Modellazione del Digital Twin e simulazioni di Virtual Commissioning di un centro di lavoro

Lo studio condotto è relativo allo sviluppo del Digital Twin di macchine automatiche finalizzato all’implementazione del cosiddetto Virtual Commissioning, cioè simulazioni virtuali della messa in servizio delle macchine per la verifica preliminare e/o ottimizzazione dei codici di controllo (Part Program o G-code). In particolare, il caso di studio trattato in questa tesi è la macchina F2F prodotta dall’Azienda GIULIANI (gruppo Bucci Automations S.p.a., Faenza – RA), con centro di lavoro bi-mandrino con tavola rotante azionato tramite controllore Fanuc. Dopo aver creato il Digital Twin della macchina, che ha richiesto come primo passo la digitalizzazione di alcuni componenti di cui non si avevano a disposizione i modelli CAD 3D, sono state effettuate simulazioni di cicli di lavoro di diversi semigrezzi, così da validare il modello in modo approfondito sulla base dell’esame di varie casistiche. In questa tesi si analizzano nel dettaglio il processo di sviluppo del modello e le procedure di simulazioni di Virtual Commissioning implementate sul software Eureka Virtual Machining (Roboris S.r.l., Pisa), delle quali vengono presentati i maggiori problemi riscontrati e illustrate le relative soluzioni. L’obiettivo è quello di fornire linee guida di carattere generale per affrontare anche in futuro le criticità più significative durante la fase di digitalizzazione delle macchine prodotte dall’Azienda. Inoltre, come applicazione particolare delle simulazioni Virtual Commissiong, è stata svolta un’attività di ottimizzazione per la riduzione del tempo di ciclo di lavoro di un pezzo, con lo scopo di incrementare la produttività della macchina. Infine, si fa notare che il produttore del software ha eseguito modifiche alla versione corrente di Eureka sulla base delle criticità che sono state riscontrate e segnalate durante lo sviluppo di questa tesi.

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.

Formulazione di particolato atmosferico sintetico e sviluppo di una tecnica di deposizione per studi di corrosione

Ad oggi il particolato (PM) viene considerato come uno dei principali inquinanti atmosferici e costituisce un fattore dannoso sia per la salute sia per l’ambiente essendo in grado di interagire sia con gli organismi che con i materiali. I rischi per l’uomo sono stati e sono tutt’ora studiati, mentre l’interazione del PM con le superfici non è stata ancora indagata completamente. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di formulare un particolato sintetico rappresentativo e sviluppare una tecnica di deposizione artificiale per via secca che possa simulare quella reale, con lo scopo di indagare poi, attraverso invecchiamento accelerato, l’influenza del PM sulla corrosione del bronzo. I composti scelti per ottenere una formulazione di particolato rappresentativa di siti urbani e non sono stati macinati ad una granulometria compatibile con quella del PM reale, poi sono stati miscelati. Successivamente, la deposizione secca è stata simulata con l’ausilio di un aerografo. Infine, l’invecchiamento accelerato è stato condotto in una camera climatica impostando un ciclo che simulava condizioni giorno-notte con parametri ambientali che fossero rappresentativi di giornate invernali ed estive. L’avanzamento dello stato di corrosione è stato valutato principalmente tramite analisi SEM-EDS e Raman. I risultati ottenuti fino ad ora sono promettenti per lo studio del ruolo del particolato nella corrosione del bronzo.

Progettazione e analisi di impianti fotovoltaici in bassa tensione e autoconsumo collettivo

La tesi si propone di fornire un’analisi degli impianti fotovoltaici in bassa tensione sia dal punto di vista progettuale che economico e analizzare il recente schema di autoconsumo collettivo. La tesi prevede l’analisi di tre progetti differenti. Il primo riguarda la progettazione di un impianto residenziale di piccola taglia che si trova ad affrontare le problematiche causate dagli ombreggiamenti generati dai camini, comportando l’utilizzo di ottimizzatori. Viene discussa la pratica di connessione in iter semplificato e viene effettuata un’analisi economica riguardante la convenienza dell’installazione dell’impianto, della convenienza del sistema di accumulo e degli ottimizzatori in tre scenari di costo dell’energia differenti. Il secondo riguarda la progettazione di un impianto residenziale di piccola taglia con ridotto ombreggiamento. Viene discussa la pratica di connessione in iter ordinario e viene effettuata un’analisi economica riguardante la convenienza dell’installazione dell’impianto e della convenienza del sistema di accumulo suddividendo i consumi dell’utente nelle fasce di consumo e considerando una tariffa bioraria. L’ultimo progetto riguarda un impianto condominiale nello schema di autoconsumo collettivo. Vengono discussi i risultati della progettazione eseguita con il software SOLergo e in particolare viene mostrato il calcolo del carico vento secondo la normativa NTC 2018 e viene effettuata la verifica a ribaltamento per controllare la stabilità del sistema. Successivamente viene effettuata un’analisi dettagliata degli ombreggiamenti su PVsyst attraverso la realizzazione tridimensionale del condominio. Viene poi analizzato lo schema dell’autoconsumo collettivo per poi effettuare un’analisi economica complessiva con l’obiettivo di analizzare l’influenza degli incentivi presenti, in particolare per l’autoconsumo collettivo e valutare se l’installazione del sistema di accumulo risulti conveniente per i condomini.

Implementazione di banca dati di immagini per lo sviluppo di algoritmi per la navigazione aerea automatica

Lo scopo di questo studio è l’implementazione di un sistema di navigazione autonomo in grado di calcolare la traiettoria di un mezzo aereo, noti che siano a priori dei punti di posizione detti waypoint. A partire da questa traiettoria, è possibile ottenere la sua rappresentazione in un codice che mette a disposizione immagini satellitari e ricavare le viste del terreno sorvolato in una serie di punti calcolati, in modo da garantire in ogni sequenza la presenza di elementi comuni rispetto a quella precedente. Lo scopo della realizzazione di questa banca dati è rendere possibili futuri sviluppi di algoritmi di navigazione basati su deep learning e reti neurali. Le immagini virtuali ottenute del terreno saranno in futuro applicate alla navigazione autonoma per agricoltura di precisione mediante droni. Per lo studio condotto è stato simulato un generico velivolo, con o senza pilota, dotato di una videocamera fissata su una sospensione cardanica a tre assi (gimbal). La tesi, dunque, introduce ai più comuni metodi di determinazione della posizione dei velivoli e alle più recenti soluzioni basate su algoritmi di Deep Learning e sistemi vision-based con reti neurali e segue in un approfondimento sul metodo di conversione degli angoli e sulla teoria matematica che ne sta alla base. Successivamente, analizza nel dettaglio il processo di simulazione della navigazione autonoma e della determinazione della traiettoria in ambiente software Matlab e Simulink, procedendo nell’analisi di alcuni casi di studio in ambienti realistici. L’elaborato si conclude con un breve riepilogo di quanto svolto e con alcune considerazioni sugli sviluppi futuri.

Analisi e Re-design dei flussi per lo sviluppo di nuovi prodotti: il caso Euro Company S.p.A. SB

I cambiamenti di mercato generano nelle aziende la necessità di modificare il proprio portafoglio prodotti per far sì che rimangano competitive. Euro Company è un’azienda che si occupa di commercializzare frutta secca e suoi derivati. Per mantenere il suo posizionamento, a seguito di queste variazioni, avvenute soprattutto negli ultimi anni, si è trovata ad inserire nuove referenze. Questo ha portato ad un aumento del carico di lavoro dovuto alla costante ricerca e sviluppo. Per questo motivo si è deciso di introdurre un nuovo reparto e di sviluppare i flussi ad esso collegati. L’obiettivo è stato quello di scrivere delle procedure che potessero essere seguite dai dipendenti coinvolti nel flusso. Per ogni singola attività, sono stati pensati degli strumenti o dei metodi che potessero essere implementati e che quindi sono stati messi in pratica. Un esempio riguarda il monitoraggio di ogni singola attività. Si è pensato che lo strumento più facile ed immediato potesse essere un Gantt, e, per questo motivo è stato implementato, così come da progetto. Un’altra attività introdotta a seguito d valutazioni interne aziendali è stata la possibilità di fare una analisi di fattibilità interna dei progetti, per verificare la convenienza economica nel ricorrere all’outsourcing o all’insourcing. Tutte le azioni proposte sono state accolte in maniera positiva e sono, ad oggi, utilizzate in azienda. Occorre però valutare a distanza di tempo se le tempistiche di progetto reali rispecchiano realmente quanto dichiarato dai dipendenti nel corso delle interviste. Questo perché, nel caso in cui si abbia un esito negativo, occorre valutare le azioni che hanno comportato un ritardo per valutare se è possibile ottimizzarle. Oltre a ciò, è interesse dell’azienda focalizzarsi solo sui progetti che possono garantire un ritorno in termini economici, quindi, grazie alle soluzioni proposte nell’elaborato, si avranno meno difficoltà nello svolgere ciò.

Studio di fattibilità e realizzazione di un veicolo a guida automatica per linee di assemblaggio

Lo scopo del progetto di IMA Automation, segmento di IMA S.p.A., è progettare un sistema di automazione da collocare nei magazzini e nell’intera catena logistica, con il fine di aumentare la produttività sia all’interno dei propri magazzini che rappresentare una valida soluzione per i clienti, automatizzando la supply chain. Il lavoro di tesi è stato strutturato in una fase preliminare di ricerca e di studio sullo stato dell’arte, atto ad approfondire le peculiarità delle soluzioni attualmente in commercio, seguita da una intensa attività di progettazione. Nello specifico, l’iter progettuale ha preso in considerazione vari aspetti, a partire dai requisiti di progetto e lo studio dell’identificazione della tipologia di batteria, fino al dimensionamento elettrico dei moduli componenti l’hardware della macchina, programmazione della sensoristica e la progettazione del telaio.

Applicazione ROS 2 di un robot antropomorfo in esecuzione su container VxWorks in architettura IMA

L’elaborato di tesi discute del progetto di integrazione tra ROS 2, framework open-source per lo sviluppo di applicazioni robotiche, e VxWorks, sistema operativo in tempo reale (RTOS), attraverso l’utilizzo di container OCI compliant su VxWorks. L’integrazione è stata svolta all’interno dello stack software di IMA (Industria Macchine Automatiche). Il progetto ha dunque integrato ROS 2 Humble e VxWorks 7 permettendo l’utilizzo di costrutti software di ROS 2 su dei container in esecuzione a livello User su VxWorks. Successivamente è stata creata una applicazione di pick and place con un robot antropomorfo (Universal Robots Ur5e) avvalendosi di ROS 2 Control, framework per l’introduzione e gestione di hardware e controllori, e MoveIt 2, framework per incorporare algoritmi di motion-planning, cinematica, controllo e navigazione. Una volta progettata l’applicazione, il sistema è stato integrato all’interno dell’architettura di controllo di IMA. L’architettura a container VxWorks di IMA è stata estesa per il caso ROS 2, la comunicazione tra campo e applicazione ROS 2 è passata tramite il master EtherCAT e il modulo WebServer presenti nell’architettura IMA. Una volta eseguito il container ROS 2 posizione e velocità dei servo motori sono stati inviati tramite al WebServer di IMA sfruttando la comunicazione VLAN interna. Una volta ricevuto il messaggio, il WebServer si è occupato di trasferirlo al master EtherCAT che in aggiunta si è occupato anche di ottenere le informazioni sullo stato attuale del robot. L’intero progetto è stato sviluppato in prima battuta in ambiente di simulazione per validarne l’architettura. Successivamente si è passati all’installazione in ambiente embedded grazie all’ausilio di IPC sui quali è stato testato l’effettivo funzionamento dell’integrazione all’interno dell’architettura IMA.

Sviluppo di Algoritmi di Localizzazione 3D Passiva per UAVs

Gli UAV, o meglio conosciuti come ‘droni’, sono aeromobili a pilotaggio remoto il cui utilizzo si estende dal settore militare a quello civile. Quest’ultimi, possono essere attrezzati con numerosi dispositivi accessori, come ad esempio disturbatori di frequenze. La simbiosi UAV-jammer attacca le comunicazioni wireless tramite interferenze a radiofrequenza, per degradare o interrompere il servizio offerto dalle reti. Questo elaborato, si concentra sull’analisi di algoritmi di localizzazione passiva, per stimare la posizione dell’UAV e interrompere l’interferenza. Inizialmente, viene descritto il segnale emesso dall’UAV, che utilizza lo standard di comunicazione 802.11a. A seguire, dato che la localizzazione passiva si basa sulle misure TDOA rilevate da una stazione di monitoraggio a terra, vengono presentati tre algoritmi di stima TDOA, tra i quali fast TDOA, adaptive threshold-based first tap detection e un algoritmo sviluppato per i nuovi sistemi GNSS. Successivamente, vengono esaminati tre algoritmi di localizzazione passiva, che sfruttano il principio dei minimi quadrati (LS), ovvero il CTLS, LCLS e CWLS. Infine, le prestazioni degli algoritmi di localizzazione vengono valutate in un ambiente di simulazione realistico, con canale AWGN o con canale ITU Extended pedestrian A.

Sviluppo di una metodologia operativa per la valutazione di potenziali sinergie di simbiosi industriale a livello territoriale

La maggiore consapevolezza dell’importanza dello sfruttamento di risorse ha contribuito a favorire una transizione da un modello di economia lineare ad uno circolare, basato sulla chiusura dei cicli di risorse e l’allungamento del ciclo di vita di un prodotto o servizio. La simbiosi Industriale si colloca in questo contesto come strategia per l’ottimizzazione delle risorse e prevede il trasferimento di scarti e sottoprodotti da un’azienda output ad una input, che le utilizzerà come risorse per i loro processi. L’instaurazione di rapporti di simbiosi industriale non è così immediata e necessita di un ente esterno che faciliti la collaborazione tra le aziende e fornisca supporto tecnico per la sua implementazione. In Italia ENEA rappresenta il principale ente di riferimento per l’implementazione di progetti di simbiosi industriale e ha sviluppato un ecosistema di strumenti al fine di guidare le aziende all’interno di percorsi di simbiosi industriale. L’obiettivo di questo lavoro è quello di formulare una metodologia per la valutazione preliminare di potenziali sinergie a livello territoriale, utilizzando dati storici riguardanti sinergie e presentare uno strumento applicativo basato su di essa. La prima parte è del lavoro è dedicata ad una ricerca bibliografica sui temi della simbiosi industriale, evidenziando vantaggi e il ruolo di ENEA. Di seguito verrà illustrata la metodologia sviluppata con i suoi step operativi, il cui obiettivo è quello di valutare la presenza di potenziali sinergie a livello territoriale, partendo da un database di aziende classificate per codici Ateco e uno di sinergie già attivate in precedenza. Infine, verrà presentato lo strumento di lavoro Microsoft Excel, programmato in VBA, che permette l’applicazione della metodologia. Per mostrarne il funzionamento si utilizzano dati estratti dalla banca dati AIDA per le aziende e dati dai database MAESTI e IS-DATA per le sinergie.

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell’aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l’impatto dell’adozione dei motori elettrici sui velivoli dell’aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si è preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell’elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parità di peso massimo al decollo e l’andamento di quest'ultimo in funzione dell’autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico è attualmente critica in quanto la ridotta densità di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.

Videogiochi e serie TV: gli adattamenti di Netflix

Il catalogo Netflix è colmo di serie tv e film tratti o il cui tema sono i videogame o il più ampio concetto di “gaming” in generale. Negli ultimi cinque anni circa Netflix ha annunciato importanti uscite di serie tv/film e collaborazioni in quest’ambito ritenendo quindi il mercato dei videogame un’importante risorsa da cui attingere, un modo per espandersi e ampliare il bacino di utenza con un catalogo sempre più ricco. Fondamentale un’introduzione sul concetto di transmedialità e ricerca di Netflix e sulla crescente importanza dei videogame sia a livello economico che culturale, prendendo in esame prima, brevemente, un assetto globale, e più approfonditamente le dinamiche statunitensi ed italiane. Per quanto riguarda le serie esclusivamente basate su videogame ho deciso di analizzarne quattro, tutte provenienti da giochi già molto conosciuti e che hanno avuto un notevole impatto nel settore videoludico nel corso degli ultimi dieci anni: The Witcher (2019 -), Arcane (2021 -), Castlevania (2017 - 2021) e Resident Evil (2022). Ogni serie ha un background diverso, The Witcher approda nel mercato come romanzo e solo poi viene adattato a videogame, quindi, ha già subito un primo processo di transmedialità. Arcane è tratto dalla storia di alcuni personaggi principali del famoso mondo di League of Legends, un multiplayer online (MOBA). Castlevania è basato sul gioco horror a piattaforma giapponese Castlevania III: Dracula’s Curse. Ed infine Resident Evil il secondo tentativo di approdo nella serialità televisiva da parte del famoso franchise. Lo scopo sarà dunque capirne le dinamiche di produzione e posizionamento sul mercato statunitense e successivamente su quello italiano: saranno presi in esame marketing, campagne pubblicitarie e ricezione del pubblico delle quattro serie. Saranno contemporaneamente messe a confronto per evidenziarne gli aspetti di comunione e divergenza per capire le ragioni dei successivi rinnovi, cancellazioni o ampliamenti di franchise.

Filosofi, uomini e bruti. Note per la storia di un'antropologia

pp. 105-125