base di questi sono stati individuati due processi critici: il primo riguarda la gestione del magazzino, che presenta un'elevata quantità di codici non movimentati anche a causa del processo di gestione del materiale avanzato al termine di ciascuna commessa; il secondo riguarda il materiale a consumo, che impiega i magazzinieri per un tempo eccessivo, è caratterizzato da giacenze per il 30% non movimentate e da supermarket collocati in officina ridondanti e caratterizzati da bassi tassi di utilizzo (anche sotto il 50%). Per risolvere questi problemi ed effettuare una riprogettazione si fa affidamento agli strumenti proposti dal project management: si imposta quindi un progetto che ha l'obiettivo di ridurre nel breve periodo il valore di magazzino mediante lo smaltimento attraverso diverse vie di codici non utilizzati e agisce nel lungo periodo per evitare che le criticità si ripropongano. Mediante la riprogettazione della gestione dei resi di produzione si prevede un maggior controllo, grazie al lavoro congiunto di ufficio tecnico e ufficio acquisti. La nuova gestione del materiale a consumo ha in se alcune delle tecniche proposte dalla lean production (il kanban, per esempio) e integra il fornitore nella catena di approvvigionamento, garantendo un maggior controllo sulle quantità, un risparmio di circa 7 h/mese di lavoro per i magazzinieri e una riduzione delle giacenze del 46%.

Analisi della stabilità motoria durante il cammino: come gli indici di variabilità e stabilità dell'accelerazione del centro di massa sono influenzati da processi cognitivi (dual-task)

La valutazione strumentale del cammino è solitamente svolta chiedendo ai soggetti semplicemente di camminare (ST). Tale condizione non rappresenta la quotidianità. Infatti, nella vita di tutti i giorni la locomozione richiede di adattarsi alle necessità individuali e il coinvolgimento di attività cognitive. I paradigmi di Dual-Task (DT) sono utilizzati per valutare i cambiamenti nella strategia di controllo del cammino in situazioni di vita quotidiana. In particolare, gli indici di performance, di variabilità e di stabilità, utilizzati nella valutazione del controllo motorio, potrebbero essere utili per valutare le interferenze cognitive durante il cammino. L’obiettivo del lavoro è di valutare come tali indici cambiano durante il Dual-Task. Sono stati reclutati 16 studenti, giovani e sani, della Facoltà di Ingegneria Biomedica di Cesena, ai quali è stato chiesto di compiere un cammino rettilineo di 250 m, senza ostacoli, all’aperto, in due condizioni: svolgendo la sola attività di cammino (ST); aggiungendo al precedente task, una sottrazione consecutiva di 7 ad alta voce, partendo da un numero casuale (DT). Tramite tre sensori inerziali tri-assiali, posti sul tronco (L5) e sulle caviglie, sono stati acquisiti i segnali di accelerazione e velocità angolare. Dopo aver calcolato, a partire da tali dati, indici di performance (numero di passi, cadence, velocità e tempo di esecuzione del test), di variabilità (Standard Deviation, Coefficient of Variation, Index of the Variance, Nonstationary Index, Poincare 4 Plots) e di stabilità (Harmonic Ratio e Index of Harmonicity), nelle due condizioni (ST e DT), è stata eseguita un’analisi statistica tra i due task. Le analisi statistiche condotte su tali indici hanno evidenziato che il DT influenza prevalentemente gli indici di performance (numero di passi, cadence, velocità e tempo di esecuzione del test) e in grado minore gli indici di variabilità e stabilità.

Studio e validazione sperimentale di un nuovo sistema per ultrafiltrazione in emodialisi

La dialisi, le cui basi sono state fondate a metà ottocento dal chimico Thomas Graham, è la terapia, alternativa al trapianto, utilizzata su pazienti affetti da insufficienza renale. Ad oggi tale terapia ha un numero sempre maggiore di utilizzatori, più di 2,5 milioni di persone al mondo, ragione per cui ha un impatto sempre più grande sul sistema sanitario. La terapia, ha come scopo principale quello ripristinare gli equilibri idro-elettrolitico e acido-base del sangue del paziente utilizzando principi quali ultrafiltrazione, convezione e diffusione. Per raggiungere questo obiettivo, il sangue del paziente viene fatto scorrere controcorrente al liquido di dialisi, di composizione nota, ai capi di una membrana semipermeabile. Nel caso dell’emodialisi tutto il processo si svolge in circolazione extracorporea. La dialisi viene eseguita quando i reni del paziente non riescono più a espletare la loro funzione, con conseguente accumulo di tossine e di liquidi, che nel giro di pochi giorni porterebbe alla morte se non si interviene. Data la sua funzione, una parte importante della macchina che esegue l’emodialisi, è il sistema di controllo dell’ultrafiltrazione, che permette di rimuovere in maniera controllata i liquidi che il paziente non riesce a smaltire in maniera autonoma. La rimozione di liquidi avviene mediante la creazione di un gradiente pressorio tra il lato sangue e il lato dializzato, che causa il passaggio di liquidi da una parte all’altra della membrana semipermeabile. Esistono vari metodi che permettono di realizzare questo processo, che si differenziano per la strategia utilizzata per creare i gradienti pressori; ognuno dei quali permette di ottenere una determinata accuratezza. Scopo del mio lavoro di tesi è stato quello di studiare e validare un nuovo sistema di realizzazione e controllo dell’ultrafiltrazione.