<p>Na osnovu istraživanja u ovoj disertaciji i implemetiranog<br />softverskog rešenja za podršku upravljanju industrijskim<br />preduzećima utvrđeno je da sama implementacija ERP sistema nije<br />dovoljna, i da su potrebni MES sistemi koji pružaju informacije u<br />realnom vremenu koje pomažu da se donese odluka u cilju unapređenja<br />proizvodnih sistema i omogućuju kontrolu nad svim elementima<br />proizvodnog procesa, prema osnovnim načelima LEAN proizvodnje i<br />TQM.</p> / <p>Based on the research in this dissertation and implementation оf software<br />solution for support of management of industrial enterprises it was found that<br />implementation of ERP systems is not sufficient, and it is necessary<br />implementation of MES systems which provide real-time information for<br />making a decision for improvement of the production system and enable<br />control of all elements of the manufacturing process, according to the basic<br />principles of LEAN production and TQM.</p>

The aim of this work is focused on the application of electrospinning technology, an innovative manufacturing technique to design nanostructured polymers, for energy storage, energy harvesting and sensor applications. These nanostructures are suitable to increase specific performances of components: from the reduction of internal resistance of Lithium-ion batteries to the increase of specific electrical response of materials for energy harvesting. The increase of specific power of Lithium-ion batteries represents one of the key factors for the development of competitive storage systems for automotive and power grid. Indeed, electrochemical performances at high currents significantly decay, strongly limiting the competitiveness on the market beyond portable applications. Furthermore, recovery of dissipated energy will be one of the most promising challenges for the establishment of green technologies and for the reduction in power consumption. Finally, health monitoring and/or impact sensors could represent suitable technologies for the growth of smart materials. This Ph.D. thesis covers the study of PVdF-based polymers to develop enhanced materials for Lithium-ion batteries and energy harvesters. / Questa tesi verte sull’applicazione della tecnica dell’electrospinning per realizzare polimeri nanostrutturati da impiegare nel campo dell’accumulo energetico, del recupero dell’energia dissipata e della sensoristica. Queste nanostrutture possono incrementare la risposta specifica dei componenti: dalla riduzione della resistenza interna delle batterie Litio-ione all’incremento della risposta elettrica specifica di materiali per il recupero dell’energia. L’incremento della potenza specifica delle batterie Litio-ione rappresenta una delle maggiori sfide per lo sviluppo di sistemi di taglia elevata, per applicazioni nel settore “automotive” e per l’accumulo in rete. Infatti le prestazioni elettrochimiche ad elevate correnti decadono significativamente, limitando fortemente la competitività di tali accumulatori al di fuori delle applicazioni portatili. Inoltre il recupero dell’energia dissipata rappresenta una delle strategie più promettenti per lo sviluppo di tecnologie a basso impatto ambientale e per la riduzione dei consumi energetici. Infine sensori di impatto o sistemi per l’”health monitoring” realizzati mediante tali nanostrutture possono contribuire sensibilmente allo sviluppo di “smart materials”. Questa tesi di Dottorato concerne dunque lo studio di polimeri fluorurati a base PVdF per lo sviluppo di materiali innovativi per batterie Litio-ione e per dispositivi per il recupero dell’energia.

Le motivazioni alla base di questo lavoro di dottorato sono costituite dalla volontà di analizzare e applicare modelli innovativi per il ri-uso e la valorizzazione di risorse e sottoprodotti all’interno di processi industriali, integrando e ottimizzando i processi industriali stessi. L’obiettivo finale è stato quello di contribuire alla diffusione della “Cultura della Sostenibilità” in Emilia-Romagna, portando all’attenzione delle istituzioni l’esistenza di strumenti innovativi. Lo studio si è concentrato sul contesto comunitario e locale in materia di Sviluppo Sostenibile, Green Economy ed Economia Circolare (Capitolo 1), per poi analizzare e classificare i modelli di Economia Circolare e Simbiosi Industriale esistenti (Capitolo 2). In una seconda fase dell’attività di dottorato, questo è stato applicato sperimentalmente sul territorio regionale, nell’ambito di un progetto pilota finanziato da Unioncamere Emilia-Romagna e Aster, realizzato in collaborazione con ENEA UTTAMB e con il coinvolgimento dei laboratori della Rete Alta Tecnologia dell’Emilia-Romagna (Capitolo 3). L’ultima fase è consistita nell’analisi dei risultati dell’esperienza pilota, delle risposte delle imprese e dei centri di ricerca, e nell’analisi delle altre esperienze condotte in Italia in materia di simbiosi, al fine di individuare dei parametri che influiscono sull’applicabilità e sulla replicabilità di questi modelli (Capitolo 4). Tra i risultati principali ottenuti va citato l’inserimento della Simbiosi Industriale all’interno delle Smart Specialization Strategy – S3 dell’Emilia-Romagna e nel Piano Regionale di Gestione dei Rifiuti, oltre alla realizzazione di un progetto europeo in materia. Inoltre l’attività sperimentale pilota ha coinvolto 13 imprese, 7 laboratori e 2 enti, individuando 49 percorsi di simbiosi e 90 sinergie, portando alla redazione di 3 Manuali Operativi. L’attività pilota sul tema della Simbiosi Industriale ha consentito di attivare numerosi contatti con imprese e istituzioni del territorio. A questi risultati vanno aggiunti anche quelli legati alla produzione scientifica: nel complesso sono state realizzate 13 pubblicazioni scientifiche e 1 pubblicazione divulgativa. / The motivations of this PhD work are constituted by the willingness to analyze and implement innovative models for resources re-use and valorization in production processes. The ultimate goal was to help the spreading of the “sustainability culture” in Emilia-Romagna region, bringing to the attention of the institutions the existence of innovative models. The study focused on the EU and local context in matters of Sustainable Development, Green Economy and Circular Economy (Chapter 1), and on Circular Economy and Industrial Symbiosis (IS) models analysis and classification (Chapter 2). In a second phase of the PhD work, one selected model of Industrial Symbiosis was applied in Emilia-Romagna region, within the framework of a pilot project founded by Unioncamere Emilia-Romagna and Aster, realized with the collaboration of ENEA and the participation of laboratories pertaining to Emilia-Romagna High technology Network. In the last phase of the work the results of the pilot project and of other “circular economy experiences” in Emilia-Romagna were analyzed in order to identify the parameters that affect applicability and replicability of these models (Chapter 4). The main results of the work consist in the insertion of Industrial Symbiosis in Emilia-Romagna Region Smart Specialization Strategy (S3) and Waste Management Plan and in the realization of a European project on IS topic participated by Emilia-Romagna Region. The experimental pilot activity, indeed, has successfully involved 13 companies, 7 laboratories and 2 institutions, and has led to the publication of 13 scientific papers and 1 dissemination article.

The appropriate analysis of the response of distribution networks against Lightning Electro Magnetic Pulse (LEMP) – originated by nearby strikes – requires the availability of accurate coupling models in order to reproduce the real and complex configuration of distribution systems. The above models represent a fundamental tool for estimating the number of protective devices and their most appropriate location in order to guarantee a given minimum number of flashovers and outages per year. When dealing with real networks, such an optimization could require huge computational efforts due to the vast number of power components and feeders. This thesis thoroughly analyzes many of the possible engineering simplifications that, without losing accuracy, can be adopted in the statistical evaluation of the lightning performance of distribution networks in order to limit computational times. Particular attention is devoted to the effect of the ground conductivity on the LEMP and on the line parameters; two new analytical expressions for the evaluation of the inverse Laplace transform of the ground impedance matrix elements of multiconductor overhead lines are derived. The first expression is the inverse Laplace transform of Sunde’s logarithmic formula and is given in two equivalent forms. The second expression is the inverse Laplace transform of Sunde’s general integral expression. Finally, a procedure able to evaluate the lightning performance of a real medium-voltage distribution network, which includes several lines, transformers and surge protection devices is developed and proposed for the analysis of some real cases. Such a procedure allows inferring the characteristics of the statistical distributions of lightning-originated voltages at any point and phase of the network. The analysis aims at assessing the expected mean time between failures of transformers caused by both direct and indirect lightning strikes. / L'analisi della risposta di una rete elettrica di distribuzione a un campo elettromagnetico esterno generato da una scarica atmosferica richiede l'utilizzo di accurati modelli in grado di riprodurre la reale e complessa configurazione della rete. Tali modelli rappresentano uno strumento fondamentale per la stima del numero di dispositivi di protezione ed il loro appropriato collocamento al fine di garantire il numero minimo annuo di “flashovers” e interruzioni. In una rete di distribuzione reale, tale ottimizzazione può richiedere sforzi computazionali proibitivi a causa dell’elevatissimo numero di componenti di potenza e linee presenti. Questa tesi analizza in maniera esaustiva molteplici semplificazioni ingegneristiche adottabili, al fine di ridurre i tempi computazionali, nella valutazione statistica del numero annuo di guasti di una rete di distribuzione. Particolare attenzione è dedicata agli effetti della conducibilità finita del suolo sul campo irradiato dal fulmine e sui parametri delle linee. Nella tesi sono derivate due nuove espressioni analitiche per il calcolo della trasformata di Laplace inversa dell’impedenza del terreno. La prima è la trasformata di Laplace inversa dell’espressione di Sunde logaritmica ed è proposta in due forme equivalenti. La seconda è la trasformata di Laplace inversa della più generale espressione integrale di Sunde. Infine, si è sviluppata una procedura in grado di valutare la “lightning performance” di una rete di distribuzione in media tensione avente configurazione realistica, che comprende “feeder” principali e laterali, pali, cabine secondarie e dispositivi di protezione contro le sovratensioni. La procedura messa a punto, basata sull’applicazione del metodo di Monte Carlo, permette di calcolare l'ampiezza delle tensioni indotte da fulminazione in qualsiasi punto e in ogni fase della rete. L’attività ha riguardato anche la valutazione del tempo medio fra i guasti (MTBF) di ogni trasformatore MT / BT causati da fulminazione indiretta e diretta, parametro di fondamentale rilevanza per l’ente distributore.

The PhD research activity has taken place in the space debris field. In detail, it is focused on the possibility of detecting space debris from the space based platform. The research is focused at the same time on the software and the hardware of this detection system. For the software, a program has been developed for being able to detect an object in space and locate it in the sky solving the star field. For the hardware, the possibility of adapting a ground telescope for space activity has been considered and it has been tested on a possible electronic board.

<p>Istraživanja u okviru doktorske disertacije usmerena su ka razvoju<br />metode za projektovanje i optimizaciju sistema za montažu zasnovanih<br />na lean konceptu. Analizirani su postojeći instrumenti lean-a i posebno<br />je istražen njihov uticaj na razvoj sistema za montažu i analizu<br />ključnih parametara sistema. Na osnovu prethodnog istraživanja,<br />izvršena je selekcija instrumenata lean koncepta koji su<br />implementirani u metodu za projektovanje i optimizaciju sistema za<br />montažu. Verifikacija predložene metode realizovana je na studiji<br />slučaja optimizacije postojećeg sistema za montažu cirkulacionih<br />pumpi. Osim navedenog, izvršeno je i projektovanje potpuno novog<br />sistema za montažu cirkulacionih pumpi.</p> / <p>Research in this PhD thesis is focused on development of method for<br />optimization and design of assembly systems based on lean concept. Existing<br />instruments of lean are analysed especially their impact on development of<br />assembly system and key parameters analysis. Based on previous research a<br />selection of lean instruments was made and they were implemented in method<br />for optimization and design of assembly sustems. Verification of proposed<br />method was realized on case study where existing assembly system was<br />optimized. In adition to the above completely new assembly system was<br />designed using proposed method.</p>

This thesis is focused on Smart Grid applications in medium voltage distribution networks. For the development of new applications it appears useful the availability of simulation tools able to model dynamic behavior of both the power system and the communication network. Such a co-simulation environment would allow the assessment of the feasibility of using a given network technology to support communication-based Smart Grid control schemes on an existing segment of the electrical grid and to determine the range of control schemes that different communications technologies can support. For this reason, is presented a co-simulation platform that has been built by linking the Electromagnetic Transients Program Simulator (EMTP v3.0) with a Telecommunication Network Simulator (OPNET-Riverbed v18.0). The simulator is used to design and analyze a coordinate use of Distributed Energy Resources (DERs) for the voltage/var control (VVC) in distribution network. This thesis is focused control structure based on the use of phase measurement units (PMUs). In order to limit the required reinforcements of the communication infrastructures currently adopted by Distribution Network Operators (DNOs), the study is focused on leader-less MAS schemes that do not assign special coordinating rules to specific agents. Leader-less MAS are expected to produce more uniform communication traffic than centralized approaches that include a moderator agent. Moreover, leader-less MAS are expected to be less affected by limitations and constraint of some communication links. The developed co-simulator has allowed the definition of specific countermeasures against the limitations of the communication network, with particular reference to the latency and loss and information, for both the case of wired and wireless communication networks. Moreover, the co-simulation platform has bee also coupled with a mobility simulator in order to study specific countermeasures against the negative effects on the medium voltage/current distribution network caused by the concurrent connection of electric vehicles.

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, attraverso l’implementazione di correlazioni sperimentali microstrutture-proprietà meccaniche, permette la valutazione di proprietà e difettologie dei getti, fornendo un valido aiuto nell’ottimizzazione del prodotto finito e del relativo processo produttivo. / This work focuses on a numerical-experimental characterization of casting processes of sand ductile iron. Initially, a deep phase of literary review has been carried out in order to completely understand the effects of the process parameters (alloy chemical composition, melt treatment and cooling rates) on defects, microstructures and mechanical properties of castings and to evaluate the state of the art of the numerical instruments of simulation of solidification dynamics and microstructure prediction. Experimental casting equipments have been designed and developed in order to measure and control the cooling rates and to validate instrument of numerical simulation and microstructure prediction. Moreover, specific methods and instruments have been designed, tested and used in order to measure and analyze temperatures inside the central parts of castings, also in case of heavy sections. Metallographic samples of material, obtained with different conditions, have been studied by means of optical analysis in order to evaluate microstructural features gradient, verifying the effect of the considered process parameters on microstructures parameters such as dimension and distribution of graphite nodules and content of ferrite and pearlite. In heavy section castings, a strong influence of macrosegregation and convective phenomena on microstructures and defects was found. The main part of the activities focused on numerical simulation FEM of the performed casting processes. The measured data of temperatures and microstructures have been used for the validation and optimization of the numerical simulations and of the analytical-empirical models for microstructure prediction in a wide range of process condition. The use of reliable instruments for simulation of casting process, with the adding of the implementation of experimental correlation microstructures-mechanical properties, allows for the evaluation of final properties and defects of castings, giving an important help in the optimization of the final product and its relative production process.

Durante il periodo di dottorato, l’attività di ricerca di cui mi sono occupato è stata finalizzata allo sviluppo di metodologie per la diagnostica e l’analisi delle prestazioni di un motore automobilistico. Un primo filone di ricerca è relativo allo sviluppo di strategie per l’identificazione delle mancate combustioni (misfires) in un motore a benzina. La sperimentazione si è svolta nella sala prove della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna, nei quali è presente un motore Fiat 1.200 Fire, accoppiato ad un freno a correnti parassite, e comandato da una centralina virtuale, creata mediante un modello Simulink, ed interfacciata al motore tramite una scheda di input/output dSpace. Per quanto riguarda la campagna sperimentale, sono stati realizzati delle prove al banco in diverse condizioni di funzionamento (sia stazionarie, che transitorie), durante le quali sono stati indotti dei misfires, sia singoli che multipli. Durante tali test sono stati registrati i segnali provenienti sia dalla ruota fonica usata per il controllo motore (che, nel caso in esame, era affacciata al volano), sia da quella collegata al freno a correnti parassite. Partendo da tali segnali, ed utilizzando un modello torsionale del sistema motoregiunto-freno, è possibile ottenere una stima sia della coppia motrice erogata dal motore, sia della coppia resistente dissipata dal freno. La prontezza di risposta di tali osservatori è tale da garantirci la possibilità di effettuare una diagnosi misfire. In particolare, si è visto che l’indice meglio correlato ala mancata combustione risultaessere la differenza fra la coppia motrice e la coppia resistente; tale indice risulta inoltre essere quello più semplice da calibrare sperimentalmente, in quanto non dipende dalle caratteristiche del giunto, ma solamente dalle inerzie del sistema. Una seconda attività della quale mi sono occupato è relativa alla stima della coppia indicata in un motore diesel automobilistico. A tale scopo, è stata realizzata una campagna sperimentale presso i laboratori della Magneti Marelli Powertrain (Bologna), nella quale sono state effettuati test in molteplici punti motori, sia in condizioni di funzionamento “nominale”, sia variando artificiosamente alcuni dei fattori di controllo (quali Start of Injection, pressione nel rail e, nei punti ove è stato possibile, tasso di EGR e pressione di sovralimentazione), sia effettuando degli sbilanciamenti di combustibile fra un cilindro e l’altro. Utilizzando il solo segnale proveniente da una ruota fonica posta sul lato motore, e sfruttando un modello torsionale simile a quello utilizzato nella campagna di prove relativa alla diagnosi del misfire, è possibile correlare la componente armonica con frequenza di combustione della velocità all’armonica di pari ordine della coppia indicata; una volta stimata tale componente in frequenza, mediante un’analisi di tipo statistico, è possibile eseguire una stima della coppia indicata erogata dal motore. A completamento dell’algoritmo, sfruttando l’analisi delle altre componenti armoniche presenti nel segnale, è possibile avere una stima dello sbilanciamento di coppia fra i vari cilindri. Per la verifica dei risultati ottenuti, sono stati acquisiti i segnali di pressione provenienti da tutti e quattro i cilindri del motore in esame.

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