Applicazione di un modello bi-obiettivo per la progettazione sostenibile di sistemi produttivi riconfigurabili

Negli ultimi anni la competitività nei mercati è notevolmente cresciuta, la complessità dei prodotti industriali è considerevolmente aumentata e quest’ultimi devono ora essere accuratamente ottimizzati sotto ogni aspetto. I prodotti, oltre ad avere dei cicli di vita più brevi, sono soggetti a un’alta personalizzazione e a una domanda variabile. Per rimanere competitive, le aziende manifatturiere devono possedere nuovi tipi di sistemi di produzione che siano convenienti e molto reattivi a tutti questi cambiamenti del mercato, quali i Sistemi di produzione riconfigurabili (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). La particolarità di tali sistemi risiede nella capacità di cambiare rapidamente le loro strutture hardware e software, aspetto che li renda idonei a soddisfare la produzione moderna. Oltre agli aspetti produttivi, l’attenzione odierna è incentrata anche sulle tematiche ambientali legate al risparmio energetico durante i processi produttivi, alla riduzione delle quantità di CO2 emesse e alla sostenibilità ambientale. L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un modello di ottimizzazione multi-obiettivo che tenga conto sia della minimizzazione del tempo complessivo necessario alla movimentazione dei prodotti e alla riconfigurazione delle macchine, e sia della minimizzazione del consumo energetico. Tale modello è stato applicato ad un caso studio realistico che ha permesso di individuare un trade-off tecnico-ambientale individuando la frontiera di Pareto con punto di ottimo (134.6 min; 9346.3 kWh) che si discosta del 57% dal valore trovato ottimizzando la funzione tempo, e dello 0.76% dal valore ottenuto ottimizzando la funzione energia.

Paddler 4.0. Attrezzatura sportiva acquatica circolare e smart.

Paddler 4.0, attrezzatura sportiva acquatica circolare e smart si focalizza sul rapporto tra uomo-natura-sport, e su come queste tre dimensioni sono interconnesse tra di loro. Questa scelta è scaturita da una grande passione personale per l’ambiente marino e più in generale per il mare e ciò che rappresenta per moltissime persone. La tesi magistrale in Advanced Design è stata un’opportunità per approfondire meglio le diverse tematiche che avvolgono questo habitat e di poter realizzare un progetto inerente. Uomo-sport-natura sono tre dimensione che coesistono in una sola, la sostenibilità. In questa tesi vengono esposti diversi aspetti, tra cui la condizione ambientale odierna, gli sport acquatici analizzando la storia, la cultura, gli elementi tecnici e le diverse discipline, principalmente lo Stand Up Paddle “SUP” ed infine facendo un focus sui metodi e le tecnologie trasformative più utilizzate oggi. Il prodotto scaturito dall’argomento di tesi implementa al suo interno tutti questi elementi ponendo al centro il rispetto dell’ambiente, la circolarità e dando nuova vita a materiali di scarto, promuovendo e sensibilizzando l’utente verso comportamenti più etici. Inoltre, il progetto cerca di immettere sul mercato una nuova tipologia di prodotto che rispetta i criteri tecnico/funzionali del settore in cui si inserisce.

Il ruolo della digitalizzazione nella gestione del flusso documentale tecnico all'interno di un'azienda produttrice di beni strumentali

La crescente diffusione della Digitalizzazione all’interno di numerosi settori industriali sta trasformando le imprese, persino in aree che da sempre dipendono dalla materialità fisica. Infatti, grazie all’avviamento di una trasformazione digitale nell’operatività aziendale è possibile aumentare la propria efficienza produttiva e la propria flessibilità, producendo un effetto senza precedenti sulla competitività della catena del valore globale. Sebbene i vantaggi attuali e potenziali della produzione digitale siano notevoli, spesso le imprese manifatturiere risultano essere ritardatarie nell’adozione di strategie digitali. Più precisamente, il seguente elaborato di Tesi si è focalizzato sulla digitalizzazione degli elaborati tecnici meccanici all’interno di un’azienda leader nella progettazione e costruzione di macchine e linee personalizzate atte al confezionamento di prodotti farmaceutici e cosmetici: Marchesini Group S.p.A. In particolare, inizialmente lo studio si è concentrato sull’analisi dell’attuale utilizzo del disegno tecnico all’interno della catena produttiva di una macchina automatica e, successivamente, sull’elaborazione di una proposta di sviluppo di un applicativo che fosse in grado di eliminare efficacemente il formato cartaceo degli elaborati tecnici mediante una digitalizzazione degli stessi e dei processi gestionali che lo utilizzano. Pertanto, un primo obiettivo della presente Tesi è analizzare le diverse criticità connesse all’attuale gestione della produzione di una macchina automatica in termini di tempi, costi ed inefficienze dovute prevalentemente alla presenza del formato cartaceo dei documenti tecnici. In aggiunta, come secondo obiettivo, si vuole verificare che la proposta di sviluppo di un applicativo funzionale alla digitalizzazione dei disegni tecnici non comporterebbe dei benefici solamente in termini economici ma anche in termini di produttività, in quanto migliorerebbe le prestazioni all’interno dell’intero sistema produttivo.

Adozione del framework Arrowhead per l’automazione di scenari IoT: Discovery, Orchestrazione e Coreografia.

In questa tesi approfondiamo l’utilizzo del framework Arrowhead per creare una demo di un sistema per l’automazione IoT industriale. Il framework fornisce dei core specifici per il controllo di un sistema industriale nell’ottica dell’industria 4.0. Nello specifico prendiamo in analisi i tre core principali di Arrowhead, più un quarto, il Choreographer, interessante perchè fornisce servizi non comuni, ma molto utili, per la gestione di sistemi industriali. La demo è stata suddivisa in livelli per permettere un’analisi dettagliata dei vantaggi e delle scelte implementative che l’integrazione dei vari core apporta alla demo. Si è scelto, inoltre, di analizzare separatamente le scelte teoriche e pratiche che sono state effettuate nello sviluppo della demo. In questa tesi, quindi, analizziamo l’integrazione del framework Arrowhead all’interno di un sistema di IoT industriale e porteremo alla luce i vantaggi del suo utilizzo e per quale motivo non risulta essere competitivo nel suo mercato di appartenenza.

Progettazione e sviluppo di un supporto Industry 4.0 per la manutenzione predittiva di macchine in ambito farmaceutico

La mia tesi riguarda il progetto che ho sviluppato all'interno di IMA Active. Inizia con un'introduzione ai concetti e tecnologie presenti nell'Industry 4.0, ho illustrato i vantaggi dell'utilizzo di piattaforme per il monitoraggio e supporto alla manutenzione predittiva degli asset in ambito aziendale per poi addentrarmi nella demo che ho sviluppato in Python per simulare le funzionalità che dovranno essere implementate in un sistema terzo (di tipo OSISoft Pi). In questo percorso ho introdotto il concetto di DTW e Golden batch che sono stati indispensabili nello sviluppo del progetto.

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

DSAAR: distributed software architecture for autonomous robots

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica

Swordfish: an Autonomous Surface Vehicle for Network Centric Operations

The design and development of the swordfish autonomous surface vehicle (ASV) system is discussed. Swordfish is an ocean capable 4.5 m long catamaran designed for network centric operations (with ocean and air going vehicles and human operators). In the basic configuration, Swordfish is both a survey vehicle and a communications node with gateways for broadband, Wi-Fi and GSM transports and underwater acoustic modems. In another configuration, Swordfish mounts a docking station for the autonomous underwater vehicle Isurus from Porto University. Swordfish has an advanced control architecture for multi-vehicle operations with mixed initiative interactions (human operators are allowed to interact with the control loops).

Accelerating autonomous learning by using heuristic selection of actions

This paper investigates how to make improved action selection for online policy learning in robotic scenarios using reinforcement learning (RL) algorithms. Since finding control policies using any RL algorithm can be very time consuming, we propose to combine RL algorithms with heuristic functions for selecting promising actions during the learning process. With this aim, we investigate the use of heuristics for increasing the rate of convergence of RL algorithms and contribute with a new learning algorithm, Heuristically Accelerated Q-learning (HAQL), which incorporates heuristics for action selection to the Q-Learning algorithm. Experimental results on robot navigation show that the use of even very simple heuristic functions results in significant performance enhancement of the learning rate.

An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Road lane detection for autonomous robot guidance

Computational Vision stands as the most comprehensive way of knowing the surrounding environment. Accordingly to that, this study aims to present a method to obtain from a common webcam, environment information to guide a mobile differential robot through a path similar to a roadway.

Road lane detection for autonomous robot guidance

Computational Vision stands as the most comprehensive way of knowing the surrounding environment. Accordingly to that, this study aims to present a method to obtain from a common webcam, environment information to guide a mobile differential robot through a path similar to a roadway.

Autonomous bathymetry for risk assessment with ROAZ robotic surface vehicle

The use of unmanned marine robotic vehicles in bathymetric surveys is discussed. This paper presents recent results in autonomous bathymetric missions with the ROAZ autonomous surface vehicle. In particular, robotic surface vehicles such as ROAZ provide an efficient tool in risk assessment for shallow water environments and water land interface zones as the near surf zone in marine coast. ROAZ is an ocean capable catamaran for distinct oceanographic missions, and with the goal to fill the gap were other hydrographic surveys vehicles/systems are not compiled to operate, like very shallow water rivers and marine coastline surf zones. Therefore, the use of robotic systems for risk assessment is validated through several missions performed either in river scenario (in a very shallow water conditions) and in marine coastlines.

Autonomous Surface Vehicle Docking Manoeuvre with Visual Information

This work presents a hybrid coordinated manoeuvre for docking an autonomous surface vehicle with an autonomous underwater vehicle. The control manoeuvre uses visual information to estimate the AUV relative position and attitude in relation to the ASV and steers the ASV in order to dock with the AUV. The AUV is assumed to be at surface with only a small fraction of its volume visible. The system implemented in the autonomous surface vehicle ROAZ, developed by LSA-ISEP to perform missions in river environment, test autonomous AUV docking capabilities and multiple AUV/ASV coordinated missions is presented. Information from a low cost embedded robotics vision system (LSAVision), along with inertial navigation sensors is fused in an extended Kalman filter and used to determine AUV relative position and orientation to the surface vehicle The real time vision processing system is described and results are presented in operational scenario.

Marine Operations with the SWORDFISH Autonomous Surface Vehicle

IEEE Robótica 2007 - 7th Conference on Mobile Robots and Competitions, Paderne, Portugal 2007