Definizione e validazione di un modello elettromeccanico per l'ottimizzazione dei servomeccanismi nelle macchine automatiche

In questo lavoro viene mostrato come costruire un modello elettromeccanico per il sistema costituito da motore elettrico-riduttore-trasmissione-carico. Il modello è progettato per essere implementato su software di simulazione. Sono illustrati aspetti relativi ai componenti del sistema, alla dinamica dei meccanismi, a modelli di perdite elettriche nei motori ed alle modalità di costruizione del software di simulazione. Sono infine mostrati i risultati di alcune simulazioni.

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.

Manutenzione su condizione e analisi dei ricambi per macchine automatiche nell’ottica industria 4.0. Il caso SACMI S.C.

In questo elaborato di tesi si affronta uno studio inerente alla Manutenzione su Condizione (CBM), applicata ad una macchina automatica adibita alla produzione di capsule in plastica, in collaborazione con il gruppo SACMI S.C. di Imola. Nel Capitolo 1 viene fornita una introduzione sul tema della manutenzione e sulla sua evoluzione dalla prima rivoluzione industriale ad oggi. Nel Capitolo 2 vengono descritti i principi teorici della manutenzione predittiva e se ne analizza lo stato dell’arte. Nel Capitolo 3 viene fornita una introduzione sull’azienda SACMI S.C. e in seguito vengono descritte nel dettaglio le macchine sulle quali si sono concentrate le successive analisi. Nel Capitolo 4 viene approfondito l’estrusore, uno dei componenti principali delle macchine analizzate. Nel Capitolo 5 viene presentato un esempio di valutazione dell’efficienza di alcune macchine collegate in serie attraverso il calcolo di un indicatore chiamato Overall Equipment Effectiveness (OEE). Il Capitolo 6 rappresenta il cuore della tesi e contiene tutte le analisi di CBM effettuate durante il periodo di tirocinio. Vengono analizzati i principali gruppi funzionali della macchina a partire da quelli più critici per tempi o costi di manutenzione. Le analisi sono state condotte ricercando all’interno di tutto il parco macchine quelle che presentavano delle condizioni di funzionamento sospette. Nel Capitolo 7 vengono presentate alcune analisi relative ai tempi di fermo macchina dovuti alle manutenzioni preventive e ai costi dei ricambi previsti dal manuale di manutenzione. Queste analisi vengono poi declinate su un caso reale nel quale si calcola il costo dei ricambi negli ultimi cinque anni distinguendo tra costi dovuti ad azioni preventive o correttive. Nel Capitolo 8 vengono presentate le conclusioni, mentre nel Capitolo 9 sono presentati gli sviluppi futuri di questo lavoro.

Progettazione e realizzazione di un'infrastruttura dati per la diagnostica di cuscinetti di macchine automatiche per il confezionamento

Le macchine automatiche per il confezionamento sono sistemi complessi composti da molte parti soggette a usura. Con ritmi di produzione di migliaia di pezzi l’ora, l’eventualità di un guasto e del conseguente fermo macchina, può avere ripercussioni economiche considerevoli per un’azienda. Sempre più risorse, per tale motivo, vengono dedicate allo sviluppo di tecniche per incrementare l’affidabilità dei macchinari, e che riducano al contempo, il numero e la durata degli interventi manutentivi. In tal senso, le tecniche di manutenzione predittiva permettono di prevedere, con un certo grado di accuratezza, il tempo di vita residuo dei componenti delle macchine; consentendo l’ottimizzazione della programmazione degli interventi di manutenzione. Appositi sensori installati sui macchinari permettono l’acquisizione di dati, la cui analisi è alla base di tali tecniche. L'elaborato descrive il progetto e la realizzazione di un’infrastruttura software, nell’ambiente di sviluppo Matlab, per l’elaborazione automatizzata di dati di vibrazione. Il sistema proposto, attraverso il monitoraggio dei parametri rms e kurtosis, consiste in strumento di ausilio per la diagnostica di cuscinetti. Il progetto è stato realizzato sulla base di veri dati storici messi a disposizione da un'azienda del settore. L’elaborato affronta inizialmente il problema dell’accuratezza e affidabilità dei campioni, proponendo soluzioni pratiche per la valutazione della qualità e selezione automatica dei dati. Segue la descrizione del processo di estrapolazione dei parametri sopraccitati, nel caso di cuscinetti in moto non stazionario, con profilo di velocità periodico. Nella terza parte è discussa la metodologia con cui istruire il sistema affinché possa, attraverso la redazione di report sullo stato dei componenti, fungere da strumento di diagnosi. L’ultimo capitolo descrive gli strumenti del toolbox per l’analisi dati che è stato realizzato allo scopo di aumentare potenzialità del sistema di diagnostica.

Applicazione di tecniche di Reliability, Availability e Maintainability analysis in un’azienda produttrice di macchine automatiche. Il caso Ima S.p.A.

Il seguente lavoro di tesi è nato durante un’attività di stage della durata di 7 mesi svolto all’interno della divisione Tea&Coffe di IMA S.p.A., azienda leader mondiale nella produzione di macchine automatiche per il confezionamento di prodotti farmaceutici, cosmetici, alimentari, tè e caffè. Le attività svolte si collocano all’interno di un progetto avviato da IMA per promuovere il passaggio ad un modello di industria necessariamente più evoluta, facendo leva sull’attitudine ad integrare e sviluppare nuove conoscenze e nuove tecnologie interdisciplinari e, allo stesso tempo, di massimizzare la sinergia tra le dimensioni tecnica ed economica, comportando una reale riduzione di sprechi nella filiera produttiva, commerciale ed ambientale. I moderni impianti di produzione devono infatti affrontare una sfida che li vede alla continua ricerca della produttività, ovvero di una produzione che remuneri velocemente e con ampi margini gli investimenti effettuati, della qualità dei prodotti e dei processi di produzione, ovvero della garanzia di soddisfacimento delle aspettative espresse ed inespresse del cliente, e della sicurezza per la salvaguardia della collettività e dell’ambiente. L’obiettivo di questo elaborato è stato quello di effettuare lo studio affidabilistico di una macchina automatica per la produzione di bustine di tè al fine di poterne studiare il suo comportamento al guasto e di elaborare in un secondo momento le politiche manutentive ottimizzate che ne permettano una gestione più efficiente. In questo ambito la macchina è stata scomposta in gruppi e sono stati esaminati tutti i pezzi di ricambio che sono stati richiesti in un arco temporale di durata pari a dieci anni, il fine è quello di poter individuare ed effettuare un’analisi affidabilistica dei componenti critici per poi procedere, attraverso l’uso di piattaforme software quali Weibull++ e Blocksim, col modellarne le distribuzioni statistiche e simulare il funzionamento del sistema nel suo complesso.

Gestione degli ordini di ‘Scheduling Agreement’ e confronto tra soluzioni di magazzino in un’azienda produttrice di macchine automatiche: il caso ACMA S.p.A.

Con la presente tesi di laurea si vuole analizzare la nuova procedura di ordini di “Scheduling Agreement” all’interno della realtà aziendale di ACMA S.p.A., azienda produttrice di macchine automatiche. Con il termine Scheduling Agreement si identifica una gestione di ordini con il fornitore, il quale mantiene i pezzi prodotti all’interno del proprio magazzino per massimo 18 mesi. L’accordo si basa sul principio per cui il fornitore ha una maggiore continuità di fornitura mentre ACMA S.p.A. vede un risparmio degli investimenti aziendali e nel tempo di approvvigionamento. Il principale focus dello studio verterà sulla proposta di soluzioni di stoccaggio per ricercare un punto di ottimo che permetta di ridurre al minimo il rischio di stock out e al tempo stesso minimizzi il livello delle scorte. L’analisi partirà con l’identificazione dei prodotti per cui risulta conveniente aprire uno Scheduling. Tale processo valutativo si estrinseca nell’analisi di due parametri fondamentali: frequenza e consumo. Verranno poi analizzati alcuni casi TO BE con il fine di trovare il Lead Time migliore per ridurre al minimo le giacenze ed evitare rotture di stock. Questi studi utilizzano il software di estrapolazione dati “SAP” per poi analizzarli sulla piattaforma Excel e forniscono una valutazione realistica nella gestione di tale procedura in ACMA S.p.A.. La soluzione conclusiva riesce a risolvere il problema di stock out introducendo la “scorta di sicurezza” calcolata sulla domanda futura. In particolare, utilizzando un Lead Time di approvvigionamento di 21 giorni si è riusciti a ridurre del 75% le scorte a magazzino rispetto al caso più cautelativo, mantenendo comunque basso il rischio di stock out. I risultati ottenuti forniranno un effettivo miglioramento delle prestazioni dell’azienda e il modello verrà sfruttato in futuro per l’applicazione iterativa della soluzione descritta, con risparmio di tempo e di fondi aziendali.

Studio dei meccanismi molecolari coinvolti nel determinismo sintomatologico di piante infette da virus e virus-satelliti

The aim of our work was to study the molecular mechanisms involved in symptoms appearance of plants inoculated either with a virus or with a virus-satellite complex. In the first case, we tried to set up a reliable method for an early identification of PVYNTN strains present in Italy and causing potato tuber necrosis. This, to prevent their spread in the field and to avoid severe yield losses, especially in seed potato production. We tried to localize the particular genomic region responsible for tuber necrosis. To this purpose, we carried out RT-PCR experiments using various primer combinations, covering PVY genomic regions larger than those previously used by other authors. As the previous researchers, though, we were not able to differentiate all NTN from others PVY strains. This probably because of the frequent virus variability, due to both genomic mutations and possible recombination events among different strains. In the second case, we studied the influence of Y-sat (CaRNA5 satellite) on symptoms of CMV (Cucumber mosaic virus) in Nicotiana benthamiana plants: strong yellowing appearance instead of simple mosaic. Wang et al (2004), inoculating the same infectious complex on tobacco plants transformed with a viral suppressor of plant silencing (HC-PRO), did not experience the occurrence of yellowing anymore and, therefore, hypotesized that changes in symptoms were due to plant post transcriptional gene silencing (PTGS) mechanism. In our case, inoculation of N. benthamiana plants transformed with another PTGS viral suppressor (p19), and other plants defective for RNA polymerase 6 (involved in systemic silencing), still resulted in yellowing appearance. This, to our opinion, suggests that in our system another possible mechanism is involved.

Produzione di virus sintetici per lo studio dei meccanismi di interazione coinvolti nell'induzione di resistenza

Beet soil-borne mosaic virus (BSBMV) and Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) are members of Benyvirus genus. BSBMV has been reported only in the United States while BNYVV has a worldwide distribution. Both viruses are vectored by Polymyxa betae, possess similar host ranges, particles number and morphology. Both viruses are not serologically related but have similar genomic organizations. Field isolates consist of four RNA species but some BNYVV isolates contain a fifth RNA. RNAs 1 and 2 are essential for infection and replication while RNAs 3 and 4 play important roles on plant and vector interactions, respectively. Nucleotide and amino acid analyses revealed BSBMV and BNYVV are different enough to be classified in two different species. Additionally in BNYVV/BSBMV mixed infections, a competition was previous described in sugar beet, where BNYVV infection reduces BSBMV accumulation in both susceptible and resistant cultivars. Considering all this observations we hypothesized that BNYVV and BSBMV crossed study, exploiting their similarities and divergences, can improve investigation of molecular interactions between sugar beets and Benyviruses. The main achievement of our research is the production of a cDNA biologically active clones collection of BNYVV and BSBMV RNAs, from which synthetic copies of both Benyviruses can be transcribed. Moreover, through recombination experiments we demonstrated, for the first time, the BNYVV RNA 1 and 2 capability to trans-replicate and encapsidate BSBMV RNA 3 and 4, either the BSBMV RNA 1 and 2 capability to replicate BNYVV RNA2 in planta. We also demonstrated that BSBMV RNA3 support long-distance movement of BNYVV RNA 1 and 2 in B. macrocarpa and that 85 foreign sequence as p29HA, GFP and RFP, are successfully expressed, in C. quinoa, by BSBMV RNA3 based replicon (RepIII) also produced by our research. These results confirm the close correlation among the two viruses. Interestingly, the symptoms induced by BSBMV RNA-3 on C. quinoa leaves are more similar to necrotic local lesions caused by BNYVV RNA-5 p26 than to strongly chlorotic local lesions or yellow spot induced by BNYVV RNA- 3 encoded p25. As previous reported BSBMV p29 share 23% of amino acid sequence identity with BNYVV p25 but identity increase to 43% when compared with sequence of BNYVV RNA-5 p26. Based on our results the essential sequence (Core region) for the longdistance movement of BSBMV and BNYVV in B. macrocarpa, is not only carried by RNA3s species but other regions, perhaps located on the RNA 1 and 2, could play a fundamental role in this matter. Finally a chimeric RNA, composed by the 5’ region of RNA4 and 3’ region of RNA3 of BSBMV, has been produced after 21 serial mechanically inoculation of wild type BSBMV on C. quinoa plants. Chimera seems unable to express any protein, but it is replicated and transcript in planta. It could represent an important tool to study the interactions between Benyvirus and plant host. In conclusion different tools, comprising a method to study synthetic viruses under natural conditions of inoculum through P. Betae, have been produced and new knowledge are been acquired that will allow to perform future investigation of the molecular interactions between sugar beets and Benyviruses.

Stenodactilina e lanceolina: due nuove potenti “ribosome-inactivating proteins” bicatenarie. Purificazione, caratterizzazione chimico-fisica e studio dei meccanismi citotossici

Two lectins, called lanceolin and stenodactylin, were purified by affinity chromatography on CL Sepharose 6B from the caudices of the Passifloraceae Adenia lanceolata and Adenia stenodactyla, respectively. They are glycoproteins with Mw of 61,243 (lanceolin) and 63,131 daltons (stenodactylin), consisting of an enzymatic A chain linked to a larger B chain with lectin properties, with N-terminal amino acid sequences similar to that of volkensin, the toxic lectin from Adenia volkensii. These two lectins agglutinate red blood cells, inhibit protein synthesis in a cell-free system as well as in whole cells, and depurinate ribosomes and DNA, but not tRNA or poly(A). They are highly toxic to cells, in which they induce apoptosis and strongly inhibit protein synthesis, and to mice, with LD50s 8.16 mg/kg (lanceolin) and 2.76 mg/kg (stenodactylin) at 48 hours after administration. Thus, lanceolin and stenodactylin have all the properties of the toxic type 2 ribosomeinactivating proteins (RIPs). Further experiments were conducted in order to clarify the effects of these RIPs in cells. We investigated the cronological relationship between cytotoxic activity, indirectly evaluated as inhibition of protein synthesis, and loss of cell viability in NB100 cell line. The induction of apoptosis was assessed by determining caspases 3 and 7 levels, which increase 8-16 hours earlier than the beginning of protein synthesis inhibition. This suggest that the arrest of protein synthesis is not a central event in the pathway of cell poisoning by RIPs. The high toxicity and the induction of cell death only by apoptosis and not by necrosis in two muscular cell lines (TE671 and RD/18) suggest that lanceolin and stenodactylin may be potential candidates for experimental chemoablation in strabism and blepharospasm. These results show that lanceolin and stenodactylin are amongst the most potent toxins of plant origin.

Studio molecolare dei meccanismi dell'autoincompatibilità gametofitica in pero europeo (Pyrus communis)

Self-incompatibility (SI) systems have evolved in many flowering plants to prevent self-fertilization and thus promote outbreeding. Pear and apple, as many of the species belonging to the Rosaceae, exhibit RNase-mediated gametophytic self-incompatibility, a widespread system carried also by the Solanaceae and Plantaginaceae. Pear orchards must for this reason contain at least two different cultivars that pollenize each other; to guarantee an efficient cross-pollination, they should have overlapping flowering periods and must be genetically compatible. This compatibility is determined by the S-locus, containing at least two genes encoding for a female (pistil) and a male (pollen) determinant. The female determinant in the Rosaceae, Solanaceae and Plantaginaceae system is a stylar glycoprotein with ribonuclease activity (S-RNase), that acts as a specific cytotoxin in incompatible pollen tubes degrading cellular RNAs. Since its identification, the S-RNase gene has been intensively studied and the sequences of a large number of alleles are available in online databases. On the contrary, the male determinant has been only recently identified as a pollen-expressed protein containing a F-box motif, called S-Locus F-box (abbreviated SLF or SFB). Since F-box proteins are best known for their participation to the SCF (Skp1 - Cullin - F-box) E3 ubiquitine ligase enzymatic complex, that is involved in protein degradation through the 26S proteasome pathway, the male determinant is supposed to act mediating the ubiquitination of the S-RNases, targeting them for the degradation in compatible pollen tubes. Attempts to clone SLF/SFB genes in the Pyrinae produced no results until very recently; in apple, the use of genomic libraries allowed the detection of two F-box genes linked to each S haplotype, called SFBB (S-locus F-Box Brothers). In Japanese pear, three SFBB genes linked to each haplotype were cloned from pollen cDNA. The SFBB genes exhibit S haplotype-specific sequence divergence and pollen-specific expression; their multiplicity is a feature whose interpretation is unclear: it has been hypothesized that all of them participate in the S-specific interaction with the RNase, but it is also possible that only one of them is involved in this function. Moreover, even if the S locus male and female determinants are the only responsible for the specificity of the pollen-pistil recognition, many other factors are supposed to play a role in GSI; these are not linked to the S locus and act in a S-haplotype independent manner. They can have a function in regulating the expression of S determinants (group 1 factors), modulating their activity (group 2) or acting downstream, in the accomplishment of the reaction of acceptance or rejection of the pollen tube (group 3). This study was aimed to the elucidation of the molecular mechanism of GSI in European pear (Pyrus communis) as well as in the other Pyrinae; it was divided in two parts, the first focusing on the characterization of male determinants, and the second on factors external to the S locus. The research of S locus F-box genes was primarily aimed to the identification of such genes in European pear, for which sequence data are still not available; moreover, it allowed also to investigate about the S locus structure in the Pyrinae. The analysis was carried out on a pool of varieties of the three species Pyrus communis (European pear), Pyrus pyrifolia (Japanese pear), and Malus × domestica (apple); varieties carrying S haplotypes whose RNases are highly similar were chosen, in order to check whether or not the same level of similarity is maintained also between the male determinants. A total of 82 sequences was obtained, 47 of which represent the first S-locus F-box genes sequenced from European pear. The sequence data strongly support the hypothesis that the S locus structure is conserved among the three species, and presumably among all the Pyrinae; at least five genes have homologs in the analysed S haplotypes, but the number of F-box genes surrounding the S-RNase could be even greater. The high level of sequence divergence and the similarity between alleles linked to highly conserved RNases, suggest a shared ancestral polymorphism also for the F-box genes. The F-box genes identified in European pear were mapped on a segregating population of 91 individuals from the cross 'Abbé Fétel' × 'Max Red Bartlett'. All the genes were placed on the linkage group 17, where the S locus has been placed both in pear and apple maps, and resulted strongly associated to the S-RNase gene. The linkage with the RNase was perfect for some of the F-box genes, while for others very rare single recombination events were identified. The second part of this study was focused on the research of other genes involved in the SI response in pear; it was aimed on one side to the identification of genes differentially expressed in compatible and incompatible crosses, and on the other to the cloning and characterization of the transglutaminase (TGase) gene, whose role may be crucial in pollen rejection. For the identification of differentially expressed genes, controlled pollinations were carried out in four combinations (self pollination, incompatible, half-compatible and fully compatible cross-pollination); expression profiles were compared through cDNA-AFLP. 28 fragments displaying an expression pattern related to compatibility or incompatibility were identified, cloned and sequenced; the sequence analysis allowed to assign a putative annotation to a part of them. The identified genes are involved in very different cellular processes or in defense mechanisms, suggesting a very complex change in gene expression following the pollen/pistil recognition. The pool of genes identified with this technique offers a good basis for further study toward a better understanding of how the SI response is carried out. Among the factors involved in SI response, moreover, an important role may be played by transglutaminase (TGase), an enzyme involved both in post-translational protein modification and in protein cross-linking. The TGase activity detected in pear styles was significantly higher when pollinated in incompatible combinations than in compatible ones, suggesting a role of this enzyme in the abnormal cytoskeletal reorganization observed during pollen rejection reaction. The aim of this part of the work was thus to identify and clone the pear TGase gene; the PCR amplification of fragments of this gene was achieved using primers realized on the alignment between the Arabidopsis TGase gene sequence and several apple EST fragments; the full-length coding sequence of the pear TGase gene was then cloned from cDNA, and provided a precious tool for further study of the in vitro and in vivo action of this enzyme.