Ingegneria Meccanica per la Progettazione e la Produzione

L'obiettivo del corso è consentire agli studenti di ampliare le proprie conoscenze sui processi di produzione industriale, considerando anche l'evoluzione che l'industria sta vivendo oggi, verso obiettivi di produzione più flessibili ed efficienti in termini di utilizzo risorse. Il corso affronta questi aspetti presentando i fondamenti dei processi di produzione non convenzionali, partendo da un confronto con i paradigmi di produzione consolidati. Verranno inoltre presentate le caratteristiche fondamentali e gli sviluppi più recenti nel campo dei materiali per l'industria, con particolare attenzione al caso delle leghe metalliche. Di conseguenza, gli studenti acquisiranno conoscenze sui complessi meccanismi termici, chimici e meccanici che si verificano durante i processi di trasformazione e comprenderanno come questi meccanismi influenzino le prestazioni dei prodotti finiti. Infine, il corso fornirà le conoscenze fondamentali necessarie per prendere decisioni consapevoli sul processo tecnologico più appropriato per produrre componenti in base alle specifiche esigenze, bilanciando aspetti economici, prestazionali e tecnologici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti devono dimostrare di conoscere i complessi meccanismi che determinano il comportamento dei materiali sottoposti a lavorazioni non convenzionali, la loro risposta a condizioni operative variabili quali temperatura e sollecitazioni applicate, nonché la manipolazione delle proprietà attraverso trattamenti appropriati. Devono inoltre dimostrare di conoscere le tecnologie di produzione e lavorazione che utilizzano mezzi non convenzionali (laser, ultrasuoni, attrito, sostanze chimiche, ecc.) e comprendere come i materiali rispondono alle complesse sollecitazioni a cui sono sottoposti durante questi processi. Infine, gli studenti devono dimostrare di conoscere i principali difetti e le cause dei difetti e delle discrepanze che potrebbero insorgere nella produzione dei pezzi ottenuti in base ai vari processi e le principali tecniche di indagine per la valutazione della loro integrità attraverso mezzi non distruttivi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti devono dimostrare la capacità di selezionare, tra le varie classi di materiali, quelli con caratteristiche ottimali per un determinato obiettivo e di utilizzare i trattamenti necessari, quando richiesto, per ottenere le caratteristiche desiderate. Inoltre, il corso mira a consentire agli studenti di acquisire una visione critica riguardo alla selezione del processo di produzione più appropriato per una data applicazione e di valutare le conseguenti implicazioni economiche, tecniche e ambientali. Inoltre, gli studenti saranno in grado di comprendere i meccanismi che modificano le proprietà del materiale durante i processi di fabbricazione, che ne determinano le prestazioni, anche attraverso un confronto con il caso dei metodi di fabbricazione convenzionali. La fase finale della valutazione richiede agli studenti di dimostrare la loro capacità di valutare la qualità dei prodotti fabbricati utilizzando diversi processi di produzione. Devono inoltre sviluppare la capacità di scegliere le tecniche di indagine non distruttive appropriate per identificare le cause delle differenze tra i prodotti.

Parte I: Fondamenti e recenti sviluppi nello sviluppo dei materiali ingegnerizzati
Classificazione generale e recenti sviluppi dei materiali ingegnerizzati
Meccanismi di incremento delle prestazioni dei materiali metallici
Fondamenti delle leghe ferrose e non ferrose
Parte II: Processi di produzione non convenzionali
Considerazioni generali e confronto con i metodi di produzione tradizionali
Lavorazioni chimiche ed elettrochimiche
Lavorazioni con raggio laser
Lavorazione a ultrasuoni
Lavorazioni a getto d'acqua e abrasivo
Metallurgia delle polveri: metodi di produzione delle polveri e processo di sinterizzazione
Fondamenti delle tecnologie di produzione additiva
Il processo di Friction Stir Welding
Controlli non distruttivi (NDT)

Esame orale

Materiale fornito dal docente.

Il corso si propone di fornire conoscenze sulla metodologia numerica per l’analisi strutturale mediante il Metodo degli Elementi Finiti (FEM), nonché nozioni di base sull’analisi numerica multibody, insieme allo sviluppo di competenze pratiche su casi studio fondamentali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisirà conoscenze e capacità di comprensione delle problematiche connesse ai metodi numerici applicati alla progettazione strutturale. Il percorso formativo si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali e gli strumenti metodologici necessari per l’analisi di semplici componenti meccanici. Tali strumenti consentiranno di comprendere le relazioni causali tra il problema fisico, il modello numerico che lo rappresenta e la relativa soluzione, nonché le principali relazioni della meccanica strutturale e le loro implicazioni nei diversi ambiti applicativi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà la capacità di impostare un’analisi agli elementi finiti (FEA) di semplici strutture meccaniche, di utilizzare software commerciali per il metodo degli elementi finiti e di svolgere analisi avanzate in contesti statici, lineari e non lineari, nonché dinamici. Lo studente sarà inoltre in grado di definire un modello agli elementi finiti adeguato alla struttura proposta (tipologia di elementi, vincoli, schematizzazione dei carichi), includendo componenti realizzati con materiali avanzati (compositi). Inoltre, dovrà essere in grado di individuare correttamente i limiti del modello rispetto al problema reale.

Analisi matriciale delle strutture. Caratterizzazione dei metodi numerici applicati all’analisi del continuo deformabile. Metodo degli Elementi Finiti (FEM). Il processo di discretizzazione, modellazione piana (2D) e solida (3D). Modellazione basata sugli spostamenti ed elementi finiti. Matrice di rigidezza degli elementi tipici. Matrice di rigidezza della struttura assemblata. Analisi statica lineare delle strutture. Introduzione delle condizioni di carico e delle condizioni al contorno. Risoluzione del sistema e metodi numerici di risoluzione. Metodi di soluzione impliciti ed espliciti. Analisi dinamica. Matrice di massa. Matrice di smorzamento. Caratterizzazione dinamica degli assiemi strutturali. Discretizzazione dell’equazione di equilibrio dinamico. Soluzioni per vibrazioni libere e forzate. Problemi di integrazione temporale. Modellazione delle non linearità nella definizione del modello numerico. Non linearità materiali e geometriche (es.: plasticità e grandi spostamenti). Definizione e gestione dei contatti nel FEM. Elementi finiti per materiali compositi laminati. Matrici di rigidezza per materiali anisotropi nelle loro diverse configurazioni. Caratterizzazione del laminato estensionale-flessionale e relativi casi particolari. Analisi termomeccaniche. Applicazione a semplici e rappresentativi problemi strutturali 2D e 3D mediante codici software FEM e multibody.

• Materiale didattico fornito dal corso: appunti e diapositive.
• Reddy, An Introduction to the Finite Element Method
• S. Moaveni, Finite Element Analysis
• T.J.R. Hughes, The Finite Element Method
• M.A. Crisfield, Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures

Il corso intende fornire agli allievi gli strumenti necessari ad analizzare il comportamento e le caratteristiche di funzionamento degli azionamenti elettrici per la propulsione di veicoli ferroviari connessi ad una rete elettrica di alimentazione o con generazione a bordo dell’energia.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative al funzionamento dei dispositivi elettronici di potenza, e dei convertitori, con particolare riguardo ai limiti di utilizzo e alle non idealità presenti. Sulla base della modellistica ideale, deve inoltre comprendere i contesti di utilizzo e le finalità applicative delle varianti topologiche circuitali. Lo studente deve ricordare e saper descrivere in maniera chiara le tecniche di controllo dei convertitori, interpretandone lo scopo anche a mezzo di confronti tra algoritmi di diversa natura.
Lo studente deve dimostrare di aver appreso le principali caratteristiche relative alla struttura interna costituente le macchine elettriche, e le proprietà dei materiali utilizzati. Deve saperne illustrare il principio di funzionamento ed elaborare argomentazioni concernenti le relazioni tra le alimentazioni elettriche di ingresso e le grandezze meccaniche di uscita. Deve saper distinguere le tecniche di regolazione dei motori elettrici dalle architetture di controllo in catena chiusa, riconoscendone le differenze nelle finalità applicative e nell’implementazione pratica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi relativi funzionamento dei dispositivi elettronici di potenza, e dei convertitori, individuandone i limiti di utilizzo e le conseguenze delle non idealità presenti. Deve, inoltre, saper scegliere i componenti in base ai contesti di utilizzo e le finalità applicative. Sulla base delle conoscenze acquisite, lo studente deve saper interpretare le finalità di schemi a blocchi riguardanti algoritmi di controllo dei convertitori.
Lo studente deve saper applicare gli strumenti metodologici appresi per ideare e condurre le procedure di rilievo sperimentale dei parametri elettrici descriventi i circuiti equivalenti delle macchine elettriche. Deve inoltre saper riconoscere le possibili cause di variazione di tali parametri ed interpretare eventuali malfunzionamenti dei motori elettrici, ricostruendo il legame tra la variazione del parametro ed il suo significato fisico. Lo studente deve saper riconoscere eventuali criticità degli algoritmi di controllo dei motori elettrici, suggerendo la modifica degli stessi al fine di assicurare il corretto funzionamento dell’azionamento o di migliorarne le performance.

0,25 CFU: Generalità e classificazione dei sistemi di trasporto a guida vincolata con motori elettrici di trazione a bordo. Tram, treni per servizio metropolitano, regionale, a lunga percorrenza, ad alta velocità, ad alta capacità. Panorama dei sistemi elettrificati su ferro in Italia e in Europa. Linee elettriche di alimentazione in continua ed in alternata; sottostazioni.
0,25 CFU: Azionamenti elettrici di propulsione concentrati e distribuiti: locomotori, elettrotreni. Cenni sui treni a levitazione magnetica (esempi di treni attualmente in servizio; treno hyperloop ad altissima velocità). Propulsione elettrica per veicoli ferroviari connessi a sistemi elettrificati: schemi e configurazioni delle unità di trazione e componenti fondamentali del power train dal pantografo alle ruote.
1,25 CFU: Convertitori statici di potenza: aspetti fondamentali delle configurazioni circuitali impiegate nelle unità di trazione dei veicoli. Focus sui convertitori dc/dc (1, 2 o 4 quadranti) e sulle strutture dc/ac (inverter). Tecniche di modulazione degli inverter.
0,75 CFU: Materiali costituenti le macchine elettriche e circuiti magnetici: conduttori, isolanti, materiali magnetici, il trasformatore.
1,75 CFU: Motori asincroni, sincroni a magneti permanenti e in corrente continua: modello matematico, caratteristiche di funzionamento e regolazione di velocità.
1,25 CFU: Azionamenti controllati in catena chiusa con motori asincroni, sincroni a magneti permanenti e in corrente continua. Dominio di funzionamento dell’azionamento. Avviamento, marcia, frenatura. Recupero dell’energia in frenatura. Funzionamento ad indebolimento di campo per le alte velocità. Diagramma di marcia e sforzo di trazione.
0,25 CFU: Accumulo dell’energia elettrica di tipo elettrochimico (batterie) ed elettrostatico (supercondensatori): elementi sintetici essenziali. Cenni sulle principali caratteristiche delle batterie adatte alle applicazioni di trazione.
0,25 CFU: Propulsione elettrica e/o ibrida a fuel-cell di veicoli ferroviari non connessi a reti elettriche di alimentazione; alimentazione da batterie e supercondensatori di azionamenti per veicoli tranviari e metroleggera su tratte urbane senza rete elettrica. Classificazione, configurazioni e modalità di funzionamento dei principali tipi di celle a combustibile; generazione a bordo o stoccaggio dell’idrogeno; problematiche dell’impiego delle fuel-cell nella propulsione di veicoli ferroviari isolati.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Fabrizio Marignetti, La trazione ferroviaria. I sistemi a guida vincolata, Societa' Editrice Esculapio
Andrea Del Pizzo, Azionamenti Elettrici (appunti dalle lezioni) Volume 1, Praise Worthy Prize
Andrea Del Pizzo, Azionamenti Elettrici (appunti dalle lezioni) Volume 2, Praise Worthy Prize
Andrea Del Pizzo, Luigi Pio Di Noia, Andrea Cervone, Il Trasformatore, Praise Worthy Prize
G. Brando, A. Dannier, A. Del Pizzo, Azionamenti con Motori D.C. e A.C. Brushless a Magneti Permanenti, Praise Worthy Prize
Slide, video e videolezioni fornite dal docente

Il corso fornisce le competenze essenziali per la progettazione e la simulazione di prodotti mediante strumenti di modellazione CAD e di progettazione assistita dal calcolatore (CAE). Gli studenti impareranno a progettare in modo efficiente, a valutare le prestazioni e la conformità dei propri progetti attraverso simulazioni e a ottimizzare i progetti per soddisfare diversi requisiti ingegneristici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine del corso, gli studenti avranno acquisito:

• I fondamenti della modellazione digitale del prodotto.
• Il flusso di lavoro CAD–CAE per la progettazione del prodotto.
• I fondamenti della quotatura e tolleranza geometrica (GD&T) e della definizione basata sul modello (Model-Based Definition, MBD).
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:
• Realizzare modelli geometrici di prodotti utilizzando strumenti CAD parametrici avanzati.
• Eseguire simulazioni assistite dal calcolatore per verificare la conformità del progetto ai requisiti selezionati.
• Ottimizzare i principali parametri di progetto rispetto ai requisiti ingegneristici.
• Presentare i risultati delle simulazioni e giustificare le soluzioni progettuali adottate.
• Redigere la documentazione tecnica di prodotto.

[3 CFU] – Modulo 1: Metodologia di Computer-Aided Design (CAD)
Panoramica del processo di progettazione e sviluppo del prodotto. Fondamenti dell'ingegneria dei sistemi. Concetti di requisiti del prodotto e parametri di progetto. Ottimizzazione dei parametri di progetto rispetto a funzioni di costo. Ruolo degli strumenti di progettazione assistita dal calcolatore nella progettazione e nel ciclo di vita del prodotto. Panoramica del software utilizzato durante il corso. Modellazione geometrica assistita dal calcolatore e progettazione parametrica: concetti di base. Modellazione degli assiemi e struttura di scomposizione del prodotto (Product Breakdown Structure). Ingegneria basata sul modello (Model-Based Engineering) e prototipazione virtuale. Concetti di geometria nominale e geometria reale. Effetti della variabilità di processo sulla funzionalità del prodotto. Elementi essenziali della quotatura e tolleranza geometrica. Concetti di riferimenti (datums), elementi (features) e controlli. Selezione dei riferimenti in funzione dei requisiti funzionali del prodotto. Il problema dell'allocazione delle tolleranze. Documentazione tecnica di prodotto: dai disegni multivista alla definizione basata sul modello (Model-Based Definition). Tolleranze geometriche semantiche e non semantiche nei modelli CAD 3D.
[3 CFU] – Modulo 2: Strumenti e metodi di Computer-Aided Engineering (CAE)
Introduzione alla simulazione numerica assistita dal calcolatore. Simulazioni in tempo reale e non in tempo reale. Validazione mediante modelli di simulazione rispetto alle prove sperimentali. Discretizzazione dei domini geometrici per la computer grafica e le simulazioni numeriche. Interoperabilità tra CAD e CAE: parametri e associatività dei dati. Analisi delle interferenze (clash analysis) assistita dal calcolatore. Ergonomia assistita dal calcolatore. Tecnologie di realtà virtuale, prototipazione digitale e digital twin. Analisi dell'accumulo delle tolleranze (tolerance stack-up) e analisi delle tolleranze assistita dal calcolatore (Computer-Aided Tolerance Analysis, CAT). Elementi essenziali dell'analisi agli elementi finiti (Finite Element Analysis, FEA). Analisi in regime stazionario e transitorio. Analisi lineari e non lineari. Procedura generale per l'analisi agli elementi finiti.
[3 CFU] – Modulo 3: Applicazioni pratiche e casi di studio
Principali codici e norme internazionali di riferimento per la progettazione meccanica. Selezione del modello di analisi e dei metodi di verifica. Approcci alla verifica del progetto: progettazione a tensione ammissibile (Allowable Stress Design) e progettazione secondo il metodo dei fattori di carico e resistenza (Load & Resistance Factor Design). Esercitazioni pratiche con software CAD/CAE. Esempi di simulazioni nei settori aeronautico e meccanico. Analisi di sensibilità e studio dei parametri di progetto. Redazione di report e presentazione dei risultati delle simulazioni. Documentazione e presentazione del progetto. Panoramica delle simulazioni CAE avanzate. Simulazioni strutturali accoppiate con analisi termica. Esempi di ottimizzazione topologica e geometrica.

Alla prova orale sarà attribuito un peso del 40%, mentre il 60% della valutazione sarà attribuito alla discussione del progetto CAD/CAE sviluppato durante la prova scritta

Gary R. Bertoline, Nathan W. Hartman, William A. Ross, Eric N. Wiebe, Fundamentals of Solid Modeling and Graphic Communication, McGraw-Hill Education.
Huei-Huang Lee, Paul J. Schilling, Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 2024, SDC Publications.
Manuali d'uso del software CAD/CAE, slide e materiale didattico distribuiti durante le lezioni.

Il corso si propone di fornire i concetti di base per l'individuazione, la formulazione matematica, la simulazione e la sperimentazione dei fenomeni dinamici più significativi nel campo delle macchine e dei sistemi meccanici, con particolare riferimento alle vibrazioni dei sistemi a molti gradi di
libertà, alle velocità critiche flessionali, alle oscillazioni torsionali ed alla dinamica dei corpi rigidi vincolati elasticamente.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative ai principali fenomeni dinamici relativi alle vibrazioni dei sistemi meccanici. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per
analizzare sistemi a molti gradi di libertà soggetti a forzanti di tipo periodico o casuale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di analizzare e risolvere problemi concernenti la dinamica in campo lineare e non lineare dei sistemi meccanici e delle macchine; applicare gli strumenti metodologici appresi ai seguenti ambiti: velocità critiche flessionali delle turbomacchine,
analisi delle sospensioni dei veicoli nei riguardi del confort di marci e della tenuta di strada, oscillazioni torsionali degli impianti di propulsione navale e isolamento dalle vibrazioni delle macchine.

Sistemi conservativi e non-conservativi a parametri concentrati, problema degli autovalori, modello modale, studio del moto libero eccitato da assegnate condizioni iniziali, e moto forzato. Dinamica del corpo rigido elasticamente sospeso, sistemi di sospensione discreti e continui. Sospensioni
degli autoveicoli, dinamica della massa sospesa nei riguardi del comfort di marcia, sospensioni pneumatiche semplici e compensate, sospensioni miste e coniugate. Oscillazioni torsionali forzate, determinazione del sistema a parametri concentrati, sistemi equivalenti particolari:
impianto di propulsione navale e sistema di trasmissione di un autoveicolo. Cause eccitanti le vibrazioni forzate. Velocità critiche. Ampiezze delle vibrazioni elastiche forzate per un sistema ad m masse. Vibrazioni flessionali e velocità critiche, sistema semplice, effetto disco, sistemi a masse
concentrate isostatici e iperstatici, metodo della matrice di trasferimento. Introduzione all’analisi modale sperimentale.

l campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

• Libro di testo: S. della Valle, G. Di Massa, DINAMICA DEI SISTEMI MECCANICI, Ed. ESA.
• Appunti dalle lezioni

Il corso mira a sviluppare nello studente una visione sistemica dell’intero ciclo di vita del veicolo ferroviario, dalla concezione alla gestione in esercizio. In particolare, vengono consolidate le conoscenze necessarie per interpretare correttamente requisiti del cliente e vincoli normativi, traducendoli in scelte progettuali e organizzative coerenti con gli obiettivi di prestazione, costo, affidabilità e sicurezza.
Accanto alla dimensione tecnico‑progettuale, il corso intende far maturare competenze gestionali sulla produzione della commessa ferroviaria, ponendo attenzione ai processi di logistica interna ed esterna, alla manutenzione e alle interazioni tra funzioni aziendali (commerciale, acquisti, qualità). L’accento è posto sull’uso consapevole di metodi di valutazione del rischio (ISO 31010) e sugli elementi introduttivi di analisi RAMS, con l’obiettivo di integrare decisioni tecniche ed economiche in un quadro unitario.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine dell’insegnamento lo studente conosce gli elementi costitutivi del prodotto ferroviario e il quadro normativo che ne governa progettazione, produzione e gestione. Comprende le logiche della produzione a commessa nel settore ferroviario e i fondamenti della valutazione RAMS e del risk management.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente è in grado di applicare i concetti trattati a problemi esemplificativi: imposta verifiche prestazionali, interpreta vincoli infrastrutturali, abbozza configurazioni di massima, utilizza metodi essenziali per la stima di affidabilità, manutenzione e disponibilità e li correla a tempi e costi di commessa.

Il corso affronta: il veicolo ferroviario con un breve excursus storico; la progettazione sistemica e l’approccio al veicolo come sistema complesso; il quadro normativo internazionale di riferimento; le principali tipologie di prodotto ferroviario; la configurazione, il lay‑out e l’analisi ponderale; l’infrastruttura ferroviaria e l’evoluzione della rete (corrente continua e alternata); la gestione dei parametri fisici del veicolo e le verifiche prestazionali di esercizio; esempi di motori e cambi; le tecniche di valutazione del rischio (ISO 31010); l’analisi RAMS con verifiche economiche e temporali; il design e le specifiche di realizzazione dei componenti con cenni alla progettazione specialistica; l’ingegneria della produzione (logistica, produzione e servizi di stabilimento) e l’ingegneria della manutenzione; gli aspetti di caratterizzazione industriale, le logiche gestionali e organizzative (strutture funzionali, a matrice, a rete e miste); la gestione delle commesse con attenzione a tempi e costi; la funzione commerciale e gli acquisti; l’analisi di redditività di una commessa con esempi; il ruolo dell’ingegnere come system integrator; ricerca e innovazione e le funzioni di supporto; strategie di Business Intelligence; qualità del prodotto; cenni a Industria 4.0 nel settore ferroviario.

La valutazione è di tipo sommativo. L’esame finale consiste in un colloquio orale e nella discussione dell’elaborato progettuale assegnato.

Il materiale didattico è fornito dal docente e comprende testi e risorse selezionate a supporto delle lezioni, delle esercitazioni e degli approfondimenti.

L’insegnamento si propone di fornire metodi e strumenti per analizzare, pianificare, programmare e controllare i sistemi di produzione industriale lungo gli orizzonti di lungo, medio e breve periodo. Sono esaminati i principali modelli decisionali e algoritmi per la previsione della domanda, la pianificazione aggregata, la programmazione principale, la gestione dei materiali e della capacità e il controllo operativo della produzione. Particolare attenzione è dedicata al confronto fra sistemi gestiti mediante logiche push, quali MRP e MRP II, e sistemi pull, Just-in-Time e Lean Production. Per ciascun tema sono sviluppate applicazioni quantitative finalizzate alla soluzione di problemi rappresentativi della produzione industriale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• descrivere la struttura dei processi di pianificazione, programmazione e controllo della produzione;
• comprendere ruolo, dati di ingresso, logica di funzionamento e risultati di previsione della domanda, pianificazione aggregata, MPS, ATP, MRP, RCCP e CRP;
• spiegare le relazioni fra distinta base, cicli di lavorazione, scorte, capacità e avanzamento della produzione;
• confrontare approcci centralizzati e decentralizzati e logiche push, pull, Just-in-Time e Lean;
• comprendere gli effetti delle decisioni di pianificazione sulla produttività, sui tempi di attraversamento, sui livelli di servizio e sull’impiego delle risorse.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:
• elaborare dati storici di domanda e produzione e valutare gli errori previsionali;
• formulare e confrontare piani aggregati di produzione;
• costruire e revisionare un Master Production Schedule e calcolare l’Available-to-Promise;
• sviluppare la pianificazione dei fabbisogni di materiali a partire da MPS, distinta base, dati di giacenza e lead time;
• effettuare verifiche di capacità RCCP e CRP e interpretarne i risultati;
• applicare regole di sequencing e strumenti di controllo Input/Output;
• diagnosticare criticità produttive e motivare la scelta fra differenti politiche di pianificazione e controllo;
• utilizzare Excel e, per alcune applicazioni tecniche, Python per impostare modelli, elaborare dati, verificare scenari e interpretare i risultati.

1. Previsione della domanda e pianificazione aggregata – 2 CFU, 16 ore
Ruolo della previsione nei processi di pianificazione. Dati storici di domanda e misure dell’errore di previsione. Orizzonti di pianificazione strategico, tattico e operativo. Articolazione dei processi di pianificazione e controllo. Approcci centralizzati e decentralizzati. Obiettivi, vincoli e sviluppo dei piani aggregati di produzione. Valutazione comparativa delle alternative di capacità, scorte, livelli produttivi e ricorso a risorse esterne.
2. Programmazione principale e pianificazione dei materiali – 2 CFU, 16 ore
Master Production Schedule: costruzione, revisione e stabilità del piano. Available-to-Promise. Pianificazione principale a due livelli. Dati tecnici di produzione: anagrafiche, distinte base, cicli di lavorazione, lead time e scorte. Logica e procedura MRP: esplosione dei fabbisogni, netting, lottizzazione, offsetting e gestione delle eccezioni. Cenni all’evoluzione da MRP a MRP II.
3. Pianificazione e verifica della capacità – 2 CFU, 16 ore
Ruolo della capacità nel sistema di pianificazione. Rough-Cut Capacity Planning: metodo dei fattori aggregati, distinte di capacità (bills of capacity) e profili di risorsa (resource profiles). Capacity Requirements Planning: dati, logica, parametri e risultati. Verifica della capacità produttiva di reparto. Individuazione e gestione di sovraccarichi e sottocarichi; analisi di scenari alternativi.
4. Programmazione operativa e controllo della produzione – 2 CFU, 16 ore
Rilascio degli ordini e controllo dell’avanzamento. Regole di sequencing e relativi indicatori di prestazione. Controllo Input/Output. Tempi di attraversamento, work in process e utilizzo delle risorse. Overlapping e splitting delle operazioni. Analisi e diagnosi delle principali inefficienze di processo e organizzative.
5. Theory of Constraints e sistemi pull/lean – 1 CFU, 8 ore
Principi della Theory of Constraints e gestione dei colli di bottiglia. Confronto fra logiche push e pull. Principi Just-in-Time. Elementi costitutivi della Lean Production, riduzione degli sprechi, flusso, sistemi pull e miglioramento continuo. Criteri per la scelta e l’integrazione delle differenti logiche di gestione della produzione.

L’esame consiste in un’unica prova scritta della durata di 90 minuti, articolata in tre quesiti:
1. un esercizio applicativo, volto a verificare la capacità di formulare e risolvere un problema di pianificazione, programmazione o controllo della produzione e di interpretarne i risultati;
2. due domande teoriche a risposta aperta, volte a verificare la conoscenza del programma, la comprensione delle relazioni fra i modelli e la capacità di sviluppare un’argomentazione tecnica chiara e rigorosa.
Le due domande teoriche richiedono risposte strutturate e una discussione tecnica sviluppata per iscritto. Esse verificano conoscenza, comprensione, capacità di collegamento e qualità dell’argomentazione e sostituiscono, nella modalità adottata per l’insegnamento, la prova orale. Non è previsto un successivo colloquio orale.
Ciascuno dei tre quesiti è valutato in trentesimi. Il voto è calcolato come media aritmetica dei tre punteggi, purché:

• ciascun quesito abbia ottenuto almeno 15/30;
• la media complessiva sia almeno pari a 18/30.
  Il mancato raggiungimento di 15/30 anche in un solo quesito determina il mancato superamento dell’esame. La valutazione considera correttezza del procedimento e del risultato, completezza, capacità di applicazione, qualità dell’argomentazione tecnica, uso appropriato della terminologia e capacità di interpretare criticamente i risultati.
  La soglia complessiva di 18/30 è verificata sulla media non arrotondata. Il voto finale è ottenuto arrotondando la media all’intero più vicino; una parte decimale pari a 0,5 è arrotondata per eccesso. La lode può essere attribuita quando ciascuno dei tre quesiti è valutato 30/30 e la prova evidenzia particolare rigore, autonomia e capacità di collegamento.
  Durante la prova è ammesso l’uso di una calcolatrice scientifica non programmabile. Eventuali dati, tabelle o formulari necessari sono forniti dalla commissione. Non è consentito consultare appunti o testi.

Il materiale fornito dalla docente — presentazioni, dispense, esercizi svolti, dataset, fogli di calcolo e notebook o script Python — copre il programma e costituisce il riferimento principale per la preparazione dell’esame. I testi seguenti sono consigliati per la sistematizzazione e l’approfondimento:

• F. R. Jacobs, W. L. Berry, D. C. Whybark, T. E. Vollmann, Manufacturing Planning and Control for Supply Chain Management: The CPIM Reference, 3rd ed., McGraw Hill, 2024, ISBN 9781265138516;
• W. J. Hopp, M. L. Spearman, Factory Physics, 3rd ed., Waveland Press, ISBN 9781577667391.
  Eventuali ulteriori letture e materiali applicativi saranno indicati durante l’insegnamento e resi disponibili attraverso i canali istituzionali.

L’obiettivo del corso è lo studio dei modelli fondamentali della produzione industriale attraverso la presentazione delle tecniche avanzate di pianificazione della produzione.
Particolare attenzione sarà rivolta all’integrazione della previsione della domanda, della pianificazione aggregata, del Master Production Scheduling, del Materials Requirements Planning (MRP) e del Capacity Requirements Planning (CRP).
Inoltre, il corso affronta i principi della logistica e del supply chain management, la progettazione e gestione dei magazzini industriali, nonché il ruolo del World Class Manufacturing (WCM), del Lean Design e del Toyota Production System.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti devono dimostrare di possedere conoscenze e capacità di comprensione dei modelli fondamentali dei sistemi di produzione industriale e della pianificazione della produzione.
Si prevede che comprendano la logica e l’applicazione sia dei sistemi PUSH (come il Material Requirements Planning – MRP) sia dei sistemi PULL (come il Just-In-Time), nonché i principi della previsione della domanda, della pianificazione aggregata e del Master Production Scheduling.
Inoltre, dovranno acquisire conoscenze sulla logistica e sul supply chain management, sulla progettazione e gestione dei magazzini industriali e sugli approcci alla base del World Class Manufacturing (WCM), del Lean Design e del Toyota Production System.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti devono essere in grado di analizzare e interpretare dati storici di produzione e della domanda; applicare metodi quantitativi, matematici e statistici per valutare le prestazioni dei sistemi produttivi; e distinguere tra inefficienze dovute ai processi e inefficienze dovute alle strutture organizzative.
Si prevede inoltre che sviluppino la capacità di progettare e implementare piani operativi, includendo l’utilizzo delle procedure MRP e CRP (Capacity Requirements Planning), e di integrare considerazioni logistiche e di movimentazione dei materiali nella pianificazione della produzione.
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di applicare i modelli di pianificazione a problemi reali, contribuendo alla stabilizzazione, all’efficienza e all’ottimizzazione dei sistemi di produzione industriale.

Supply Chain: concetti base di logistica e dei sistemi produttivi.
Fondamenti di dinamica dei flussi produttivi Classificazione e configurazione dei sistemi produttivi
Previsione della domanda e pianificazione strategica.
La programmazione della produzione
La pianificazione aggregata: sviluppo dei piani di produzione.
Il Master Production Schedule: sviluppo del piano e revisione.
Bill of Material: MRP (Materials Requirements Planning).
La gestione della Capacità: logica di funzionamento e parametri di regolazione della procedura CRP (Capacity Requirements Planning)
I magazzini industriali
World Class Manufacturing (WCM) and Lean Design and Toyota Production System.

Per il superamento della prova è necessario essere sufficienti nella valutazione dell’elaborato progettuale e della prova orale.

Jacobs F.R., Berry W.L., Whybark D.C. Vollmann T.E. –Manufacturing Planning &Control for Supply Chain Management –Sixth Edition, McGraw-Hill;
Hopp W.J., Spearman M.l. –Factory Physics –Third Edition.

The course aims to provide the advanced concepts for the identification, mathematical formulation, simulation and experimentation of the most significant dynamic phenomena in the field of machines and mechanical systems, with particular reference to the vibrations of systems with many degrees of freedom, to the critical velocities, to torsional oscillations and to the dynamics of rigid bodies elastically suspended.
Conoscenza e capacita' di comprensione: The student must demonstrate knowledge and understanding of the problems related to the main dynamic phenomena related to the vibrations of mechanical systems. The training course aims to provide students with the knowledge and methodological tools necessary to analyze systems with
many degrees of freedom subject to periodic or random forcing.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: The student must demonstrate to be able to analyze and solve problems concerning the dynamics in linear and non-linear field of mechanical systems and machines; apply the methodological tools learned to the following areas: critical flexural speeds of turbomachinery, analysis of vehicle
suspension with regard to rot comfort and road holding, torsional oscillations of naval propulsion systems and isolation from machine vibrations.

Undampened and dampened systems with lumped parameters: eigenvalue problem, modal
model, study of free motion excited by assigned initial conditions, and forced motion.
Dynamic rigid body elastically suspended: lumped and continuous suspension systems.
Vehicle suspensions: suspended mass dynamics with regard to ride comfort, pneumatic
suspensions simple and compensated, mixed and conjugated suspensions.
Forced torsional oscillations: determination of the lumped parameter system, special equivalent
systems: naval propulsion system and transmission system of a motor vehicle. Exciting causes
forced vibrations. Critical speeds. Forced elastic vibration amplitudes for a system with m masses.
Flexural vibrations and critical speeds: simple system, disc effect, isostatic and hyperstatic
concentrated mass systems, transfer matrix method.
Introduction to experimental modal analysis.

The section will be completed in accordance with the forthcoming PQA Guidelines

• Textbook: S. della Valle, G. Di Massa, DINAMICA DEI SISTEMI MECCANICI, Ed. ESA.
• Lecture notes.

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni specialistiche che concorrono alla formazione dell’ingegnere che opera, mediante prototipazione virtuale, sia nell'innovazione e nello sviluppo di prodotti industriali, sia nella progettazione di sistemi meccanici anche complessi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere le caratteristiche dei sistemi di rappresentazione 3D nonche un insieme di strumenti metodologici avanzati per la modellazione geometrica tridimensionale: deve conoscere i metodi di controllo parametrico-variazionale per la generazione di famiglie di parti; deve conoscere le tecniche di modellazione top-down e bottom up e le rispettive condizioni di utilizzo. Deve conoscere le principali formulazioni matematiche di curve e superfici a forma libera per associare ciascuna di esse a specifiche esigenze progettuali riguardanti la definizione delle forme, il controllo locale, l’interattivita nell’utilizzo. Deve conoscere le caratteristiche degli ambienti numerici per la rappresentazione geometrica comprendendo le modalita di implementazione di trasformazioni geometriche affini. Lo studente deve conoscere le finalita della prototipazione virtuale. Deve conoscere il metodo della quotatura geometrica e della specificazione delle tolleranze di forma, posizione e orientamento (GD&T) ed i corrispondenti collegamenti ai metodi per la progettazione delle tolleranze di sistemi meccanici ed alle simulazioni mediante prototipo virtuale. Lo studente deve conoscere le procedure per l’elaborazione di modelli CAD destinati ad applicazioni di Realta Virtuale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve essere in grado di utilizzare la modellazione solida e per superfici di parti in ambiente CAD parametrico-variazionale integrando l’impostazione coerente dell’albero di modello, introducendo le opportune modifiche parametriche a ciascuna feature ed associando funzioni di controllo per la modifica coerente delle dimensioni dipendenti. Egli deve inoltre essere in grado di eseguire la modellazione di assiemi sia mediante l’approccio bottom-up, sia mediante l’approccio top-down dimostrando competenza, rispettivamente, nell’impostazione di relazioni funzionali di assieme e nella costruzione ed adeguamento della struttura dei riferimenti. Lo studente deve essere in grado di utilizzare formulazioni matematiche e strumenti software per la rappresentazione e le trasformazioni di curve a forma libera, integrando ambiente di calcolo numerico e ambiente CAD3D. In particolare, deve essere in grado di operare con librerie dedicate per implementare codici in ambiente numerico per il calcolo, la rappresentazione, la trasformazione e l’esportazione di curve B-Spline. Lo studente deve essere in grado di applicare il metodo per la quotatura geometrica e la specificazione delle tolleranze di forma, posizione e orientamento (GD&T) a partire da un insieme di requisiti funzionali di assieme. Egli deve, inoltre, essere in grado di utilizzare, per le finalita della prototipazione virtuale, i modelli di analisi delle variazioni negli assemblaggi e di associare la corrispondente procedura per l’analisi di catene di tolleranze, mediante sistemi CAT. Egli deve, inoltre, riconoscere le condizioni per l’applicazione dei principali metodi di allocazione delle tolleranze basati su fattori di costo e deve saper calcolare, in ambiente numerico, l’accumulo delle variazioni delle feature in corrispondenza di una prefissata sequenza di assemblaggio. Lo studente deve essere in grado di utilizzare formati e standard di interscambio dati e di predisporre l’elaborazione di modelli CAD per l’esecuzione di sessioni di design review in ambienti di Realta Virtuale.

[4,5 CFU] Richiami alla modellazione Wireframe, B-Rep, CSG, Feature-Based ed alla modellazione per superfici. Approccio top-down e bottom-up alla modellazione geometrica di assiemi. Modellazione variazionale e parametrica di parti ed assiemi. Sistema di controllo parametrico-variazionale. Metodi per la rappresentazione di curve e superfici a forma libera in ambiente di calcolo numerico. Integrazione dell’ambiente numerico con l’ambiente CAD parametrico. [4,5 CFU] Metodo per la quotatura geometrica e la specificazione delle tolleranze di forma, posizione e orientamento (GD&T). Esigenza di inviluppo e principio del massimo/minimo materiale. Riferimenti. Prototipazione virtuale. Metodi di specificazione di riferimenti e tolleranze per garantire i requisiti funzionali di assieme. Modelli variazionali e analisi di catene di tolleranze tridimensionali mediante sistemi CAT. Feature CAT, rapporti di contribuzione. Il problema dell’allocazione ottima delle tolleranze. Introduzione alla Realta Virtuale. Visione stereoscopica, dispositivi di input ed output. Elaborazione di modelli CAD per la predisposizione di sessioni di Realta Virtuale.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione
Discussione delle esercitazioni svolte durante il corso

Mortenson M.E., “Geometric Modeling”, John Wiley &Sons Ed., New York, 2nd ed., 1997.
Chirone E., Tornincasa S., “Disegno Tecnico Industriale”, Volume 2, Ed. Il Capitello, 2008.
Dispense didattiche.

Il corso si propone di fornire le conoscenze della metodologia numerica di calcolo strutturale FEM (Finite Element Method), nonché conoscenze di base di calcolo numerico alternativo multybody e BEM (Boundary Element Method) con l’acquisizione di capacità applicative in casistiche fondamentali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alle metodologie numeriche di calcolo applicate alla progettazione strutturale. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare semplici componenti meccanici. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra il problema fisico, il modello numerico che lo schematizza e la sua soluzione, le principali relazioni che sussistono nella meccanica strutturale e di coglierne le relative implicazioni nei diversi campi applicativi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di impostare un calcolo agli elementi finiti di semplici strutture meccaniche, di utilizzare un codice commerciale agli elementi finiti (ANSYS) e di eseguire analisi avanzate in ambito statico, lineare e non lineare, e dinamico. Deve saper definire il modello ad elementi finiti adatto per l'analisi di strutture (tipi di elemento, vincoli, schematizzazione dei carichi), per componenti in materiali avanzati. Deve saper individuare correttamente i limiti del modello in rapporto al problema reale.

Analisi matriciale delle strutture. Caratterizzazione dei metodi numerici applicati all’analisi del continuo solido deformabile. Il metodo degli elementi finiti. Il processo di discretizzazione e il solid modeling. Modello degli spostamenti e degli elementi finiti. Matrice di rigidezza degli elementi tipici. Matrice di rigidezza della struttura assemblata. Analisi statica lineare delle strutture. Introduzione delle condizioni di carico e delle condizioni vincolari (vincoli SPC e MPC). Sistema risolvente e metodi numerici risolutivi. Elementi finiti per i laminati in materiale composito. Matrici di rigidezza per i materiali anisotropi nelle loro svariate articolazioni. Trasformazioni per cambio di riferimento cartesiano. Caratterizzazione del laminato estenso-inflesso e particolarizzazioni. Il calcolo per sottostrutture. Condensazione statica dei gradi di libertà. Matrice di rigidezza geometrica. Non linearità geometrica. Problemi di instabilità delle strutture. Non linearità del materiale. Matrice delle masse. Matrice degli smorzamenti. Caratterizzazione dinamica di un complesso strutturale. Discretizzazione dell’equazione di equilibrio dinamico. Soluzione per vibrazioni libere e vibrazioni forzate. Problemi di integrazione nel tempo. Analisi termomeccaniche. Cenni alle tecniche BEM e ai campi di loro preferibile impiego. Cenni alle tecniche multibody. Applicazioni a problemi strutturali semplici ed emblematici in dimensionalità 2D e 3D con l’uso di codici GP FEM, BEM e multibody.

• Materiale fornito al corso
• R. Esposito, Appunti del corso di Progettazione Assistita di Strutture Meccaniche
• G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica
• F. Cesari, Introduzione al metodo degli elementi finiti
• S. Moaveni, Finite Element Analysis
• T.J.R. Hughes, The Finite Element Method
• M.A. Crisfield, Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures

Il corso intende fornire agli allievi gli strumenti necessari ad analizzare il comportamento e le caratteristiche di funzionamento dei sistemi di propulsione ibrida di veicoli ferroviari generalmente non connessi ad una rete elettrica di alimentazione, con generazione a bordo dell’energia elettrica utilizzata per la trazione. Lo schema più diffuso èla Propulsione Diesel-Elettrica. Si forniranno principalmente le nozioni fondamentali dei moderni Motori Alternativi a Combustione Interna Diesel utilizzati nella trazione ferroviaria. Si vogliono evidenziare le potenzialità e le limitazioni di tale tipologia di trazione rispetto alla trazione elettrica di veicoli ferroviari connessi alla rete. Ci si focalizzerà in particolare sulle caratteristiche costruttive del propulsore, mettendo in luce gli aspetti prestazionali e di impatto ambientale. Si presenteranno infine alcune realizzazioni attualmente diffuse sul mercato, nonché le soluzioni più innovative adatte alla transizione ecologica verso una mobilità ferroviaria più sostenibile.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla Propulsione Ferroviaria ed in particolare alla propulsione ibrida ferroviaria Diesel-Elettrica. Deve dimostrare di sapere elaborare argomentazioni concernenti i nessi tra il sistema di propulsione e l’impatto ambientale del veicolo ferroviario, a partire dalle nozioni apprese riguardanti i sistemi di conversione dell’energia dalla chimica alla meccanica attraverso l’utilizzo i processi di combustione. Cioè, il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare i sistemi propulsivi ferroviari dal punto di vista prestazionale e di impatto ambientale, soprattutto per quanto riguarda le emissioni clima-alteranti e inquinanti. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra la scelta del sistema propulsivo e delle relative strategie di controllo per l’utilizzo delle risorse energetiche e l’impronta ambientale del veicolo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di trarre le conseguenze di un insieme di informazioni tecniche fornite dai costruttori di Motori per valutare la scelta ottimale della migliore configurazione di powertrain ibrida ferroviaria. Deve risolvere problemi concernenti alla disponibilità di differenti combustibili; applicare gli strumenti metodologici appresi per la ricostruzione delle prestazioni del sistema propulsivo. Il percorso formativo èorientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze apprese.

[1 CFU] Architettura ibrida Diesel-Elettrica. Problematiche della trazione ferroviaria e diffusione della propulsione Diesel nel settore ferroviario. Confronto tra i sistemi di trazione ferroviaria: trazione ideale, trazione a vapore, trazione con Motore Alternativo a Combustione Interna, trazione elettrica a corrente continua, trazione elettrica a corrente alternata monofase, trazione elettrica a corrente alternata trifase. Definizioni di Impianto Motore Termico, di Rendimento Globale, di Combustione, Reale, Limite e Interno di un Impianto Motore Termico. I Motori Alternativi a Combustione Interna (MACI) come una delle tipologie di Impianti Motori Termici. Cenni sui combustibili usati nei MACI. Potere Calorifico di un combustibile. [0.5 CFU] Nozioni di base sui Motori Alternativi a Combustione Interna (MACI). Parametri geometrici che caratterizzano i MACI. Cicli termodinamici di riferimento ed importanza del rapporto di compressione geometrico. Diagramma Indicato. Potenza all’asse nei MACI e parametri che la influenzano: coefficiente di riempimento. [0.5 CFU] Combustione nei MACI. Cenni di Combustione: rapporto aria/combustibile di una miscela, rapporto stechiometrico, indice d’aria, rapporto di equivalenza, equilibrio chimico, cinetica chimica, legge di Arrhenius, entalpia di formazione. La combustione nei MACI: nei motori ad accensione comandata, ad accensione per compressione e ad accensione per compressione di miscele pre-miscelate (HCCI). [1 CFU] Alimentazione dei motori ad accensione per compressione. Descrizione del funzionamento e problematiche di un sistema di alimentazione ad iniezione. Iniezione meccanica. Iniezione elettronica: sistema common rail. [0.5 CFU] La sovralimentazione. Parametri ridotti e curve caratteristiche di compressori e turbine: mappe corrette del compressore e della turbina in un gruppo di sovralimentazione. Sovralimentazione meccanica e a gas di scarico (turbo-sovralimentazione). Problematiche della sovralimentazione. Necessità dell’Intercooler. [1 CFU] Elementi di Simulazione Numerica dei MACI. Modello 0D o “Filling and Emptying” per flussi comprimibili instazionari e sua applicazione ai cilindri ed ai sistemi di aspirazione e scarico dei motori a combustione interna. Modello 1D e sua applicazione ai condotti dei motori a combustione interna. [1 CFU] Meccanismi di Formazione degli Inquinanti nei MACI. Principali emissioni nocive dei MACI: monossido di carbonio (CO), ossidi di azoto (NOX), particolato (PM), idrocarburi incombusti (UHC). Processi di formazione degli inquinanti. Emissioni climalteranti: gas serra (CO2, CH4, etc.). Normative per i veicoli ferroviari per limitare le emissioni allo scarico dei MACI. Sistemi di abbattimento delle Emissioni Inquinanti allo scarico. [0.5 CFU] Sistemi di trazione ibrida innovativi. Bilanci energetici e strategie di “Energy Management" per schemi di elettrotreni multi-alimentazione, di sistemi di trazione bimodale in campo ferroviario, con fuel-cell, con accumulatori elettrici e sfruttando energie rinnovabili.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente. La sezione sarà completata in conformità con le prossime linee guida del PQA (Presidio della Qualità di Ateneo) della Federico II.
La prova d’esame viene svolta in un unico giorno in tre tempi:

• Discussione di elaborati numerici preventivamente svolti da candidati in forma scritta;
• Discussione di un elaborato progettuale;
• Domande d’orale sull’intero programma.

Appunti dalle lezioni; dispense fornite dal docente. Libri di testo: M. Migliaccio, R. della Volpe: “Motori per Autotrazione”, Ed. Liguori. ISBN 88-207-0193-6. G. Ferrari: “Motori a Combustione Interna”, Ed. il capitello. John B. Heywood: “Internal Combustion Engine Fundamentals”, Ed. McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITION. ISBN 0-07-100499-8. Bertoli C., Migliaccio M., “Il Motore Diesel Veloce per la Trazione Stradale”, Rocco Curto Editore, 1989. L. Guzzella, A. Sciarretta, Vehicle Propulsion Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005, doi: 10.1007/3- 540-28853-8. A. Taghavipour, M. Vajedi, N. Azad, Intelligent Control of Connected Plug-in Hybrid Electric Vehicles, Springer International Publishing, 2019, doi: 10.1007/978-3-030-00314-2. S. Onori, L. Serrao, G. Rizzoni, Hybrid Electric Vehicles, Springer-Verlag London, 2016, doi: 10.1007/978-1-4471-6781-5. J. Pukrushpan, A. Stefanopoulou, H. Peng - Control of Fuel Cell Power Systems. Principles, Modeling, Analysis and Feedback Design. Springer, 2004, ISBN: 978- 1-4471-3792-4.

Obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze approfondite sulle leghe metalliche leggere e medio leggere di interesse industriale e dei principali processi manifatturieri non convenzionali per materiali metallici, al fine di consentire loro di acquisire conoscenze sui complessi meccanismi termici, chimici e meccanici che intervengono nei processi di trasformazione e di legare questi alle prestazioni dei manufatti realizzati sino a rendere disponibili gli strumenti per una scelta critica e consapevole del più opportuno processo tecnologico per la realizzazione di parti, contemperando gli aspetti economici, prestazionali e tecnologici coinvolti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere i complessi meccanismi che governano il comportamento meccanico dei materiali, principalmente i metalli, la loro risposta al variare delle condizioni operative, quali ad esempio la temperatura, e i meccanismi di formazione delle principali tipologie di leghe, e di poter governare tali meccanismi attraverso opportuni trattamenti termici.
Deve altresì dimostrare di conoscere le tecnologie di fabbricazione e lavorazione che fanno ricorso a principi ed utensili non convenzionali (laser, ultrasuoni, attrito, chimici, etc.) e comprendere come i materiali rispondono alle complesse sollecitazioni cui sono sottoposti durante i detti processi.
Deve infine dimostrare di conoscere i principali difetti e cause di difformità che possono insorgere nella realizzazione dei prodotti ottenuti in accordo ai vari processi e le principali tecniche di indagine per la loro valutazione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di scegliere, fra le varie leghe metalliche, quella con le caratteristiche più appropriate ad un prefissato scopo e di applicare, se del caso, gli opportuni trattamenti per definire al meglio le desiderate caratteristiche.
Il percorso formativo è altresì disegnato per trasmettere agli studenti gli strumenti metodologici per selezionare i più opportuni processi produttivi, sia quelli convenzionali sia quelli non convenzionali, per la realizzazione di un determinato manufatto e valutare le conseguenti implicazioni di carattere economico e tecnico. Lo studente sarà inoltre in grado di comprendere i meccanismi che intervengono a modificare la microstruttura del materiale durante i processi produttivi e che ne governano le proprietà.
Lo studente dovrà infine dimostrare di essere in grado di valutare la qualità dei prodotti realizzati in accordo ai differenti processi produttivi e scegliere di conseguenza gli strumenti e le tecniche di indagine non distruttiva per individuare le cause di difformità dei prodotti.

Leghe non ferrose: Leghe di alluminio, Leghe di Titanio.
Cenni sulla tranciatura delle lamiere e valutazione della qualità del prodotto finito.
Lavorazioni non convenzionali. Classificazione, condizioni generali, confronti e tendenze.
Principi fisici di funzionamento, descrizione del processo caratteristiche delle macchine speciali ed applicazioni delle seguenti lavorazioni non convenzionali: elettroerosione, lavorazioni con Laser (LBM), lavorazioni con ultrasuoni, saldature per attrito (FSW e LFW), metallurgia delle polveri.
Controlli non distruttivi. Definizione e finalità dei CND; definizione della difettologia di unprodotto; Classificazione dei CND in base al principio fisico utilizzato e/o al materiale indagato; CND mediante: ultrasuoni, raggi X e Gamma, liquidi penetranti, magnetoscopia.

Dispense del docente

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni di base riguardanti le equazioni delle onde e le principali soluzioni, nozioni di base sull’analisi dei segnali acustici e dei sistemi lineari tempo invarianti acustici e nozioni sulla percezione dei suoni e di psicoacustica. Tali nozioni saranno utili ad affrontare problemi di misura e controllo del rumore in ambienti chiusi ed all’aperto, all’individuazione ed al riconoscimento delle principali cause di rumore (derivanti ad esempio da organi rotanti in movimento, da sorgenti di natura aero-acustica o da superfici vibranti) ed i metodi per il contenimento del rumore attraverso il dimensionamento di opportuni sistemi fonoassorbenti e fonoisolanti. Durante il corso, infatti, verranno svolte esercitazioni pratiche sulla misura delle grandezze acustiche e sulla progettazione di sistemi fonoassorbenti e fonoisolanti mediante l’uso di software commerciali. Il corso metterà in luce che l’obiettivo principale è il benessere psicoacustico dell’uomo che può essere valutato attraverso l’utilizzo di parametri oggettivi derivanti da procedure di misure, da algoritmi numerici o tramite opportune tecniche di “virtualizzazione del suono” ossia mediante le tecniche di auralizzazione. Inoltre, verranno introdotti i concetti di base della qualità sonora del rumore/suono emesso da un prodotto industriale. Tutte le problematiche elencate verranno contestualizzate nell’ambito delle realtà industriali attraverso seminari integrativi tenuti da aziende e centri di ricerca.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere le problematiche relative al controllo del rumore. Deve saper individuare le principali cause di generazione del rumore e le principali vie di propagazione del suono, delineare le principali soluzioni per il contenimento del rumore e comprendere l’effetto che tali soluzioni hanno sulla percezione sonora.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi concernenti la riduzione del rumore e progettare un sistema adeguato ad assorbire e/o ridurre la trasmissione del suono. Deve altresì valutare l’effetto che tali soluzioni hanno sulla percezione sonora

NOZIONI FONDAMENTALI DI ACUSTICA [2 CFU]: Definizione dei principali descrittori: lunghezza d’onda, periodo, frequenza, velocità di propagazione, velocità delle particelle, pressione sonora, variazione di densità e temperatura prodotte da un’onda sonora. Definizione di tono puro, segnali complessi e concetto di suono e rumore. Ipotesi alla base dell’acustica lineare. Determinazione della velocità del suono adiabatica ed isoterma nei gas. Velocità del suono nei solidi. Concetto e definizione di valore efficace. Definizione di intensità e potenze sonora istantanea e media. Densità dell’energia sonora. Definizione di livello di potenza, di intensità e di pressione sonora. Combinazione di livelli di sorgenti coerenti ed incoerenti. Fenomeno della riflessione, della dissipazione, della trasmissione di un’onda sonora. Fenomeno della diffrazione e della rifrazione. Equazione delle onde. Soluzione per alcuni campi sonori elementari: onda piana, onda piana stazionaria ed onda sferica. Fattore di direttività. Modelli per lo studio della propagazione del suono in campo libero.
PERCEZIONE DEI SUONI [1 CFU] : Cenni sulla fisionomia dell’orecchio umano. Meccanismo di trasduzione del segnale acustico in impulsi nervosi al cervello ed interpretazione delle frequenze. Curve isofoniche e scala dei Phon. Curve di ponderazione A, B e C. Scala lineare della sensazione di intensità sonora e scala dei sone. Intellegibilità di due toni puri di diversa frequenza: concetto di battimento e rugosità del suono. Banda critica. Scala delle bande critiche ed unità di misura del Bark. Percezione dell’intensità sonora in bande critiche. Percezione dell’intensità sonora in funzione della durata del segnale. Mascheramento in frequenza. Mascheramento temporale. Cenni sulla misura della loudness specifica e della loudness totale. Paragone tra la stima dell’intensità sonora percepita in sone e dBA. Effetto Haas. Cenni sull’ascolto binaurale e sulla localizzazione delle sorgenti. Cenni sulle Head Related Transfer Function (HRTF). Introduzione alla qualità del suono (Sound Quality). Concetti di Sound Design. Test psicoacustici. Principali descrittori della qualità del suono: loudness, roughness, fluctuation strength, sharpness, tonality e pitch. Concetto di gradevolezza o disturbo di un suono.
DISPOSITIVI DI MISURA DI RIPRODUZIONE ED ANALISI DI UN SEGNALE ACUSTICO [1.5 CFU]: Serie armonica Fourier. Composizione spettrale del livello di pressione sonora. Serie armonica complessa di Fourier. Trasformata diretta ed inversa di Fourier. Cenni sul campionamento. Frequenza di campionamento. Teorema del campionamento di Nyquist-Shannon. Quantizzazione. Sistema a tempo continuo e discreto. Definizione di sistema lineare e tempo invariante. Concetto di convoluzione e risposta all’impulso (IR). Concetto di risposta in frequenza (FR). Legame tra IR e FR. Filtri. Filtri in bande ottave. Cenni sulla trasformata finita di Fourier e sulla FFT. Descrizione di un dispositivo di misura. Grandezze acustiche misurabili: pressione sonora, intensità sonora e velocità delle particelle. Tipologie di microfoni. Principio di funzionamento di un microfono a condensatore (da polarizzare o prepolarizzato). Preamplificatori microfonici. Caratteristiche dei microfoni. Tipologie di sonde intensimetriche. Sonda intensimetrica tipo p-p: limiti in frequenza e pressure-intensity index. Funzionamento di un altoparlante. Caratteristiche di un altoparlante. Sistemi di diffusione del suono. Cenni sull’analogia elettro-meccano-acustica.
MATERIALI E SISTEMI FONOASSORBENTI [1.5] : Definizione del coefficiente di assorbimento. Tipologia di sistemi fonoassorbenti. Introduzione all’assorbimento dei materiali porosi. Lunghezza di penetrazione termica e viscosa. Assorbimento minimo di una parete. Meccanismo di assorbimento del suono di un materiale poroso. Tipologie di materiali poroso. Parametri che influenzano l’assorbimento del suono: resistività al flusso d’aria, porosità e tortuosità: definizione e valori tipici. Sistemi fonoassorbenti. Assorbimento dell’aria: perdite dovute al rilassamento molecolare. Propagazione del suono all’interno di un poro cilindrico. Principio di assorbimento selettivo, al variare della frequenza, di un poro cilindrico infinito e finito. Influenza della porosità. Introduzione al modello di gas equivalente. Relazioni per il calcolo delle proprietà per pori cilindrici, per materiali fibrosi (modello di Delany e Bazley) e materiali a celle aperte (modello di Johnson-Allard-Champoux). Definizione di impedenza superficiale e caratteristica. Tecnica della linea di trasmissione per onda piana ad incidenza normale. Calcolo del coefficiente di assorbimento ad onda piana ed incidenza normale. Rifrazione all’interno di un materiale poroso: materiali a reazione locale e a reazione non locale. Calcolo del coefficiente di assorbimento al variare dell’angolo di incidenza. Formula del Paris e coefficiente di assorbimento statistico. Misura del coefficiente di assorbimento per incidenza piana normale. Progettazione di sistemi fonoassorbenti. Materiali microforati. Cenni sulla Tecnica della Matrice di Trasferimento. Cenni sui metamateriali.
SUONO IN AMBIENTI CHIUSI [2 CFU]: Qualità dell’ascolto in un ambiente chiuso; definizione del tempo di riverberazione. Metodi per lo studio del campo sonoro in un ambiente chiuso. Richiami alla analisi modale. Teoria modale acustica. Determinazione delle coordinate modali acustiche a partire dalla seconda identità di Green. Determinazione delle frequenze naturali e modi propri in un tubo chiuso ad una estremità. Altri casi relativi ad un tubo aperto alle estremità e aperto ad una estremità e chiuso all’atra estremità. Teoria modale e modi di vibrare di un ambiente parallepipedico. Contributo dei modi assiali, tangenziali e obliqui. Cenni sulle tecniche FEM e BEM. Calcolo del decadimento del livello della pressione sonora di un singolo modo di virare e di più modi di vibrare. Densità modale. Considerazioni sulla teoria modale. Esempi applicati al caso dell’abitacolo di un autoveicolo. Teoria statistica. Campo perfettamente diffuso. Frequenza di Schroeder. Livello della pressione sonora in un ambiente chiuso: relazione di Stryker ad Hopkins. Stima del tempo di riverberazione mediante la formula di Sabine. Limiti della formula di Sabine. Formule di Norris-Eyring, di Millington e Sette e di Zhang. Cenni sulla correzione acustica di una sala. Cenni sulla teoria geometrica. Misura del tempo di riverberazione mediante un suono interrotto e mediante la risposta all’impulso. Tipologia di segnali utilizzati. Misura del coefficiente di assorbimento in camera riverberante. Principi di auralizzazione. Esempi di auralizzazione in diversi ambienti chiusi.
NOZIONI DI VIBRO-ACUSTICA [1 CFU]: Tipologie di rumore generato: per via aerea e strutturale. Amplificazione del suono per via strutturale. Descrittori dell’isolamento per via aerea: potere fonoisolante e potere fonoisolante apparente. Efficienza di radiazione. Potere fonoisolante per incidenza normale di una lastra indefinita: legge della massa e zona della rigidezza. Potere fonoisolante di una lastra finita. Cenni sulla propagazione di onde nei solidi: onde longitudinali e quasi longitudinali, onde trasversali. Onde flessionali. Velocità delle onde flessionali. Frequenza critica. Efficienza di radiazione di una lastra piana indefinita. Rigidezza flessionale dinamica complessa. Lastra piana eccitata da un’onda piana che incide obliquamente su di essa. Derivazione del potere fonoisolante: sua variazione al variare della frequenza, fissato un angolo di incidenza e, viceversa, al variare dell’angolo di incidenza, fissata la frequenza. Potere fonoisolante per incidenza diffusa. Influenza dei modi di vibrare di un pannello sul potere fonoisolante di una lastra finita e vincolata. Previsione pratica del potere fonoisolante. Cenni di acustica in edilizia. Definizione di isolamento acustico, isolamento di facciata e isolamento al calpestio. Legame tra isolamento e potere fonoisolante. Potere fonoisolante di pareti doppie e pareti composite. Misura del potere fonoisolante, dell’isolamento acustico di facciata e del livello di calpestio. Indice di valutazione del potere fonoisolante apparente.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale, opportunamente motivato allo studente, terrà conto sia del risultato della prova orale che dell’eventuale elaborato progettuale.

Appunti del corso.
Per approfondimenti (facoltativi):
Propagation of Sound in Porous Media: Modelling Sound Absorbing Materials, Second Edition, Jean F. Allard Noureddine Atalla, John Wiley & Sons;
Sound and Structural Vibration: Radiation, Transmission and Response, Frank J. Fahy,Paolo Gardonio, Academic Press;
Noise And Vibration Control Engineering: Principles And Applications, Istvan L. Ver e Leo L. Beranek, John Wiley & Sons.

Obiettivo del corso èfornire agli studenti una conoscenza approfondita dei processi di fabbricazione digitale basati sulla produzione additiva per metalli, polimeri e compositi, al fine di consentire agli studenti di acquisire conoscenze sui complessi meccanismi termici, chimici e meccanici che intervengono nei processi di trasformazione e legarli alle caratteristiche e prestazioni dei manufatti, con particolare attenzione alla loro anisotropia.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare la conoscenza sia dei fondamenti che dei dettagli della produzione additiva per diversi tipi di materiali e diverse forme di materie prime, come liquidi, polveri e fili. Deve dimostrare una profonda conoscenza del comportamento dei materiali soggetti a diverse condizioni di lavorazione come la fusione e la sinterizzazione di polveri, la polimerizzazione di resine liquide e la fusione e l'estrusione di fili metallici e polimerici e come ciò si traduce nelle proprietà delle parti prodotte in modo additivo per scegliere l'idoneo tecnica e materiale per un obiettivo specifico.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve innanzitutto dimostrare di saper scegliere, tra una gamma di materiali, quello con le caratteristiche più idonee ad uno specifico scopo. Il corso èprogettato per insegnare agli studenti gli strumenti metodologici per scegliere i processi di produzione additiva più appropriati per la realizzazione di uno specifico prodotto e per valutarne le conseguenti implicazioni economiche e tecniche. Lo studente sarà inoltre in grado di comprendere i meccanismi che modificano la microstruttura del materiale durante i processi produttivi e che ne regolano le proprietà. Infine, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di valutare la qualità dei prodotti realizzati in funzione dei diversi processi produttivi e di conseguenza scegliere gli strumenti e le tecniche per esaltarne le proprietà, come trattamenti termici e/o processi di finitura.

Introduzione e principi di base della produzione additiva.
Sviluppo della tecnologia di produzione additiva: tecnologia di progettazione assistita da computer; Classificazione dei processi AM; fonti di calore. Catena di processo di produzione additiva generalizzata. Fotopolimerizzazione in vasca. Fusione del letto di polvere. Estrusione di materiale. Material Jetting. Binder Jetting. Deposizione di energia diretta. Tecnologie di scrittura diretta. Produzione additiva ibrida.
Materiali per la produzione additiva: materiali a base liquida, materiali a base di polvere, materiali a base solida.
Problemi materiali nella produzione additiva: orientamento della costruzione, keyhole, degradazione chimica, processi reattivi, crepe, delaminazione e distorsione, scarsa qualità della superficie, stoccaggio della materia prima, supporti.
Linee guida per la selezione dei processi. Post produzione. Driver industriali per l'adozione di AM. Approfondimenti sulla sostenibilità nella produzione additiva: la produzione additiva e il suo effetto sui sistemi di produzione sostenibili, miglioramento della sostenibilità della produzione additiva attraverso l'integrazione delle funzionalità e il consolidamento delle parti.

N.A.

Ian Gibson, David Rosen, Brent Stucker, Mahyar Khorasani, Additive Manufacturing
Technologies, Springer.
Subramanian Senthilkannan, Muthu Monica, Mahesh Savalani, Handbook of Sustainability in
Additive Manufacturing, Springer.
Dispense del docente

Sviluppare negli allievi la capacità di operare secondo metodi sistematici per la selezione di materiali e dei processi produttivi in funzione dei manufatti o dei semilavorati da produrre.
Far comprendere le relazioni tra proprietà, struttura e processabilità dei materiali, anche attraverso l’uso delle mappe di Ashby.
Sviluppare negli allievi le capacità progettuali di analisi degli aspetti ambientali ed economici tenendo conto dei vincoli progettuali, e in particolare delle proprietà dei materiali disponibili.
Abituare gli allevi a familiarizzare con procedure grafiche digitali a supporto della progettazione.
Sviluppare negli allievi competenze pratiche attraverso l’analisi di casi di studio e l’utilizzo di procedure automatiche digitali anche per la selezione dei materiali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Acquisizione di strumenti operativi per l’analisi dei problemi di progettazione in ambito meccanico e per la selezione razionale dei materiali, considerando gli aspetti meccanici, fisici, economici, tecnologici e ambientali. Acquisizione della capacità di identificare i materiali e i processi più adatti ai parametri di progetto assegnati, anche mediante il confronto di soluzioni alternative. Uno dei risultati attesi è anche lo sviluppo della capacità di comunicare e giustificare in modo chiaro e strutturato le scelte progettuali effettuate.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Scegliere materiali e processi appropriati per componenti ingegneristici. Utilizzare diagrammi delle proprietà dei materiali e software di selezione. Stimare, calcolare o misurare a livello teorico le proprietà di materiali ibridi in progettazioni ottimizzate. Sviluppare indici di prestazione e criteri di penalizzazione in presenza di obiettivi contrastanti.

Introduzione alla progettazione meccanica e ruolo dei materiali.
Classificazione delle famiglie di materiali.
Proprietà meccaniche e funzionali: definizione e interpretazione.
I diagrammi di Ashby: visualizzazione e confronto tra materiali.
Strategia di selezione dei materiali: limiti, vincoli, indici.
Casi studio di selezione di materiali, in base a criteri strutturali, termici, ottici, elettro-magnetici e di impatto ambientale.
Classificazione e selezione dei processi di produzione.
Progettazione con vincoli multipli e obiettivi contrastanti: scelte effettuate mediante l’approccio ad “albero decisionale”.
Materiali ibridi, bio-ispirati e innovativi.
Fattori ambientali e sostenibilità nella scelta dei materiali.
Criteri economici quali il rapporto fra costo/performance in termini di peso e impatto ambientale.

Eventuale prova scritta intermedia (in forma anonima, non valutativa).
Presentazione di un progetto di un componente meccanico (facoltativa).
Esame orale, comprendente anche discussione di casi studio affrontati durante il corso e l’eventuale discussione della progettazione facoltativamente prodotta dall’allievo.

Libro intitolato " Materials Selection in Mechanical Design" di M.F. Ashby, Sixth Edition, Butterworth-Heinemann. Il testo descrive le procedure per la selezione dei materiali nella progettazione meccanica, con l’obiettivo di identificare i materiali e le geometrie più adatti tra tutte le opzioni disponibili. Riconosciuto come il manuale di riferimento a livello mondiale sulla selezione dei materiali, il libro rappresenta una risorsa innovativa per gli studenti.
Slide fornite dal docente.
Dispense del docente ed esercizi svolti in classe.

L'obiettivo del corso è quello di fornire conoscenze sulle tecniche tipiche della meccanica applicata utili per migliorare l'efficienza energetica dei sistemi meccanici. Per migliorare l'efficienza si seguono due percorsi: il primo riguarda la riduzione dell'energia impiegata, mentre il secondo riguarda il recupero dell'energia che viene altrimenti dissipata. Verranno quindi affrontate le principali cause di dissipazione energetica dovute a fenomeni dinamici e le tecniche per ridurne gli effetti. Inoltre, verranno illustrati i fenomeni meccanici che consentono il recupero energetico e le tecniche utilizzate nel caso di applicazioni a bassa potenza, con particolare attenzione alle metodologie di modellazione e progettazione.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Una volta approfondite le problematiche ingegneristiche relative alla lubrificazione, all'usura superficiale e al recupero dell'energia dispersa dalle vibrazioni, lo studente sarà in grado di sviluppare progetti di efficientamento energetico.
Lo studente individuerà i principali componenti dei sistemi di trasmissione e le fonti di inefficienza.
Lo studente comprenderà i principi fondamentali dell'accumulo di energia.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di saper scegliere, tra diverse possibilità disponibili, impiegando tra vari strumenti e diverse metodologie di analisi quelle più adatte alla risoluzione di uno specifico problema nel campo dell'efficienza energetica meccanica. Lo studente imparerà a scegliere la combinazione più idonea di componenti meccanici ed elettrici per la
trasformazione, il trasferimento e l'accumulo di energia.

Efficienza energetica sistemi meccanici: Introduzione alla progettazione funzionale, classificazione dei meccanismi e dei sistemi di movimento. Approcci avanzati basati su modelli per lo studio dell'efficienza energetica in:

• Meccanica del contatto
• Fenomeni di attrito
• Isteresi meccanica e viscoelasticità
  •Meccanismi di usura • Lubrificanti e lubrificazione
  •Trasmissioni di potenza meccaniche e ibride.
  Componenti meccanici per il trasferimento e la trasformazione di energia. Classificazione basata su funzione, principio di funzionamento, prestazioni ed efficienza. Progettazione meccanica ottimale per la qualità del movimento e l'efficienza energetica delle macchine. (5 CFU)
  Mechanical energy harvesting: Fonti di energia meccanica: analisi ed estrazione. Fonti cicliche, fonti stazionarie, fonti intermittenti e rumore. Aspetti energetici della meccanica delle vibrazioni: sistemi a n gradi di libertà e analisi modale. Principali fenomeni fisici che collegano grandezze meccaniche ed elettriche (effetto piezoelettrico, effetto Villari,triboelettricità). Caratteristiche elettromeccaniche e comportamento dinamico di materiali piezoelettrici e magnetoreologici. Principio di funzionamento e applicazioni dei nanogeneratori triboelettrici. Cenni sui circuiti di accumulo e gestione dell'energia elettrica. Metodologie e approcci di modellazione multifisica. Applicazioni di energy harvesting per sistemi a bassa potenza: dispositivi autoalimentati, autonomi e intelligenti. (4 CFU).

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione”

Slide fornite agli studenti dopo ogni lezione. Non esiste un unico libro di testo che copra l'intero corso. Una raccolta di letture consigliate da varie fonti sarà fornita durante il corso.

The Course deals with the Bio-Inspired Generative Design (GD), a design method that mimics nature’s evolutionary approach to design, and Additive Manufacturing. GD is used to design complex shapes and optimized forms according to forces, cost, weight, environmental impact and other data that may influence the design. GD will allow to explore all the solutions in order to find the best option. Artificial intelligence (AI) and machine learning will transform the design process into a sophisticated engineer-computer interaction. Taking advantage of the Additive Manufacturing processes, complex geometries, which are in many cases technically unfeasible using conventional manufacturing methods, can be realised. Thus, the main steps from concept design to Additive Manufacturing will be developed. The presented concepts will be exploited to develop a project work, in which the students, grouped in teams, will work together on a specific case study. The CREAMI and RICREAMI laboratories will be available to the students.
Conoscenza e capacita' di comprensione: The student must demonstrate that he/she has achieved an adequate knowledge of strategies towards the design for Additive Manufacturing with a special emphasis on the following features:

• Knowledge of technical language for the communication of technical information at the international level;
• Knowledge of the basic methodologies of Design for Manufacturing and Assembly/Design for Additive Manufacturing;
• Knowledge and understanding of International Standards;
• Knowledge of the basic principles in design and development of sustainable and smart products;
• Knowledge of the basic methodologies for the assessment of the functional analysis of Additive Manufactured Products;
• To define biomimetic and bioinspired approach;
• To distinguish among different cellular structures and lattice structures;
• To describe topology optimization algorithms;
• To illustrate the main features of generative design and AI-driven process towards the development of design solutions;
• To outline the potential of developing custom-made and lightweight products.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: At the end of the Course the student must demonstrate that he/she has acquired notions of Bio-Inspired Generative Design for Additive Manufacturing and, in particular, the following abilities:
• Knowledge and planning of the functional design of additive manufactured components of systems and products by applying the basic principles of bio-inspired and generative design;
• Understanding of the effect of the manufacturing errors on the functional and mechanical characteristics of the additive manufactured products;
• Interpretation of concepts for the design of smart and sustainable products towards the ecological transition;
• Understanding of verification methodologies and technical reference standards;
• To modify conventional methodologies and to rewrite/organise novel functional analyses for
  innovative products, as a consequence of product reimagination from a new standpoint:
• To solve technical problems related to the simultaneous optimization of several response variables (e.g., mechanical and further functional features) as well as to the development of multi-material structures;
• Correct use of the developed products according to the specific applications, and production of reference documentation;
• Management and implementation of several algorithms to develop innovative products.

The course contents will cover the following aspects: ·Key Advantages of the Additive Manufacturing (AM) techniques. ·Design for Manufacturing and Assembly (DfMA) / Design for Additive Manufacturing (DfAM). ·Design for Additive Manufacturing in sustainable and smart product design and development: Trends and Opportunities. ·DfAM and International Standards. ·Understanding the influence of AM roughness, geometrical and dimensioning tolerances, mechanical properties, process parameters on DfAM. ·From Darwin’s Theory of Natural Selection to Generative Design. Nature-Inspired Metaheuristic Algorithms. Genetic Algorithms. Generative Design: challenges and innovative design solutions. Generative Design: artificial intelligence (AI) and machine learning to transform the design process into a sophisticated engineer-computer interaction. AI-driven process towards the development of design solutions. · Cellular Structures. Lattice Structures and 3D CAD Modelling. ·Geometrically Hybrid Lattice Structures and Solid-Lattice Hybrid Structures. ·Topology Optimization Algorithms. Gradient-Based Optimization Algorithms. Optimality Criteria Methods. Integrated Design Methods. · Bioinspired architectures for sustainable and smart products ·Design for Additive Manufacturing of custom-made advanced, lightweight and multi-material structures. ·Practical lessons based on project work concerning innovative architectures for sustainable and smart products.

The minimum requirements for passing the exam concern the following features: i) knowledge of the basic principles of the Design for Additive Manufacturing, bio-inspired and generative design; ii) knowledge of dedicated algorithms and optimality criteria methods; iii) ability to design cellular and lattice structures with optimized properties. The oral test focuses on the subjects of the program and starts from the discussion of a project work made by the students.
The students must use textbooks, manuals or collection of technical standards during the oral test.
The students with SLD (Specific Learning Disorders) or disabilities can use teaching support material, such as
synoptic tables and multimedia devices, with the aim to help the learning process.

All students will find technical information and/or teaching material related to classroom presentations and exercises on the teacher’s website and/or TEAMS platform. International Standards will be available.

Approfondire le conoscenze sul comportamento meccanico dei materiali e le metodologie di analisi del comportamento meccanico di strutture ed organi di macchina per una progettazione avanzata. Appendere metodi di progettazione su base normativa e mediante tecniche FEM a beneficio di un progetto esecutivo. Alla fine del corso lo studente deve essere in grado di applicare concetti teorici a problematiche reali di progettazione. Applicazione di tecniche FEM a progettualità reali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper affrontare le principali problematiche strutturali. Partendo dalla comprensione dei meccanismi deformativi e delle modalità di rottura, lo studente deve essere in grado di individuare le sollecitazioni critiche per una determinata struttura. Il percorso formativo intende approfondire le conoscenze teoriche e fornire nuovi strumenti risolutivi per lo studio e la progettazione di componenti meccanici in contesti reali e per una progettazione avanzata.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di utilizzare gli strumenti teorici introdotti per il dimensionamento di strutture meccaniche ricorrendo anche a fogli di calcolo o codici commerciali agli elementi finiti. Per ogni aspetto teorico introdotto deve saper trovare un riscontro applicativo. Deve saper scegliere ed utilizzare le opportune formulazioni in funzione delle reali condizioni critiche di lavoro della struttura meccanica in esame. Deve saper individuare correttamente i limiti del modello in rapporto al problema reale.

Richiami di fatica HCF con approccio in tensione e in deformazione –Principali criteri per la fatica multiassiale: von Mises, Gough-Pollard, Sines, Metodi del Piano critico –Plasticità ciclica - Effetto della plasticità ciclica in fatica oligociclica. Comportamento ciclico stabilizzato di un materiale. Determinazione sperimentale della curva ciclica stabilizzata e sua descrizione matematica - Approccio in deformazione per la fatica oligociclica: retta di Basquin, formulazione di Manson&Coffin e Morrow - Approccio normativo alla progettazione di serbatoi in pressione: ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Formule per fondi e mantello con efficienza delle saldature; Instabilità di strutture piane e progettazione di irrigidimenti per evitare l’instabilità. - Teoria dei cilindrici in pressione ad elevato pessore: tubi, tubi composti, dischi in rapida rotazione, dischi ad uniforme resistenza. Giunti per interferenza - Teoria dei gusci – Simulazione numerica di componenti meccanici e piccoli assiemi per verifica dei concetti teorici introdotti - Meccanica della frattura elastoplastica e criteri di verifica di strutture difettate: KI, J-integral, CTOD e COD. Prove di tenacità a frattura - Comportamento dei materiali a temperature da creep. Meccanismi deformativi alle alte temperature. Modelli previsionali di scorrimento viscoso alle alte temperature. Curve di scorrimento e loro modellazione. Cenni di fatica termomeccanica e interazione creep-fatica. - Esempi pratici di progettazione e verifica strutturale di componenti meccanici mediante tecniche FEM.

Nella prova orale lo studente deve dimostrare di aver appreso i principali argomenti del corso e discutere un elaborato progettuale.

• Materiale fornito al Corso / Estratti di normative di riferimento;
• J.A. Collins “Failure of Materials in Mechanical Design”, John Wiley &Sons;
• T.L. Anderson “Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications”
• V.I. Feodosev “Resistenza dei materiali”, Edizioni Riuniti university press;
• P.P. Milella “Fatigue and corrosion in metals”, Springer;
• M.F. Ashby, H.J Frost “Deformation-Mechanism Maps: The Plasticity and Creep of Metals and Ceramics”

Il corso si propone di fornire le conoscenze fondamentali per affrontare la progettazione di un sistema meccanico controllato attraverso un approccio di tipo sistemistico basato sulla modellazione fisica dei sistemi. Vengono quindi descritte le metodologie necessarie per affrontare l’identificazione e il controllo dei sistemi meccanici, con particolare riferimento alla modellazione dei sistemi meccatronici (relativamente al sistema meccanico, agli azionamenti e alle logiche di controllo).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla analisi e alla sintesi dei sistemi meccanici controllati. Deve dimostrare di sapere elaborare argomentazioni concernenti le relazioni tra i vari componenti di un sistema di controllo, a partire dalle nozioni apprese riguardanti ciascuno dei sottosistemi. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare e progettare un sistema meccatronico. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra il sistema meccanico ed il controllo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di trarre le conseguenze di un insieme di informazioni per analizzare un sistema meccanico controllato, applicare gli strumenti metodologici appresi e finalizzati alla analisi e sintesi dei sistemi di controllo, con riferimento ai sistemi meccanici. Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze attraverso l’impiego degli strumenti metodologici acquisiti.

Modelli di simulazione, le variabili di stato, funzione di trasferimento armonica, trasformata di Laplace e di Fourier, risposta in frequenza, rappresentazioni a blocchi. Analisi di stabilità dei sistemi meccanici, luogo delle radici, criterio di Nyquist, specifiche di un sistema di controllo. Controllori in anello aperto e in anello chiuso, sintesi meccanica del sistema di controllo, controllori PID, applicazioni di controllori PID a sistemi meccanici a 1 e 2 gradi di libertà, influenza delle non-linerità meccaniche del sistema reale. Controllo ottimo, controllo modale, osservatori di stato, approcci non lineari per il controllo e l’osservazione. Azionamenti idraulici, azionamenti elettrici, azionamenti pneumatici: modellazione e controllo. Diagnostica e monitoraggio attraverso approcci model-based per la stima di variabili e parametri di sistemi meccanici.

The section will be completed in accordance with the forthcoming PQA Guidelines

G. Diana, F. Resta: Controllo di sistemi meccanici, Polipress Appunti dalle lezioni.

Il corso si propone di fornire le conoscenze specialistiche dell’elettronica di potenza, presentando le caratteristiche di funzionamento dei principali dispositivi elettronici a semiconduttore, analizzando le strutture topologiche fondamentali per la conversione dell’energia elettrica, sia in corrente alternata che in corrente continua, ed illustrando i criteri per la scelta ed il dimensionamento di massima di un sistema di conversione inteso come elemento di un più generale sistema elettromeccanico.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende innanzitutto fornire agli studenti le conoscenze degli elementi che costituiscono un convertitore elettronico di potenza, unitamente alle corrispondenti caratteristiche esterne, così da poter, successivamente, illustrare gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il funzionamento delle diverse tipologie di convertitori: raddrizzatori, chopper e inverter, anche in configurazione doppio stadio. Ciò consentirà agli studenti di comprendere i principi di funzionamento dei principali convertitori e, al contempo, definire i riferimenti del sistema di controllo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di identificare le principali topologie di convertitori elettronici di potenza, analizzarne il funzionamento attraverso gli strumenti metodologici acquisiti e definirne i riferimenti per il controllo, suggerendo la strategia di modulazione maggiormente idonea. Il percorso formativo è accompagnato da una fase implementativa orientato a rendere operativi, anche se in ambiente simulativo, i concenti presentati così da poter applicare concretamente le conoscenze maturate.

Introduzione all’elettronica di potenza - Definizioni di base: valor medio, valore efficace, sviluppo in serie di Fourier per una forma d’onda rettangolare; richiami del modello a bande di energia per la conduzione nei semiconduttori: la giunzione PN. Convertitori alternata-continua (raddrizzatori) - Convertitori monofase corrente alternata-corrente continua: raddrizzatore monofase a semplice semionda, raddrizzatore monofase a semplice semionda con diodo di free wheeling, raddrizzatore monofase a doppia semionda, raddrizzatore monofase a ponte non controllato, raddrizzatore monofase a ponte semi-controllato, raddrizzatore monofase totalcontrollato. Convertitori trifase corrente alternata-corrente continua: raddrizzatore trifase a ponte non controllato, raddrizzatore trifase a ponte semi-controllato, raddrizzatore trifase totalcontrollato. Convertitori monofase e trifase corrente alternata-corrente continua bidirezionali: convertitori a 2 quadranti, convertitori a 4 quadranti e funzionamento non ideale di un convertitore a ponte (attività di laboratorio). Forma d’onda della corrente di linea nei raddrizzatori monofase e trifase: calcolo del THD. Cenni sui circuiti snubber per i tiristori. Convertitori continua-continua (chopper) - Chopper step-down: principio di funzionamento. Conduzione continua e discontinua del chopper. Chopper stabilizzatore. Chopper step-up. configurazione buck-boost; architetture bidirezionali. Convertitori continua-alternata (inverter) - Configurazione di base: Current Source Inverter (CSI) e Voltage Source Inverter (VSI). Funzionamento in six-step del CSI e del VSI. Modulazione a sottoscillazione sinusoidale. Cenni sui componenti simmetrici delle grandezze elettriche. Space Vector Modulation (SVM). Cenni sui convertitori multilivello. Convertitori a doppio stadio alternata-alternata - Configurazioni circuitali; convertitori con 1° stadio a front-end attivo; struttura del dc-link. Applicazioni - Dimensionamento di massima e criteri di scelta di convertitori elettronici di potenza di diversi tipi. Impiego dei convertitori di potenza in applicazioni di produzione e automazione industriale.

Prova scritta e orale. L'esito della prova scritta non è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. Le due prove hanno lo stesso peso ai fini della valutazione.

Appunti del corso di Convertitori Elettrici, 2021
Power electronics: converters, applications, and design, Ned Mohan, Tore M. Undeland – Editore Wiley India, 2007

Il corso si propone di fornire strumenti e metodi per la progettazione dei principali gruppi e sistemi di un autoveicolo. Le esercitazioni guidate sono svolte su temi di dimensionamento di gruppi, anche con l’ausilio dell’elaboratore. Rientra pertanto negli indirizzi a carattere progettuale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: L'insegnamento permette agli studenti di acquisire conoscenze sulle principali soluzioni costruttive adottate nelle moderne costruzioni di autoveicoli. Tali conoscenze costituiranno degli approfondimenti che dovranno arricchire la conoscenza nel settore delle costruzioni automobilistiche, in modo che lo studente acquisisca una chiara consapevolezza del più ampio contesto multidisciplinare dell'ingegneria, con un chiaro richiamo agli aspetti propriamente connessi con la progettazione dei sistemi meccanici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al fine di affrontare tematiche progettuali avanzate, anche di notevole complessità, e curare l'innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti e di nuovi processi tecnologici attraverso l'applicazione delle conoscenze, lo studente deve dimostrare di essere in grado di eseguire la progettazione di massima dei principali sistemi costituenti l’autoveicolo. Tali capacità si estrinsecheranno attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali la capacità di scegliere appropriatamente le soluzioni costruttive più adatte ad ottenere la performance desiderata da un veicolo e la capacità di implementare un modello di calcolo, numerico o analitico, per lo studio del comportamento del veicolo.

Elementi di meccanica della locomozione. Riepilogo delle resistenze all’avanzamento. Caratteristiche meccaniche dei gruppi propulsori. Carichi sulle ruote. Tiri massimi esplicabili. Pendenze massime superabili. Impostazione del progetto del veicolo sulla base delle prestazioni richieste. Gruppi di traslazione. Analisi termo meccanica degli innesti. Transitori d’innesto. Innesti semiautomatici. Sincronizzatori. Gruppi di trasmissione per ingranaggi, semiautomatici e automatici. Trasmissioni di potenza idrodinamiche. Gruppi di variazione continua del rapporto di trasmissione. Giunti cardanici e omocinetici. Differenziali.
Ripartizione dello sforzo frenante tra gli assi e sua regolazione. Freni a tamburo e a disco: dimensionamento termomeccanico.
Cinematismi di sterzata. Fenomeni di sotto e sovrasterzata. Dimensionamento dei cinematismi di sterzata. Stabilità direzionale.
Sospensioni e loro influenza sul comportamento statico e dinamico del veicolo. Analisi cinematica e dimensionamento di sospensioni ad assale rigido e/o a ruote indipendenti.
Telai e scocche: progettazione della scocca e dell’abitacolo; progettazione di un telaio.
Seminario: Analisi e ricostruzione dinamica degli incidenti stradali
Seminario: La problematica del crash automobilistico
Seminario: Ergonomia applicata all'autoveicolo e interfaccia uomo-macchina
Seminario: Progettazione NVH in campo automotive
Seminario: Progettazione meccanica di motori a c.i. ad alta potenza specifica
Seminario: Set up gara in ambito motor sport
Visite guidate: Comprensorio Stellantis (centro ricerche di Pomigliano) - Stabilimento produttivo Stellantis di Pomigliano - STEMS CNR-IM

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

• Materiale fornito al corso
• A. Soprano, Note dal Corso di Costruzione di Autoveicoli
• A. Morelli, Progetto dell’autoveicolo
• G. Genta, L. Morello, L’autotelaio
• G. Genta, Meccanica dell’autoveicolo

Il principale obiettivo del corso è fornire le conoscenze e le metodologie necessarie per risolvere i problemi di dimensionamento che si presentano nella progettazione degli elementi del materiale rotabile e dell'infrastruttura ferroviaria e nella scelta delle relative soluzioni costruttive, attraverso lezioni teoriche, esempi applicativi ed esercitazioni autonome.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere le procedure di dimensionamento contro le principali modalità di cedimento degli elementi meccanici del materiale rotabile e dell'infrastruttura ferroviaria e saperle applicare, anche attraverso lo sviluppo autonomo di modelli analitici e/o numerici, per la soluzione dei diversi problemi di interesse per il progettista, il tecnico dell’esercizio e della manutenzione ferroviaria. Dovrà essere in grado di recepire le raccomandazioni dei principali standard di progettazione e conoscere l'iter progettuale per lo sviluppo di nuovi prodotti ferroviari, dall'analisidelle specifiche di prodotto fino alle prove statiche e di fatica necessarie alla loro omologazione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà sviluppare la capacità di riconoscere e/o identificare le possibili modalità di cedimento dei diversi componenti meccanici del rotabile e della sovrastruttura ferroviaria in relazione alle condizioni di servizio ed essere in grado di definire ed implementare, attraverso i metodi della Costruzione di Macchine e della Progettazione Meccanica, modelli previsionali affidabili per la stima della loro resistenza e durata.

Lo scenario ferroviario: generalità, materiale rotabile, armamento ferroviario - Progetto e calcolo delle sale - La ruota ferroviaria: geometria, analisi delle tensioni residue, del danno da fatica e da usura - Boccole e cuscinetti - Progetto e calcolo delle sospensioni: molle ad elica; molle pneumatiche - Tamponi di fine corsa - Barre anti-rollio - Carrelli ferroviari: carrelli portanti e motori, criteri di progetto, metodi per l'analisi delle sollecitazioni e del danno, interfaccia cassa-carrello, prove di omologazione dei carrelli - Casse: tipologie strutturali e metodi costruttivi delle casse,carichi di progetto, criteri di dimensionamento - Organi di attacco e repulsione - Introduzione al metodo degli elementi finiti: modelli di spostamento; le deformazioni d'elemento; forze nodali; matrice delle rigidezze d'elemento; assemblaggio della matrice di rigidezza del sistema discreto; soluzione delle equazioni d'equilibrio; problemi con non-linearità geometriche - Teoria delle piastre: equazioni fondamentali - Dimensionamento contro il cedimento per carico di punta e contro l'instabilità flesso-torsionale - Unioni saldate: verifiche di resistenza statica ed a fatica.

Queste modalità saranno definite in accordo con le linee guida PQA.

• Dispense del docente
• F. Di Majo, Costruzione di materiale ferroviario, Levrotto &Bella, 1979.
• R. Panagin, Costruzione del veicolo ferroviario, CIFI, HOEPLI, 2006.
• G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica, Levrotto&Bella,1998.

Lo studente apprenderà come progettare un prodotto industriale in modo innovativo, in grado di soddisfare esigenze dell’utente nuove o in evoluzione, minimizzando l’impatto ambientale lungo l’intero ciclo di vita. Il corso sviluppa la capacità di integrare criteri di sostenibilità, quali la scelta dei materiali, l’efficienza nell’uso delle risorse, la disassemblabilità e le strategie di fine vita, in ogni fase del processo di sviluppo prodotto, dalla progettazione concettuale alla progettazione di dettaglio, affinché la prestazione ambientale diventi un driver progettuale al pari dei requisiti funzionali ed economici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere le metodologie di progettazione e sviluppo di prodotti industriali complessi, con particolare attenzione all’innovazione di prodotto orientata alla sostenibilità ambientale. Particolare attenzione è dedicata alle tecniche di progettazione concettuale orientate all’innovazione sistematica di prodotto, incluso il TRIZ applicato alla sostenibilità e all’eco-innovazione. La conoscenza dei metodi di eco-design e green design consente di comprendere l’impatto ambientale del prodotto fin dalla fase concettuale. Lo studente acquisirà conoscenze sulla metodologia Life Cycle Assessment (LCA) e sui criteri di selezione di materiali bio-based, biodegradabili e di materie prime seconde. Lo studio funzionale del prodotto richiede la conoscenza dei concetti di usabilità, ergonomia, manutenibilità e sicurezza, insieme alle strategie di Design for Disassembly, gestione del fine vita e riuso/second life (economia circolare).
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve essere in grado di utilizzare i metodi di elicitazione delle esigenze del cliente per classificare i bisogni e definire i requisiti di progetto. Lo studente deve essere in grado di utilizzare le tecniche di generazione dei concetti, i principi di progettazione di Suh e le tecniche di innovazione sistematica del TRIZ applicate alla risoluzione di contraddizioni ambiente-prestazioni. Lo studente deve inoltre sviluppare la capacità di selezionare i concetti mediante tecniche formali e di gruppo. Lo sviluppo dell’analisi funzionale e la scelta della migliore architettura di sistema sono perseguiti attraverso la modellazione funzionale e la prototipazione virtuale. Lo studente deve essere in grado di applicare tecniche di progettazione generativa collegate alla manifattura additiva, e di utilizzare i digital twin come strumenti di prototipazione virtuale per ridurre gli sprechi di materiale e la necessità di prototipi fisici. Lo studente deve essere in grado di quantificare la prestazione ambientale di un prodotto mediante Life Cycle Assessment (definizione di obiettivo e campo di applicazione, analisi di inventario, valutazione degli impatti e interpretazione) e di selezionare bio-materiali e materie prime seconde sulla base di essa. Lo studente deve essere in grado di applicare i criteri del Design for Disassembly e di definire strategie di fine vita, remanufacturing e second use. Infine, lo studente deve essere in grado di valutare la robustezza della soluzione proposta mediante simulazioni virtuali o test di laboratorio, e di utilizzare formati e standard di interscambio dati CAD/CAE per sessioni di design review, anche in ambienti di Realtà Virtuale e mediante manichini virtuali per la valutazione ergonomica. Il corso richiede la maturazione di capacità di sintesi progettuale e segue un modello induttivo da laboratorio di progettazione, basato su discussione dei progetti di gruppo, presentazione delle idee, confronto critico con docenti, tutor ed esperti, e autovalutazione, applicato lungo tutto il corso a casi studio di progettazione di prodotto sostenibile.

1. Storia e fondamenti del green design, dell’eco-design e dell’eco-innovazione (2 CFU)
Storia del green design, dell’eco-design e dell’eco-innovazione; origini ed evoluzione dello sviluppo sostenibile e sua integrazione nella progettazione di prodotto. Individuazione dei bisogni dei clienti mediante tecniche partecipative. Il Quality Function Deployment (QFD): dalle esigenze degli utenti ai requisiti funzionali. Principi di eco-design e progettazione sostenibile. Principi di economia circolare e i Sustainable Development Goals come driver di progetto. User centered design e progettazione partecipativa; valutazione di ergonomia ed usabilità.
2. Metodi di progettazione concettuale e innovazione di prodotto per la sostenibilità (3 CFU)
Tecniche di generazione dei concetti e tecniche di sviluppo della creatività. Principi di progettazione di Suh e Axiomatic Design. Misura dell’informazione di Shannon (cenno). La metodologia TRIZ applicata all’eco-innovazione: la matrice delle contraddizioni e i principi inventivi utilizzati per risolvere i trade-off ambiente-tecnica. Parametri di progettazione generalizzati e principi di progettazione per la risoluzione dei conflitti. Classificazione dei brevetti e livello di innovatività delle soluzioni tecniche. Tecniche di fattorizzazione e combinazione. Tecniche di valutazione dei concetti: matrice di Pugh e P&B. Cenni di progettazione robusta e metodi Taguchi per l’ottimizzazione di architetture di prodotto sostenibili. Progettazione generativa per la sostenibilità collegata al Design for Additive Manufacturing (DfAM): ottimizzazione topologica, alleggerimento e riduzione dell’uso di materiale. I digital twin come strumenti di prototipazione virtuale per la progettazione sostenibile: il loro ruolo nella riduzione degli sprechi di materiale e della necessità di prototipi fisici durante la validazione del progetto.
3. Life Cycle Assessment e scelta dei materiali sostenibili (2 CFU)
Metodologia Life Cycle Assessment secondo gli standard ISO: definizione di obiettivo e campo di applicazione, inventario del ciclo di vita (LCI), valutazione degli impatti del ciclo di vita (LCIA) e interpretazione. Indicatori di carbon footprint, water footprint e impronta ambientale. LCA comparativa di materiali, processi e architetture di prodotto alternativi mediante strumenti software dedicati. Criteri di selezione di materie prime bio-based, biodegradabili e riciclate/seconde; carte di selezione dei materiali applicate alla sostenibilità. Banche dati di eco-materiali e loro impiego nelle fasi iniziali di progetto. Trade-off tra prestazione ambientale, costo e requisiti meccanico-funzionali.
4. Disassemblaggio, fine vita e secondo uso, green design e progettazione user-centric (1 CFU)
Design for X, con focus su ergonomia e interazione utente-prodotto: variabilità degli utenti, studi antropometrici e progettazione per l’ergonomia; indici di usabilità; progettazione ergonomica robusta mediante manichini virtuali; indici di discomfort con casi studio industriali; valutazione del rischio posturale mediante manichini digitali. Design for Disassembly (DfD), Design for Durability, Design for Upgrading e Design for Recycling come tecniche chiave per estendere la vita del prodotto e abilitare la circolarità; design review in laboratorio di Realtà Virtuale (RV); impiego della Realtà Aumentata (RA) per la mitigazione dei rischi e per la manutenibilità di sistemi complessi. Cenni alla progettazione per l’affidabilità, la manutenibilità, la disponibilità e la sicurezza (RAMS), con riferimento alle normative UNI, EN, ISO e MIL-STD. Strategie di remanufacturing, refurbishment e second life; responsabilità estesa del produttore e modelli di business circolari.
5. Project work (1 CFU)
Scelta dell’argomento di progetto, focalizzato sulla riprogettazione di un prodotto esistente o sulla progettazione di un nuovo prodotto secondo criteri di sostenibilità. Organizzazione del team. Team building. Leadership. Presentazione dei risultati. Laboratori. Visite aziendali. Discussione con i tutor.

Gli studenti, organizzati in gruppi, dovranno dimostrare l’applicazione delle metodologie di progettazione e sviluppo di prodotto sostenibile studiate durante il corso e presentare i risultati ottenuti, evidenziando l’innovazione funzionale e ambientale proposta rispetto allo stato dell’arte attuale. In particolare, ogni gruppo dovrà dimostrare: l’applicazione di tecniche di progettazione robusta per ottimizzare l’architettura di prodotto mediante prove reali o simulate; l’uso della Life Cycle Assessment per confrontare soluzioni progettuali e materiali alternativi; e l’applicazione del Design for Disassembly e delle strategie di fine vita/secondo uso al prodotto proposto.

• Ulrich K.T., Eppinger S.D., “Progettazione e sviluppo di prodotto”, McGraw-Hill, ultima edizione.
  2. Suh N.P., “The Principles of Design”, Oxford University Press, 1990.
  3. Yang K., El-Haik B., “Design for Six Sigma”, McGraw-Hill, 2003.
  4. Whitney D., “Mechanical Assemblies”, Oxford University Press, 2004.
  5. ISO 14040:2006 e ISO 14044:2006 — Gestione ambientale — Valutazione del ciclo di vita.
  6. Articoli selezionati e materiale di riferimento su TRIZ per la sostenibilità, eco-design e Design for Disassembly.
  7. Materiale didattico (slide) del corso, disponibile a inizio anno e aggiornato settimanalmente sulla piattaforma e-learning.

Fornire metodologie avanzate per la scelta e l’interfacciamento tra motori, strutture e componenti o gruppi di larga applicazione, a partire dalle specifiche progettuali di tipo strutturale e quantitativo di un sistema meccanico. Valutare la risposta della struttura intesa come catena elastica introducendo i criteri di deformabilità controllata. Presentare i principali elementi costruttivi dei sistemi meccatronici inclusi i sensori di misura per spostamento, deformazione e forza, esaminando le tipologie con particolare riguardo ai principi di progettazione ed alle caratteristiche di utilizzo. Presentare e sviluppare modelli costitutivi avanzati per la descrizione del comportamento meccanico dei materiali, con l’obbiettivo di determinare in modo consapevole la risposta del materiale in funzione delle condizioni ambientali, di carico o delle lavorazioni a cui è soggetto.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscenza e comprensione dei principi fondamentali di funzionamento, cinematica e progettazione di semplici sistemi meccatronici. Metodologie per l'analisi della risposta della struttura come catena elastica. Comprensione dei principali elementi costruttivi dei sistemi meccatronici. Progettazione e verifica di sistemi meccatronici soggetti a diverse forze e vincoli, in funzione della geometria, delle condizioni al contorno e delle leggi avanzate di materiale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di affrontare l'analisi del comportamento cinematico e la previsione di resistenza di sistemi meccatronici. Inoltre, sarà in grado di identificare i principi più appropriati per eseguire la progettazione strutturale di componenti di sistemi meccatronici, sulla base dei dati di partenza, delle caratteristiche di utilizzo, delle condizioni al contorno. Progettazione e verifica di elementi o sistemi relativi ad assemblaggi meccatronici sottoposti a diverse forze e vincoli, in funzione della geometria, delle condizioni al contorno e dei modelli costitutivi avanzati.

Aspetti generali e definizione dei sistemi meccatronici e dei loro componenti. Individuazione degli aspetti costruttivi di un sistema meccanico composto di struttura fissa e di membrature a geometria variabile. Individuazione delle disposizioni generali (layout) e del ciclo operativo generale e dei gruppi. Analisi dei principali tipi di vincolo (cuscinetti, giunti, guide, e slitte, etc.), trasmissioni flessibili e attuatori (viti a ricircolo di sfere e sistemi oleodinamici). Considerazioni relative ai tempi ed all’energia connessa con i transitori. Confronto tra differenti cicli con accelerazioni variabili. Distribuzione delle forze, delle reazioni e della risposta della struttura meccatronica. Analisi di elementi giuntati. Creep e stress relaxation di materiali polimerici. Scorrimento viscoso in elementi riparati. Instabilità di travi per sollecitazione assiale, flessionale e torsionale. Componentistica meccanica. Funi per sollevamento e per trasmissioni flessibili. Affidabilità strutturale

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Dispense rese disponibili sul sito docente. Libri consigliati: R. Isermann, Mechatronic Systems. Springer, 2005. Hans Groß, Jens Hamann and Georg Wiegartner, Electrical Feed Drives in Automation: Basics, Computation, Dimensioning, Siemens, 2001. Findley WN, Lai JS, Onaran K. Creep and relaxation of nonlinear viscoelastic materials with an introduction to linear viscoelasticity. North-Holland Publishing Company; 1976.

Il corso si propone di fornire le conoscenze fondamentali per la comprensione dei fenomeni dinamici che caratterizzano il veicolo ferroviario L’interazione del veicolo con l’ambiente esterno viene approfondita partendo dallo studio del contatto ruota-rotaia, per poi affrontare le tematiche inerenti alla dinamica della sala montata, del carrello e dell’intero veicolo.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare la dinamica del veicolo ferroviario. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le principali relazioni che sussistono tra le caratteristiche meccaniche del veicolo ferroviario e le prestazioni dinamiche del veicolo stesso.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo èorientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi
necessari ad applicare concretamente le conoscenze di meccanica allo studio ed alla
modellazione dei principali fenomeni fisici della dinamica del veicolo ferroviario.

Contatto ruota-rotaia, l’aderenza in campo ferroviario, scorrimenti geometrici, scorrimenti cinematici, interazione normale, teoria di Hertz, interazione tangenziale, condizione di pseudo-slittamento, modello lineare di Kalker, modello di Johnson-Vermeulen, modello completo di Kalker, teorie euristiche. Armamento ferroviario, scartamento, profili di binario, profili ruota, conicità equivalente, richiamo gravitazionale. Sala montata classica, sala montata a ruote indipendenti, effetto differenziale, serpeggio, formula di Redtenbacher, formula di Klingel. Dinamica della sala montata, del carrello, della cassa; iscrizione in curva, stabilità. Sicurezza di marcia, svio, accelerazione non compensata, sopraelevazione di linea, centri di rollio, pendolamento attivo e passivo della cassa. Dinamica verticale e comfort, sospensioni primarie e secondarie. Dinamica longitudinale. Comportamento dinamico della sovrastruttura ferroviaria e della catenaria. Interazione pantografo-catenaria.

La sezione sarà completata in conformità alle Linee guida PQA di prossima pubblicazione

Knothe Klaus, Stichel Sebastian, Rail Vehicle Dynamics, Editore: Springer, Anno edizione: 2017. Simon Iwnicki (ed.), Handbook of Railway Vehicle Dynamics, Editore: CRC Press, Anno edizione: 2006. Appunti dalle lezioni.

L’insegnamento si propone di fornire i concetti e gli strumenti analitici fondamentali per comprendere il funzionamento di un sistema economico da due prospettive differenti, quella micro e macroeconomica.
Dal punto di vista microeconomico, si analizzeranno i modelli che descrivono il comportamento e i meccanismi decisionali di allocazione delle risorse dei singoli attori economici, tipicamente dei consumatori e delle imprese. Inoltre, si analizzerà come tali attori interagiscono in un’economia di mercato e come si determinano gli equilibri, in termini di prezzi e quantità scambiate.
Dal punto di vista macroeconomico, si introdurranno i principali indicatori utilizzati per descrivere lo stato di salute di un sistema economico nazionale (es., prodotto interno lordo, inflazione, occupazione) ed i metodi utilizzati per determinare le principali variabili macroeconomiche.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i concetti fondamentali della teoria del consumatore e del produttore; di comprendere gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il comportamento dei singoli attori economici e descrivere i rispettivi processi decisionali di allocazione delle risorse (limitate). A partire da tali conoscenze, lo studente dovrà dimostrare di comprendere le connessioni causali tra i risultati di tali scelte e la determinazione delle funzioni di domanda e di offerta. Inoltre dovrà dimostrare di comprendere come interagiscono gli attori nei mercati e come si determinano gli equilibri. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i principali indicatori utilizzati per descrivere i sistemi economici da un punto di vista aggregato ed aver compreso i metodi utilizzati per la determinazione dei più rilevanti aggregati economici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Sulla base delle conoscenze acquisite lo studente dovrà essere in grado di interpretare il comportamento degli attori economici e prevedere gli effetti determinati dalla loro interazione nei singoli mercati. Lo studente dovrà dimostrare di comprendere le logiche alla base del funzionamento dei mercati e il ruolo che può esercitare lo Stato nelle dinamiche di determinazione dei prezzi e di controllo delle quantità scambiate. Inoltre, dovrà dimostrare di saper utilizzare le conoscenze acquisite per interpretare fenomeni reali, in termini di andamento di mercati in settori di interesse. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di analizzare in maniera critica gli indicatori macroeconomici e saper interpretare le indicazioni connesse da molteplici prospettive.

MICROECONOMIA
Introduzione all’economia: l’economia ed i sistemi economici. Approccio Costi Benefici alle decisioni, Costi Opportunità, Costi non recuperabili, Costi Medi e Costi Marginali.
La domanda e l’offerta: le curve della domanda e dell’offerta, equilibrio di mercato e il processo di aggiustamento verso l’equilibrio, determinanti della domanda e dell’offerta, l’influenza dell’imposizione fiscale sull’equilibrio di mercato.
Teoria del Consumatore: le preferenze del consumatore, utilità ordinale (proprietà assiomatiche) e utilità cardinale (funzione di utilità), curve di indifferenza (beni complementari, beni
perfettamente sostituibili, beni non sostituibili), saggio marginale di sostituzione, il problema di scelta del paniere ottimo: formalizzazione e risoluzione, curva di domanda individuale e curva di mercato, beni normali, beni inferiori e beni di Giffen, elasticità della domanda al prezzo.
Teoria della Produzione e Costi: la funzione di produzione di breve periodo, produttività dei fattori produttivi, la funzione di produzione di lungo periodo, saggio marginale di sostituzione tecnica (fattori produttivi complementari, perfettamente sostituibili, non sostituibili), rendimenti di scala, i costi nel breve e nel lungo periodo.
Mercati: concorrenza perfetta, monopolio, oligopolio (modello di Cournot, modello di Bertrand, modello di Stackelberg, accordo Collusivo).
MACROECONOMIA
Introduzione alla macroeconomia, i principali indicatori macroeconomici (prodotto interno lordo, inflazione, disoccupazione). I principali modelli per la previsione di breve periodo dell’attività economica.

Prova scritta e orale. La prova scritta prevede quesiti in forma di esercizi numerici. L’esito della prova scritta è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. In caso di superamento, le valutazioni delle due prove saranno pesate in maniera equivalente.

• Varian H.R., Microeconomia Ed: Cafoscarina
• Blanchard O., Amighini A., Giavazzi F. Macroeconomia Ed: Il Mulino
• Dispense e slide a cura del docente

Il corso di Elettronica per Sistemi Meccanici Intelligenti si pone come obiettivo di far acquisire agli allievi i concetti fondamentali dell'elettronica, con particolare riferimento ai circuiti basati su microcontrollore che compongono i sistemi elettronici utilizzati nell’ambito dell’Internet of Things (IoT). In tale scenario, saranno illustrare le principali applicazioni smart dell’elettronica analogica e digitale, con riguardo ai sistemi meccanici, come possibili applicazioni nell' ambito dell'industia 4.0. Gli studenti sono posti in condizione di analizzare la struttura di semplici nodi sensoriali basati su microcontrollori, circuiti di attuazione e protocolli di comunicazione di interesse nei diversi scenari industriali e di applicazioni. Sono, quindi, forniti gli strumenti teorici per l’analisi e la sintesi di firmware per: (i) l’implementazione di algoritmi utili all’interfacciamento di circuiti a microcontrollore con sensori analogici e digitali; (ii) elaborazione dei dati raccolti in forma numerica; (iii) comunicazione tramite protocolli digitali di sistemi a microcontrollori con periferiche esterne. Il corso prevede, infine, una parte di sintesi circuitale dove verificare il corretto funzionamento hardware/firmware di semplici applicazioni di nodi sensoriali IoT.
Conoscenza e capacita' di comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente possiede concetti essenziali sulla struttura di semplici sistemi a microcontrollori e sull’architettura di un nodo sensoriale per applicazioni nei sistemi meccanici intelligenti: dalla rilevazione di grandezze fisiche tramite sensori fino alla attuazione di semplici leggi di controllo. Conosce le specifiche circuitali e le tecniche di programmazione fondamentali per l’utilizzo delle più comuni periferiche integrate nei moderni microcontrollori con architettura ARM a 32 bit (input/output digitali, input analogici, periferiche PWM, periferiche di comunicazione seriali, etc.). Conosce le tecniche di interrogazione delle periferiche (i) cicliche (polling); (ii) temporizzate basate su contatori binari (iii) guidate da eventi (event-driven).
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente possiede concetti essenziali sulla realizzazione di semplici sistemi a microcontrollori utili alla implementazione circuitale e firmware di nodi sensoriali ed attuativi per applicazioni nei sistemi meccanici intelligenti. Ai fini del superamento dell’esame, quindi, lo studente deve essere in grado di illustrare le specifiche teoriche e tecniche che sono alla base dei sistemi a microcontrollore per tali applicazioni. Deve in particolare dimostrare di essere in grado di analizzare semplici routine firmware per l’interfacciamento con sensori esterni, elaborare i dati raccolti e inviarli opportunamente tramite uno dei protocolli studiati durante il corso. Lo studente deve anche essere in grado di analizzare alcuni aspetti tecnici dei componenti elettronici utilizzati nell’ambito dei sistemi meccanici, partendo dai datasheet ed individuando le specifiche rilevanti al fine di una corretta progettazione hardware/firmware.

Definizione di smart sensor, applicazioni smart per la meccanica. Cenni di Smart City, Smart Building, Smart Home, Smart Agricolture, Smart Mobility, Manufacturing 4.0. Microcontrollore: definizione, architettura e differenza con microprocessore. Ciclo di sviluppo del firmware. Architetture ARM: storia, CISC vs RISC. Famiglia di microcontrollori STM32. Ambienti di sviluppo (IDE) per microcontrollori STM32. Digital Input e Output per STM32: GPIO Design, registri GPIO e settings/funzionalità. Ingressi analogici: definizione, ADC e caso studio dei micro STM32. Modalità di funzionamento, frequenza di campionamento, tecniche di polling, interrupt e DMA. Utilizzo dell'ADC con la tecnica del polling. Utilizzo di sensori analogici. Conversione D/A: cenni di funzionamento. Utilizzo del DAC. Segnali "pseudo-analogici" PWM: dal segnale digitale al segnale analogico, filtraggio. Segnali PWM. Introduzione ai protocolli seriali: utilizzo dello shift register. Serial Peripheral Interface (SPI). Moduli SPI nei micro STM32. Utilizzo di sensori SPI. Introduzione al protocollo I2C: specifiche di comunicazione, confronto con il protocollo SPI. Utilizzo di sensori I2C. Introduzione al protocollo UART. Diagrammi temporali e differenze con il protocollo USART. Interrupt, Timers e Tasks. Programmazione event-driven e time-driven. Introduzione al concetto di interrupt come evoluzione del polling. Concetto di interrupt prioritised, masked e nested. Latenza.

Gli esami di accertamento e di valutazione consistono in:
-
Una prova orale, volta ad accertare la comprensione dei metodi teorici per l’analisi e la sintesi di sistemi elettronici a microcontrollori per IoT, sia da un punto di vista firmware che hardware.
-
Una discussione dell'elaborato proposto, volta ad accertare che lo studente abbia appreso le conoscenze necessarie per sviluppare un'idea di progetto attraverso lo studio degli argomenti trattati a lezione.
Ai fini del superamento dell’esame con una votazione minima di 18/30, è necessario che le conoscenze/competenze della materia siano almeno a un livello elementare.

Fast and Effective Embedded Systems Design: Applying the ARM mbed” di Rob Toulson, Tim Wilmshurst. “Microcontrollers hardware and firmware for 8-bit and 32-bit devices” di Franco Zappa, Società Editrice Esculapio. Slide utilizzate durante le lezioni.

Il corso illustra le principali applicazioni dell’elettrotecnica in ambito meccatronico e automotive. Specificamente, si farà particolare riferimento ai meccanismi di produzione, recupero e immagazzinamento dell’energia elettrica rilevanti per applicazioni automotive e alla trattazione dei circuiti non lineari impiegati in ambito meccatronico, anche tramite simulazioni numeriche ed esperienze di laboratorio .
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla gestione dell'energia sia in fase di recupero "Energy Harvesting", sia in fase di immagazzinamento "Energy Storage", sia in fase di trasferimento "Wireless Power Transfer". Deve dimostrare di sapere elaborare argomentazioni concernenti le principale fonti energetiche rinnovabili, le principali tecnologie di batterie e le principali tecnologie per il trasferimento di energia senza fili. L’intero percorso formativo tende a creare intelligenze e conoscenze che sanno in maniera rapida orientarsi in un mercato in rapida ed imprevedibile espansione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente, applicando le conoscenze acquisite, deve mostrare di saper progettare un stadio di conversione per sistemi di Energy Harvesting, Energy Storage e Wireless Power Transfer.

Circuiti non lineari. Proprietà, modelli matematici e tecniche di risoluzione. Topologie circuitali tipiche in ambito automotive. Tecniche numeriche e simulatori circuitali per la soluzione di circuiti non lineari per il controllo di motori elettici. Dispositivi circuitali per applicazioni meccatroniche. L’amplificatore operazionale: modello circuitale, tecniche di soluzione, possibili realizzazioni, applicazioni tipiche di interesse meccatronico. Componenti elettronici di potenza: modelli circuitali, proprietà e applicazioni tipiche in ambito meccatronico.
Produzione, immagazzinamento e utilizzo dell’energia elettrica. Fonti tradizionali e rinnovabili. Elettrochimica. Applicazioni in ambito automotive.
Dispositivi di storage. Batterie e accumulatori. Batterie agli ioni di litio: composizione, principio di funzionamento, fasi di operazione, esempi di applicazioni in ambito automotive. Modelli matematici e circuitali delle batterie; stima dello stato di carica. Configurazioni innovative di batterie.

N.A.

Materiale disponibile sia sul sito www.docenti.unina.it sia sul canale Teams dedicato

Il corso si propone di fornire la conoscenza dei principali componenti dei sistemi di propulsione elettrici/ibridi per veicoli stradali e ferroviari, con particolare riguardo al loro principio di funzionamento e ai relativi sistemi di controllo. Le metodologie di analisi del gruppo propulsore dei veicoli permettono di concentrare la trattazione sulle strategie di gestione dell'energia, perseguendo obiettivi di sostenibilità ambientale nell'imminente transizione energetica.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisisce conoscenze sui principali componenti dei sistemi di propulsione, impara il principio di funzionamento del convertitore di potenza e del motore, e studia come l'energia può essere trasferita tramite appositi algoritmi di controllo. Acquisisce familiarità con diversi tipi di architetture di veicoli, distingue la propulsione ferroviaria da quella stradale e visualizza come diverse fonti di energia possano interagire a bordo di un veicolo ibrido. Classifica i sistemi di accumulo di energia e comprende come le diverse tecnologie di stoccaggio debbano essere caricate/scaricate nel contesto dei sistemi di trasporto. Lo studente acquisisce metodologie di analisi delle strategie di gestione dell'energia, con l'obiettivo di perseguire la sostenibilità ambientale nell'imminente transizione energetica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente impara ad applicare le conoscenze acquisite per caratterizzare i sistemi di propulsione, gli azionamenti dei motori e i componenti di stoccaggio. Èin grado di progettare ed eseguire test sperimentali per convalidare il corretto funzionamento del sistema complessivo e/o per determinarne i parametri. Èanche in grado di riconoscere possibili criticità sul funzionamento dell'azionamento del motore. In base alle sue caratteristiche, può ricondurre la condizione anomala a uno specifico sottosistema del gruppo propulsore, identificandone la possibile causa e proponendo modifiche/miglioramenti all'architettura del sistema e/o al controllo. Lo studente può sfruttare le conoscenze acquisite sulla tecnologia di trasferimento dell'energia, risolvendo possibili incompatibilità tra i sottocomponenti e scegliendo le apparecchiature funzionali in base al profilo di missione. In questo contesto, può anche concepire strategie di gestione dell'energia volte a ottimizzare l'efficienza complessiva del sistema di trasporto, perseguendo obiettivi di sostenibilità ambientale.

Classificazione dei sistemi di propulsione. Dinamica del veicolo. Energetica del veicolo. Veicoli stradali elettrici: circuiti di potenza, sistemi di controllo e apparecchiature di bordo. Componenti e convertitori di elettronica di potenza: principio di funzionamento e modulazione di raddrizzatori, chopper e inverter. Caratteristiche e modello dei principali motori di trazione (motore a induzione e motore sincrono a magneti permanenti). Azionamenti di motori e controllo orientato al campo dei motori di trazione a corrente alternata. Gruppo propulsore dei veicoli elettrici a batteria (BEV): architetture, sottosistemi principali e prestazioni. Classificazione delle configurazioni ibride (serie, parallelo, power-split) e gestione dell'energia a bordo per veicoli elettrici ibridi (HEV) e veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV). Revisione della tecnologia dei convertitori di potenza in relazione alla potenza e all'intervallo di tensione. Criteri di dimensionamento di un veicolo elettrico e di un veicolo ibrido. Classificazione dei sistemi di accumulo di energia per applicazioni automobilistiche in relazione al tipo di veicolo (BEV, HEV, PHEV). Batterie agli ioni di litio. Tecnologia e modello. Pacco batterie e sistema di gestione della batteria (BMS). Altri sistemi di accumulo di energia con alta densità di potenza: supercondensatori e volano; KERS. Sistemi di ricarica per veicoli elettrici. Infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici e loro integrazione nella rete elettrica. Standard per la ricarica conduttiva in corrente alternata e continua dei veicoli elettrici (EN 61851). Propulsione ferroviaria elettrica: circuiti di potenza, sistemi di controllo, apparecchiature di bordo. Gruppo propulsore per diversi tipi di veicoli ferroviari a trazione elettrica (treno passeggeri pesante, treno leggero, transito ferroviario urbano). Integrazione dei sistemi di accumulo di energia elettrica. Gestione dell'energia considerando l'interazione tra le apparecchiature di accumulo a bordo del treno e a terra. Applicazione degli azionamenti elettrici al di fuori del gruppo propulsore: riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC), servosterzo, raffreddamento della batteria. Aspettative e ruolo svolto dalla mobilità elettrica nella riduzione delle emissioni inquinanti e nell'aumento dell'efficienza dei veicoli.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Mohan, Undeland, Robbins "Power Electronics: Converters, Applications and Design" J. Wiley & Sons
G Abad (Gonzalo) "Power electronics and electric drives for traction applications" John Wiley & Sons
Austin. Hughes ; Bill Drury "Electric motors and drives fundamentals, types and applications" Elsevier
Russell M. Ford editor.; Rebecca M. Burns "Energy storage technologies for power grids and electric transportation" Nova Science Publishers
Daniel. Sperling ; Mark A Delucchi; Patricia M Davis; A. F Burke (Andrew F.) "Future drive electric vehicles and sustainable transportation" Island Press
Morris Brenna, Frica Foiadelli, Dario Zaninelli "Electrical railway transportation systems" Wiley-IEEE Press
Sumedha Rajakaruna, Farhad Shahnia, Arindam Ghosh "Plug In Electric Vehicles in Smart Grids Energy Management" Springer
Sheldon S. Williamson "Energy Management Strategies for Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles" Springer
M. Kathiresh, G. R Kanagachidambaresan, Sheldon S Williamson "E-Mobility : A New Era in Automotive Technology" Springer
Slide, appunti dalle lezioni

L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire le conoscenze e gli strumenti per lo studio, la valutazione e l’analisi dell’ambiente interno ed esterno all’impresa. Durante il corso si analizzerà il comportamento degli attori economici all’interno del contesto in cui essi operano e si forniranno le basi e gli strumenti per valutare e suggerire le strategie e le configurazioni organizzative da adottare in riferimento all’ambiente interno ed esterno. L’insegnamento si pone inoltre l’obiettivo di fornire nozioni di base per l’analisi dei costi e delle prestazioni aziendali. Sulla base di tali conoscenze lo studente sarà in grado di analizzare e suggerire agli attori economici il comportamento, la strategia e la struttura da adottare in relazione al contesto in cui essi operano attraverso opportune analisi e strumenti. Lo studente sarà inoltre in grado di analizzare e valutare il risultato economico delle attività d’impresa.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per comprendere i principali modelli di valutazione della posizione dell’impresa nel contesto competitivo in cui essa opera. Lo studente dovrà dimostrare di saper individuare una strategia coerente con l’ambiente interno ed esterno all’impresa e di saper comprendere i risvolti economico-finanziari delle dinamiche e delle strategie organizzative messe in atto.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze per affrontare i problemi aziendali. Al termine dell’insegnamento, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di formulare strategie da mettere in atto a tutti i livelli dell’organizzazione coerentemente con il contesto interno ed esterno e di valutare i risvolti economico-finanziari delle decisioni e dei fenomeni aziendali che danno luogo a costi e ricavi.

2 CFU] L'impresa e l'ambiente: definizione, obiettivi, strutture giuridiche. Definizione ed analisi di settore. Segmentazione, targeting e posizionamento. Analisi della concorrenza allargata, modello di Porter. Ciclo di vita del settore. Strategie concorrenziali di base. Analisi SWOT. Analisi di portafoglio.
[2 CFU] Il sistema di offerta. La catena del valore. Il sistema di creazione del valore. Le tipologie di strutture e i meccanismi organizzativi. La gestione per processi. Funzioni e processi aziendali. Le strutture organizzative. Criteri di valutazione e scelta di investimenti.
[2 CFU] Costi e ricavi. Analisi del punto di pareggio. Contabilità aziendale. Contabilità generale. Il Bilancio di Esercizio. Conto Economico. Stato Patrimoniale. Nota Integrativa. Flussi di cassa. Riclassificazione, analisi e valutazione attraverso i principali indici.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti posti durante l’esame orale. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense ed altro materiale messo a disposizione dal docente.
Altre letture consigliate:

• Byers, Dorf, Nelson, Vona. Technology Ventures. Management dell'imprenditorialità e dell'innovazione. McGraw Hill.
• Cinzia Parolini. Business Planning (3rd edition). Pearson.
• Robert N. Anthony, David F. Hawkins, Diego M. Macrì, Kenneth A. Merchant. Il bilancio. Analisi economiche per le decisioni e la comunicazione della performance. McGraw Hill.

L'obiettivo del corso è quello di fornire conoscenze specialistiche relativamente ai sistemi avanzati manifatturieri che prevedono l'integrazione, all'interno di uno stabilimento produttivo, di macchine utensili a controllo numerico, di sistemi automatici e robotizzati per la movimentazione dei manufatti nonché delle macchine di misura a coordinate per il controllo dimensionale. Saranno forniti strumenti analitici e numerici per la previsione degli indici di prestazione dei sistemi manufatturieri.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Acquisire conoscenze specialistiche sui sistemi avanzati di produzione (sistemi FMS e RMS), sui sistemi automatici di misura e di manipolazione. Acquisire conoscenze specialistiche nella valutazione delle prestazioni dei sistemi produttivi con metodi analitici (modelli di sistemi produttivi a file di attesa, sistemi a reti di code) e metodi numerici (sistemi ad eventi discreti) utilizzando software specifici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Acquisire conoscenze specialistiche sui sistemi avanzati di produzione (sistemi FMS e RMS), sui sistemi automatici di misura e di manipolazione. Acquisire conoscenze specialistiche nella valutazione delle prestazioni dei sistemi produttivi con metodi analitici (modelli di sistemi produttivi a file di attesa, sistemi a reti di code) e metodi numerici (sistemi ad eventi discreti) utilizzando software specifici.

Elementi di automazione della produzione : Introduzione ai sistemi di produzione. Componenti di un sistema automatizzato. Tipologie di sistemi di controllo. Componenti hardware dell’automazione (sensori, attuatori, interfacce, controllori di processo). 1CFU Group Technology : Le famiglie di pezzi, la codifica e la classificazione delle famiglie di pezzi. La pianificazione dei processi produttivi: le problematiche dei sistemi CAPP, l’approccio variante, l’approccio generativo. 0.5 CFU I robot industriali e i sistemi di movimentazione : Strutture e caratteristiche, impieghi dei robot, unità di governo e programmazione assistita, integrazione con l’ambiente esterno. 0.5 CFU Le macchine di misura a controllo numerico : Strutture e caratteristiche delle macchine di misura, software per macchine di misura, laboratorio CMM, reverse engineering per la metrologia e l’additive manufacturing. 1CFU Sistemi avanzati di lavorazione : Classificazione. Sistemi di lavorazione a stazione singola e linee di produzione. Sistemi flessibili di lavorazione (FMS) - Sistemi riconfigurabili di lavorazione (RMS). Introduzione all’Industria 4.0. 2.5CFU Valutazione degli indici di prestazione di un sistema produttivo : Allocazione statica delle risorse. Modelli dei sistemi produttivi con file di attesa e con reti di code. Simulazione ad eventi discreti dei sistemi di lavorazione. 2.5 CFU Utilizzo di software di simulazione ad eventi discreti . 1 CFU

Sarà valutato il progetto di simulazione di un sistema di produzione e il compito scritto a risposta libera. L'orale sarà scelto per eventuale integrazione o conferma del voto

• Santochi, Giusti - Tecnologia meccanica e studi di fabbricazione, Casa Editrice Ambrosiana - M.P. Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Fourth Edition, Global Edition - Appunti delle lezioni - Tecnomatix Plant Simulation User Guide

The objective of the teaching is to give students an in-depth knowledge of metrics and enabling technologies for the ecological transition of manufacturing processes. The aim of the course is to introduce students to the paradigm of life cycle thinking and sustainable production.
Conoscenza e capacita' di comprensione: The course aims to provide students with the knowledge and methodological tools necessary to analyze the environmental impact and sustainability of manufacturing processes. These tools will allow students to understand the causal connections between the manufacturing technologies adopted and the environmental impact associated with the production of a given product. Students will be able to grasp the environmental implications of the introduction of new technologies and to analyze the consequences, in terms of sustainability, of variations in the production process.Students will be able to illustrate the metrics and enabling technologies for sustainability and will be able to understand the environmental implications of all production processes.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: The student will be able to carry out an LCA (life cycle assessment) analysis using commercial software and following the regulations in force, the student will also be able to assess the environmental impact and sustainability of a given manufacturing process. The student will be able to "rethink" processes and products to increase the sustainability of manufacturing processes.

Green Manufacturing: Introduction to green manufacturing, basic principles and metrics. Enabling Technologies.
Sustainability: Definition of sustainability (environment, economy, society). Concept of sustainable production: methodologies, metrics and enabling technologies. Reporting for sustainability, legislation, sustainability assessment and report.
Life cycle assessment: Introduction to LCA (features, history and applications). LCA methodology (aims and scope definition, data inventory, impact assessment and results analysis). Analysis LCA, LCIA, LCC, SLCA. Applications on manufacturing systems.
Materials for the environment: sustainability of materials, materials life cycle, eco-audit of materials, end of life management.
Advanced manufacturing systems: classification and sustainability of different manufacturing systems, introduction to Industry 4.0, sustainability of manufacturing systems.

A weight of 60% will be attributed to the oral exam and 40% to the discussion of the project.
Oral Interview and project discussion

M.P. Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Fourth Edition, Global Edition;
Gershwin, Stanley B. Manufacturing Systems Engineering. Prentice Hall, 1993;
Dornfeld D., Green Manufacturing, Springer 2013; Hauschild, Rosenbaum,
Olsen, Life Cycle Assessment Theory and Practice, Springer 2018;
Sustainability in manufacturing;
OpenLCA user guide;
Materials and Environment, 3rd edition, Ashby

Il corso fornisce i principi fondamentali e i metodi della trasmissione del calore. La risoluzione di problemi tipici della trasmissione del calore sarà affrontata attraverso approcci analitici, empirici e numerici. Lo scopo del corso è comprendere le basi dei meccanismi di scambio termico, nonché le loro applicazioni ingegneristiche in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo fondamentale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei principi fondamentali che regolano la trasmissione del calore.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper formulare, analizzare e risolvere problemi ingegneristici in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo.

Conduzione: Equazione fondamentale. Equazione stazionaria monodimensionale e bi-dimensionale. Soluzioni analitiche. Regime non stazionario. Metodi numerici.
Convezione: Equazioni di bilancio per massa, quantità di moto ed energia. Convezione forzata e naturale: strato limite, equazioni per lo strato limite, parametri adimensionali, soluzioni analitiche, convezione esterna ed interna, correlazioni.
Irraggiamento: Processi e definizioni. Caratteristiche delle superfici reali. Scambio termico radiativo tra superfici grigie diffuse o direzionali. Scambio termico coniugato
Scambiatori di calore: Basi e definizioni. Equazioni di progetto.
Applicazioni di trasmissione del calore in sistemi energetici rinnovabili.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (1996). Fundamentals of heat and mass transfer (Vol. 6, p. 116). New York: Wiley.
Bejan, A., & Kraus, A. D. (Eds.). (2003). Heat transfer handbook (Vol. 1). John Wiley & Sons.
Appunti delle lezioni.

Il corso, di fondamentale importanza per ingegneri che si occupano di aspetti energetici, mira a sviluppare conoscenze sulla progettazione energeticamente efficiente del sistema involucro-impianto (edificio, nave, treno, autoveicolo, aeromobile) anche in un'ottica di sostenibilità economica ed ambientale. Si forniscono le conoscenze fondamentali sulla termofisica dell'involucro e sugli impianti di climatizzazione evidenziandone gli aspetti tecnico-applicativi con particolare attenzione all'efficienza energetica.
Conoscenza e capacita' di comprensione: L'allievo, dovrà dimostrare di aver assimilato le conoscenze riguardanti: 1) la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti, della qualità dell'aria indoor e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) il fabbisogno energetico e la classe energetica del sistema secondo le norme vigenti e in relazione al riscaldamento invernale, al raffrescamento estivo e alla produzione di acqua calda sanitaria; 4) la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: L'allievo, dopo aver assimilato le conoscenze di questa disciplina, dovrà essere in grado di: 1) effettuare la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti, della qualità dell'aria indoor e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) eseguire, anche mediante l'uso di specifici software, il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) valutare, anche mediante l'uso di specifici software, il fabbisogno energetico e la classe energetica del sistema secondo le norme vigenti e in relazione al riscaldamento invernale, al raffrescamento estivo e alla produzione di acqua calda sanitaria nello scenario di riferimento ed in quello relativo ad una possibile riqualificazione del sistema; 4) eseguire la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti e mediante l'uso di specifici software anche con approccio BIM (Building Information Modelling).

1. ARIA UMIDA [0,5 CFU] - Proprietà termodinamiche dell’aria umida. Diagrammi psicrometrici. Trasformazioni elementari dell'aria umida. Applicazioni.
2. VINCOLI PROGETTUALI PER IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO E LA QUALITÀ DELL’ARIA [0.5 CFU] - Metabolismo. Sistema di termoregolazione. Valutazione del benessere termoigrometrico. Indici per la valutazione del benessere. Ventilazione naturale e forzata. Efficienza di ventilazione. Condizioni interne di progetto. Applicazioni.
3. CARICO TERMICO INVERNALE [1 CFU] - Norme per la stima del carico termico. Condizioni esterne di progetto. Carichi termici per trasmissione attraverso l’involucro. Ponti termici. Correzioni. Carichi termici per ventilazione e infiltrazioni dell'aria. Potenza di ripresa. Carico termico totale. Applicazioni.
4. CARICO TERMICO ESTIVO [1 CFU] - Dinamicità dei fenomeni. Carichi sensibili e latenti. Condizioni esterne di progetto. Stima dei carichi frigoriferi attraverso il metodo Carrier. Carico frigorifero per radiazione solare attraverso il vetro. Carico per trasmissione attraverso i vetri e le strutture opache (temperatura sole-aria). Carichi endogeni. Carico frigorifero per ventilazione/infiltrazioni. Applicazioni.
5. IMPIANTI DI RISCALDAMENTO [0.5 CFU] - Generatore di calore. Pompe. Rete di distribuzione: monotubo, a due tubi, a quattro tubi. Vaso di espansione. Dispositivi di sicurezza dell'impianto. Valvole a due e tre vie. Applicazioni.
6. PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ACQUA [1 CFU] - Materiali impiegati per i condotti. Cadute di pressione nelle reti di distribuzione percorse da liquidi. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate. Dimensionamento e bilanciamento delle reti idroniche. Applicazioni.
7. I TERMINALI PER LO SCAMBIO TERMICO [0.5 CFU] - Analisi, dimensionamento e regolazione dei radiatori, ventilconvettori, aerotermi, termoconvettori e pannelli/strisce radianti. Applicazioni.
8. EFFICIENZA ENERGETICA [1 CFU] - Definizioni e parametri di riferimento: grado giorno, destinazione d’uso degli edifici, periodo di funzionamento dell’impianto di riscaldamento, rendimento globale medio stagionale, fabbisogno d'energia per il riscaldamento ed il raffrescamento dell'edificio e per la produzione di acqua calda sanitaria. Obblighi e verifiche da effettuare. Procedure per la diagnosi e certificazione energetica. Soluzioni progettuali e costruttive per il miglioramento dell'efficienza dell'involucro. Analisi economica. Applicazioni.
9. IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE [1.5 CFU] - Classificazione degli impianti. Impianti centralizzati semplici: calcolo della portata d’aria trattata, progettazione dell'Unità di Trattamento dell'Aria (UTA), regolazione a carico parziale. Impianti centralizzati multizona. Impianti misti aria-acqua: calcolo della portata di aria primaria, progettazione dell'UTA e dei terminali locali di scambio termico. Impianti a doppio condotto. Impianti a portata variabile. Sistemi autonomi ad espansione diretta. Recuperatori di calore: classificazione, efficienza del recuperatore. Ventilatori dell'UTA. Free cooling. Criteri per la scelta dell'impianto. Applicazioni.
10. PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ARIA [1 CFU] - Materiali e geometrie. Distribuzione dell’aria: immissione dell’aria in ambiente, diffusori. Ripresa dell’aria. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate nei canali. Dimensionamento dei canali dell’aria. Applicazioni.
11. GRUPPI FRIGORIFERI E POMPE DI CALORE [0.5 CFU] - Gruppi a compressione di vapore: generalità sul ciclo termodinamico, sorgenti e pozzi d’energia termica. Indici di prestazione. Componenti dei gruppi frigoriferi/pompe di calore. Soluzioni innovative per l'efficienza energetica. Applicazioni.

Il voto è formulato in base all’esito della prova scritta, alla qualità dell’elaborato progettuale e delle risposte fornite dallo studente durante la prova orale. La votazione finale è accuratamente motivata allo studente.

Appunti del docente.

Il corso è mira fornire conoscenze approfondite per la scelta dei processi di modifica delle superfici e delle tecniche di analisi delle proprietà superficiali dei materiali.
Enfasi è posta allo studio delle metodologie volte all’ottenimento di proprietà di superficie differenti da quelle del bulk del materiale base e tali da conferire al manufatto specifiche proprietà funzionali e/o estetiche.
La validazione delle modifiche apportate al materiale avviene attraverso l'uso di tecniche di analisi che saranno illustrate in relazione ad esempi applicativi specifici e per le quali saranno anche definiti i principi chimico/fisici che ne consentono l'attuazione.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici
necessari ad analizzare l’approccio alla modifica delle superfici di materiali metallici e non metallici
rielaborandone i principi applicativi al fine di individuare soluzioni complesse.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo èorientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi
necessari ad applicare concretamente le conoscenze apprese relative all’ingegnerizzazione delle
superfici dei manufatti considerando le condizioni al contorno, i costi, l’impatto ambientale delle
soluzioni prese in esame e l’incremento del valore aggiunto del prodotto determinato
dall’attuazione della soluzione proposta al fine di implementarla nei processi industriali.

Definizione di superficie ed interfaccia Energia superficiale, definizione e determinazione.
Bagnabilità, adesione. Trattamenti superficiali di materiali inorganici ed organici. Deposizione
fisica da fase vapore (Physical Vapoul Deposition): Evaporazione sotto vuoto, Sputtering,
Bombardamento ionico. Esempi di applicazioni industriali: metallizzazione dei film per imballaggio,
riporto di film sottili, riporti duri. Deposizione chimica da fase vapore, Chemical Vapour Deposition
(CVD), attivazione/deposizione assistita da plasma. Esempi di applicazioni industriali: deposizione
di strati barriera su film per l’imballaggio, verniciatura dei materiali polimerici, riporti diamond-like,
sintesi di “polimeri” via plasma, rivestimenti emocompatibili, bioadesione, rivestimento di lenti a
contatto. Rivestimenti nanostrutturati. Elementi di corrosione e protezione dei materiali metallici.
Trattamenti superficiali del titanio e dell’alluminio. Tecniche diagnostiche di indagine superficiale:
XPS, SEM, TEM, misura dell’angolo di contatto, misura della rugosità, AFM, valutazione
dell’adesione, misura dello spessore di film sottili. Nell’ambito delle attività del corso, sono previste
visite presso aziende del settore.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Appunti e dispense fornite dal docente

Il corso si propone di fornire le conoscenze e le competenze necessarie
per lo sviluppo di sistemi produttivi avanzati con particolare riferimento all’integrazione di entità
computazionali con i sistemi produttivi fisici. Verranno fornite le basi per: a) la comprensione, lo
sviluppo e l’implementazione delle moderne tecniche di trasmissione, analisi dei dati ed
integrazione di sistemi sensoriali per i sistemi produttivi; b) la comprensione e l’impiego dei
concetti di “Internet delle Cose”, (“Internet of Things” –IoT) per i sistemi di produzione e
lavorazione; c) la comprensione, lo sviluppo e l’impiego di tecniche di analisi dei dati sensoriali per
i sistemi produttivi, d) la comprensione dei concetti e delle tecniche dell'Intelligenza Artificiale applicata alla produzione industriale. A valle del corso l’allievo sarà in grado di sviluppare ed implementare sistemi
produttivi comandati, controllati e coordinati mediante reti computazionali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito la competenza per analizzare le diverse tecnologie
manifatturiere per individuare le tecniche più efficaci di automazione, monitoraggio dei parametri
tecnologici, di gestione intelligente del flusso produttivo. Lo studente dovrà altresì dimostrare di
aver acquisito competenza nelle tecniche di intelligenza artificiale per i processi manifatturieri
individuando le relazioni fra i dati sensoriali e le caratteristiche del prodotto-processo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di individuare le soluzioni applicative per l’automazione
intelligente dei processi manifatturieri, di individuare le tecniche di sensorizzazione più opportune
e le tecniche di gestione ed analisi dei dati sensoriali.

Richiami sui sistemi di produzione e lavorazione. Tecnologie di produzione avanzate. Parametri
caratteristici dei sistemi di produzione e lavorazione industriali. Reti per la trasmissione dei
dati. Architettura e protocolli di comunicazione. Sistemi di identificazione a
radiofrequenza. Impiego di sensori per il rilievo delle condizioni operative. Sistemi di visione
industriale. Sistemi elettronici di elaborazione integrati. Tecniche di analisi dei dati
sensoriali. Tecniche di intelligenza artificiale. Digitalizzazione –virtualizzazione di tecnologie di
fabbricazione e lavorazione. Sistemi di Produzione Ciber-Fisici –SPCF (Cyber –Physical
Production Systems –CPPS).

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Appunti dalle lezioni; slides utilizzate al corso; registrazione delle lezioni

Fornire agli allievi conoscenze di base di macchine elettriche (trasformatori, motori e generatori)
per consentire la comprensione e la determinazione delle caratteristiche di funzionamento e delle
prestazioni in differenti condizioni operative ed all’interno di azionamenti elettrici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative ai
principi di funzionamento dei trasformatori e delle macchine elettriche rotanti ed al loro utilizzo in
sistemi elettrici ed azionamenti. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e
gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il funzionamento delle macchine
elettriche e la loro regolazione. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le
connessioni causali tra principio di funzionamento, utilizzo e costruzione delle macchine elettriche,
con riferimento anche all’impiego delle stesse in azionamenti elettrici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi concernenti le macchine
elettriche in diverse condizioni di funzionamento e applicare gli strumenti metodologici appresi
all’impiego di macchine elettriche in diversi ambiti di utilizzo quali trasporti, automazione
industriale, sistemi elettrici con fonti rinnovabili di energia. Il percorso formativo è mirato a fornire
le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le
conoscenze per caratterizzare le macchine e gli azionamenti elettrici.

Generalità sui materiali conduttori, isolanti e magnetici. I circuiti magnetici. Modello ai valori
istantanei del trasformatore monofase. Circuito equivalente del trasformatore monofase.
Trasformatori trifase. Esecuzioni particolari dei trasformatori.
Modello ai valori istantanei della macchina a corrente continua. Caratteristiche di funzionamento a
regime stazionario e regolazione delle macchine a corrente continua.
Modello ai valori istantanei della macchina asincrona. Caratteristiche di funzionamento a regime
stazionario e regolazione della macchina asincrona. Cenni sulla macchina sincrona isotropa.
Cenni sulla macchina sincrona a magneti permanenti.

La prova scritta consta nella risoluzione di esercizi numerici e non èvincolante ai fini dell'accesso
alla prova orale.

Appunti dalle lezioni distribuiti agli studenti dal docente
Il trasformatore. A. Del Pizzo, L. P. Di Noia, A. Cervone. Editore: Praise Worthy Prize
Fondamenti di macchine elettriche. Vittorio Isastia Cimino. Editore: Praise Worthy Prize
Fondamenti di macchine elettriche. Macchine rotanti in alternata. A. Del Pizzo, G. Brando, A.
Dannier. Editore: Praise Worthy Prize

L'obiettivo del corso è presentare le principali tecniche di Machine Learning per la risoluzione di problemi di classificazione, predizione numerica e clustering, e le metodologie di gestione e sviluppo di un processo di Machine Learning, dalla preparazione dei dati alla valutazione dei risultati. Il corso consentirà inoltre di sviluppare competenze pratiche nella risoluzione di problemi reali in ambito ingegneristico attraverso tecniche di Machine Learning, grazie a esercitazioni svolte con strumenti commerciali e/o open source.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere i principali algoritmi di Machine Learning e Deep Learning. Lo studente deve inoltre dimostrare di essere in grado di scegliere l'algoritmo di Machine Learning più adatto a risolvere uno specifico problema di classificazione e/o previsione numerica e/o clustering, in base ai requisiti del problema stesso. Infine, lo studente deve dimostrare di essere in grado di scegliere le tecniche appropriate di preparazione dei dati e deve conoscere le tecniche necessarie per valutare le prestazioni degli algoritmi di Machine Learning e Deep Learning.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi reali di classificazione, predizione numerica o clustering in ambito ingegneristico attraverso tecniche di Machine Learning. Lo studente deve inoltre dimostrare di saper valutare correttamente le prestazioni dei sistemi che costruisce.

1. Introduzione al Machine Learning (ML) (0.25 CFU)
2. Input e Output (0.5 CFU)
Concetti, istanze, attributi. Rappresentazione della conoscenza.
3. Metodi di base (0.75 CFU)
Modelli probabilistici, alberi decisionali, modelli lineari, apprendimento instance-based, clustering.
4. Valutazione delle prestazioni (0.75 CFU)
Addestramento e test. CV, LOO, classificazione cost-sensitive. ROC. Valutazione delle predizioni numeriche.
5. Advanced Machine Learning (2 CFU)
Alberi decisionali: C4.5. Estensione dei modelli lineari: MLP, SVM. Predizione numerica: Epsilon-SVR.
6. Trasformazioni di dati (0.25 CFU)
Selezione degli attributi, PCA.
7. Deep Learning (0.75 CFU)
Addestramento e valutazione delle prestazioni di reti neurali deep; Reti neurali convoluzionali, Autoencoder. Reti neurali ricorrenti e GAN (cenni).
8. Ensemble Learning (0.25 CFU)
Bagging, randomizzazione, Boosting, Stacking.
Strumenti e pacchetti per il Machine Learning (ad es. KNIME) (0.25 CFU).
Applicazione di tecniche di ML per applicazioni ingegneristiche (0.25 CFU).

La discussione dell'elaborato finale pesa 1/3, mentre l'esame orale pesa 2/3.

Ian H. Witten, Eibe Frank, Mark A. Hall, Christopher J. Pal, Data mining: practical machine learning tools and techniques , 4th ed., The Morgan Kaufmann.

Obiettivo dell’insegnamento è fornire allo studente le nozioni fondamentali per lo studio della cinematica e della dinamica, dirette ed inverse, dei sistemi multilink in generale, e dei robot industriali in particolare, e per la pianificazione del moto di questi ultimi. Fornire inoltre le conoscenze dei principali componenti meccanici ed elettromeccanici, le basi per la progettazione meccanica di un robot avvalendosi anche di strumenti di modellazione, ed infine i fondamenti per lo studio dei sistemi di visione applicati ai robot.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Le attività formative previste dall’insegnamento mirano a fornire allo studente tutti gli strumenti metodologici necessari ad affrontare lo studio e la progettazione di un sistema robotico. Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla meccanica che sono sempre presenti in qualsiasi sistema automatico o automatizzato. Le lezioni e le esercitazioni hanno lo scopo di sviluppare nello studente le connessioni causali tra l’analisi meccanica ed il funzionamento del meccanismo robotico.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze relative all’analisi meccanica nella progettazione di un sistema meccatronico. Lo studente dovrà inoltre mostrare la capacità di utilizzo delle principali fasi di sintesi di un sistema robotico riconoscendone le caratteristiche principali e la struttura cinematica. e dimostrando di saper strutturare un’analisi cinematica e dinamica del sistema stesso.

Robot industriali . Definizioni,concetti generali. Classificazione dei robot.
Descrizione e principi di funzionamento di un robot . Sistemi di trasmissione del moto. Riduttori. Attuatori. Altri componenti meccanici per l’automazione.
Sistemi articolati piani ad 1 g.d.l. Quadrilateri articolati: studio cinematico. Sintesi cinematica. Bilanciamento statico. Bilanciamento dinamico.
Sistemi articolati ad n assi . Problema cinematico diretto ed inverso. Matrici di rotazione. Coordinate omogenee. Matrici di trasformazione. Struttura dei link e parametri dei giunti. Rappresentazione di Denavit ed Hartemberg. Posizione della pinza. Matrice di velocità. Matrice di accelerazione. Statica del braccio. Calibrazione cinematica
Leggi del moto e traiettorie . Tempo minimo di azionamento. Scalatura delle leggi del moto. Pianificazione delle leggi del moto e delle traiettorie di un robot. Traiettoria della pinza di un robot ad n assi
Dinamica . Equazioni di equilibrio dinamico di un manipolatore a più gradi di libertà. Matrici delle azioni. Forze che agiscono sui link. Equilibrio dinamico dei segmenti. Cenni sulla dinamica di manipolatori non rigidi
Cenni sugli elementi di controllo di un robot . Controllo ad anello aperto ed anello chiuso. Caratteristiche di un sistema di controllo. Trasduttori e loro caratteristiche. Principali tipi di trasduttori.
Esempi di ottimizzazione delle traiettorie. Posizione ed orientamento ottimi per un robot SCARA. Posizione ed orientamento ottimi per robot a tre assi.
Esempio di progettazione meccanica di un robot seriale. Progetto dei primi tre assi. Scelta dei gruppi motoriduttori. Organi meccanici. Modellazione e simulazione dinamica.
Integrazione tra sistemi di visione e sistemi robotici. Sistemi di visione: classificazione e principi di funzionamento. La trasformazione prospettica. Il modello pin-hole della telecamera. Metodi ottici per l’acquisizione delle forme. Sistemi di visione applicati ai robot. La trasformazione prospettica nella matrice di Denavit-Hartenberg. Esempi di registrazione e pianificazione delle traiettorie di un braccio robotico per mezzo di sistemi di visione. Esempi di applicazione robotiche di acquisizione e replica di forme tramite l’uso di sistemi di visione.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.
Il colloquio orale può essere accompagnato dalla discussione di un elaborato progettuale prodotto dall’allievo avvalendosi degli strumenti utilizzati durante le esercitazioni e volto all’accertamento dell’acquisizione dei concetti e dei contenuti introdotti durante le lezioni.

Libro di testo: C. Rossi – “Lezioni di Meccanica dei Robot” - Edizioni ESA. ISBN9788895430188
Dispense disponibili sui sito web del docente.

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di introdurre i fondamenti della dinamica dei veicoli stradali. L’insegnamento si propone di fornire metodologie approfondite per l’approccio allo studio della dinamica dei veicoli stradali basate sull’impiego di modelli fisico-analitici sviluppati deduttivamente. Vengono affrontate le principali problematiche relative alla interazione pneumatico-strada, alla dinamica longitudinale, laterale e verticale del veicolo.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere, saper comprendere e descrivere le problematiche relative al comportamento dinamico di veicoli stradali. Deve dimostrare di sapere elaborare ed illustrare le argomentazioni concernenti le relazioni ed i nessi tra le forze scambiate fra il veicolo e l’ambiente circostante ed il comportamento dinamico dello stesso a partire dalle nozioni apprese riguardanti le diverse tipologie di forze in gioco. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il comportamento dinamico di veicoli stradali. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra forze scambiate e comportamento dinamico del veicolo, le principali relazioni che sussistono tra i principali sottosistemi del veicolo il veicolo la nascita delle forze che scambia con l’ambiente circostante ed il suo comportamento, e di cogliere le implicazioni e le conseguenze di variazioni nelle scelte progettuali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di trarre le conseguenze di un insieme di informazioni per comprendere lo stato dinamico di un veicolo, di risolvere problemi concernenti le differenti condizioni di equilibrio dinamico di un veicolo durante il suo funzionamento, di realizzare il dimensionamento di sottosistemi del veicolo; di applicare gli strumenti metodologici appresi ai seguenti ambiti: dinamica longitudinale, dinamica laterale, dinamica verticale di un veicolo Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze e a favorire la capacità di utilizzare gli strumenti metodologici acquisiti per essere in grado di analizzare con consapevolezza scientifica, senso critico e rigore metodologico dati provenienti da acquisizioni su veicoli stradali reali o da simulazioni mediante software commerciali o customizzati di simulazione della dinamica di veicoli.

Pneumatico: Interazione con la strada. Modelli fisico-analitici. Modello di interazione normale dello pneumatico approssimato ad un involucro inestensibile in pressione. Modello di interazione tangenziale semplificato: il brush model anisotropo. Introduzione alla meccanica del contatto tra corpi elasticamente deformabili. Cinematica della ruota con pneumatico: puro rotolamento; il concetto di angolo di deriva. Il fenomeno dello pseudo slittamento: parametri di scorrimento longitudinale e laterale; parametro di spin. Determinazione analitica delle forze di interazione e del momento di autoallineamento in presenza di camber. Azioni combinate. L'ellisse di aderenza. Il concetto di rigidezza longitudinale (braking stiffness) e rigidezza di deriva (corneringstiffness). Modelli empirici: Pacejka Magic Formula.
Veicolo: Aerodinamica. Dinamica longitudinale. Trasferimento di carico longitudinale. Frenatura: ripartizione ideale e reale della frenata. Dinamica laterale. Sterzatura cinematica e dinamica. Modello monotraccia. Trasferimento di carico laterale. Determinazione delle caratteristiche effettive degli assali. Equazioni di equilibrio dinamico. Equazioni di congruenza. Equazioni costituive. Handling diagram. Comportamento direzionale e stabilità del veicolo inserito in curva in condizioni stazionarie. Gradiente di sottosterzo generalizzato. Manovre tipiche. Definizione di sovra-sottosterzo. Principali schemi di sospensioni. Comportamento del veicolo dotato di sospensioni. Angoli di imbardata, di beccheggio e di rollio. Equilibrio in curva. Dinamica verticale. Comfort vibrazionale dei passeggeri. Profili stradali. Modello per la dinamica verticale. Oscillazioni libere e oscillazioni forzate. Criteri di progetto per le rigidezze e per gli ammortizzatori.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Appunti dal corso
M. Guiggiani – Dinamica del veicolo, Città Studi Edizioni, 2007
T.D. Gillespie - Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992
W.F. Milliken e D.L. Milliken - Race Car Vehicle Dynamics, SAE, 1995
J.C. Dixon - Tyres, Suspension and Handling, Cambridge University Press, 1991

Il corso fornisce le nozioni fondamentali sulle metodologie di sperimentazione per la caratterizzazione meccanica dei materiali, degli organi di macchina e delle strutture, nonché sulle tecniche e metodologie di analisi sperimentale delle sollecitazioni nei materiali. Si forniscono, altresì, le nozioni di base per una simulazione numerica della sperimentazione. Alla parte teorica introduttiva segue una parte applicativa durante la quale lo studente ha la possibilità di praticare in laboratorio alcune delle tecniche di analisi trattate a lezione.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla sperimentazione su macchine, su strutture e su sistemi meccanici. Deve dimostrare di sapere elaborare modelli teorici (analitici o numerici) di strutture meccaniche a partire dalle nozioni riguardanti la meccanica del continuo. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per l’analisi sperimentale delle tensioni. Tali strumenti consentiranno agli studenti di delineare un’attività sperimentale a supporto della progettazione e della costruzione di macchine, e di individuare quali sono le informazioni attese che sussistono tra risposta meccanica e dati sperimentali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi concernenti la schematizzazione di componenti meccanici e la progettazione delle attività sperimentali per l’analisi delle tensioni. Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti sia metodologici che operativi necessari a favorire la capacità di utilizzare in autonomia strumenti hardware e software per la progettazione, realizzazione e conduzione di un esperimento su componenti o assiemi meccanici .

• Gli estensimetri elettrici a resistenza: caratteristiche, taratura, sensibilità, effetto rinforzante, criteri di scelta, collegamenti a quarto di ponte, a mezzo ponte e a ponte completo, errore di linearità del ponte. Misura e analisi delle deformazioni nei campi piani e tridimensionali; analisi delle deformazioni nei materiali anisotropi; analisi delle tensioni residue. Gli estensimetri a semiconduttore. – Fotoelasticità per trasmissione e per riflessione: effetto fotoelastico, ottica del polariscopio, rilievo ed elaborazione dei dati fotoelastici (determinazione delle isostatiche e separazione delle tensioni, il trasferimento dei risultati dal modello al prototipo), effetto fotoelastico nel caso tridimensionale, metodo del congelamento delle tensioni, tecniche sperimentali, acquisizione ed elaborazione automatica. – Prove di validazione e di qualifica: normative, macchine e impianti di prova, apparecchiature e strumentazione, taratura e calibrazione degli strumenti di misura.

Livello di apprendimento dei concetti teorici. Capacità di progettare ed eseguire attività sperimentali.
Prova sperimentale

Augusto Ajovalasit, "Analisi Sperimentale delle Tensioni con la Fotomeccanica. Fotoelasticità, Moiré, Olografia, Speckle, Correlazione Immagini". ARACNE editrice S.r.l, 2009
Augusto Ajovalasit, "Analisi Sperimentale delle Tensioni con gli Estensimetri Elettrici a Resistenza". ARACNE editrice S.r.l, 2008
Bray, V. Vicentini: "Meccanica Sperimentale" Volumi 1 e 2. Levrotto e Bella, 1975

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni specialistiche che concorrono alla formazione dell’ingegnere che opera nella progettazione e sviluppo di sistemi meccatronici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere i principali metodi, disponibili in letteratura per lo sviluppo di sistemi meccatronici; deve comprenderne i differenti approcci e le connessioni tra le esigenze di progettazione di un sistema meccatronico e la conseguente strutturazione dei processi di sviluppo. Lo studente deve conoscere l’articolazione del processo di elicitazione dei requisiti funzionali di un sistema meccatronico e deve comprendere il grado di dettaglio da utilizzare in ciascuna fase del suddetto processo. Lo studente deve conoscere i concetti di architettura funzionale e logica e deve comprendere i legami tra essi ed il grafo dei requisiti funzionali di sistema meccatronico nonche le modalita di tracciabilita dei requisiti funzionali all’interno del flusso di sviluppo del sistema meccatronico. Lo studente deve conoscere il metodo di modellazione dei flussi energetici di un sistema meccatronico mediante Bond-Graphs e deve comprendere le differenze con una modellazione multifisica ad oggetti. Lo studente deve comprendere le esigenze delle fasi di verifica e validazione nel contesto dello sviluppo di un sistema meccatronico, secondo l’approccio Systems Engineering.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve essere in grado di applicare l’approccio Model-Based Systems Engineering (MBSE) e la sua declinazione RFLP (Requirement, Functional, Logical, Physical) alla progettazione e sviluppo di un sistema meccatronico. Deve essere in grado di elicitare i requisiti funzionali mediante la Black Box Analysis e sviluppare le Architetture Funzionali e Logiche di un sistema meccatronico, in ambiente numerico integrato di analisi e simulazione. Lo studente deve eseguire, in ambiente di simulazione, la modellazione Bond-Graph per l’analisi multidominio dei flussi energetici di un sistema meccatronico. Deve costruire modelli multi-fisici e multi-body, con approccio orientato agli oggetti, ed eseguire la simulazione del comportamento del sistema meccatronico considerando l’interazione sia con i sistemi di controllo, sia con gli azionamenti. Deve eseguire verifiche, in simulazione, dei requisiti funzionali del sistema meccatronico.

Introduzione alla meccatronica. Basi di progettazione meccatronica. Approccio Model-Based Systems Engineering (MBSE) ed approccio RFLP (Requirement, Functional, Logical, Physical) alla progettazione meccatronica. Linguaggi UML e SysML. Black Box Analysis and White Box Analysis. Definizione dei requisiti di sistema e costruzione di grafi e modelli funzionali in ambiente SysML. Variabili generalizzate. Definizione delle variabili di sforzo e di flusso nei sistemi meccatronici. Interazioni multi-fisiche. Rappresentazione mediante Bond-Graph: regole di costruzione, regole di conversione e flusso di potenza. L’ambiente Matlab Simulink-Simscape; la modellazione multifisica e multi-body. Modellazione causale e a-causale. Modellazione orientata agli oggetti. Costruzione di oggetti. Simulazione dei modelli. Analisi dei risultati. Ottimizzazione multi-obiettivo dei parametri. Applicazioni a sistemi meccatronici mediante l’ambiente di modellazione e simulazione Matlab Simulink-Simscape. Simulazione delle prestazioni di un sistema meccatronico. Verifica dei requisiti funzionali in ambiente numerico.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Bishop R.H., Mechatronic systems, sensors and actuators: fundamentals and modeling, CRC Press, 2007.
Broenink J.F. Introduction to Physical Systems Modelling with Bond Graphs. Technical report, University of Twente, Enschede, Netherlands, 1999.
Das S., Modeling and Simulation of Mechatronic Systems using Simscape. Synthesis Lectures on Mechanical Engineering, Morgan &Claypool Publishers, ISBN: 9781681737355, 2020.
Dispense didattiche.

Il Corso ha l’obiettivo di approfondire lo studio di motori a combustione interna (MCI) alternativi di ultima generazione, per una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale. Con riferimento a sistemi propulsivi per la trazione veicolare urbana ed extraurbana, si approfondiranno in particolare le metodologie più recenti disponibili per la riduzione dei consumi e delle emissioni. Con riferimento invece a motori ad alte prestazioni o da competizione, ci si prefigge di analizzare in dettaglio le tecniche per la massimizzazione della potenza. Si affronterà lo studio di sistemi di combustione innovativi (HCCI, combustione magra, motori a precamera, etc.) e si quantificherà il loro impatto sulla produzione di CO2 su cicli di omologazione attualmente vigenti in ambito Europeo (WLTP), ed in condizioni di reale funzionamento (Real Driving Emission, RDE). Il Corso metterà in luce le complesse interazioni tra i diversi sottosistemi che compongono un moderno sistema di propulsione, al fine di conseguire specifici obiettivi in termini di prestazioni e consumi. Si farà un breve cenno ai sistemi di propulsione ibrida e all’impiego di combustibili non convenzionali (idrogeno, metanolo, metano, etc.).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche connesse alla generazione di potenza attraverso un ciclo termodinamico applicato ad un motore a combustione interna. Deve conoscere e contemperare le esigenze derivanti dalla richiesta di potenza con quelle connesse ai consumi e alle emissioni di sostanze inquinanti, in accordo con le normative vigenti per l’omologazione dei veicoli.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di analizzare le complesse interazioni tra i sottosistemi che compongono i moderni motori a combustione interna e guidarne le scelte progettuali in un’ottica di sostenibilità ambientale.

[0.5 CFU] Situazione attuale e prospettive future di impiego del motore a combustione interna (MCI) per l’autotrazione: obiettivi progettuali dei MCI di ultima generazione compatibili con una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale. Principi di funzionamento dei Motori a Combustione Interna ad accensione comandata e per compressione. Introduzione e definizione di efficienza. Il Ciclo ideale, Ciclo Otto, Ciclo Diesel, Siclo Sabathè, Ciclo Atkinson, Ciclo Miller.
[0.5 CFU] Il Ciclo reale. La Fasatura: Leggi di alzata valvole. Il Ciclo indicato. Definizione di IMEP, BMEP, Efficienza Meccanica, Efficienza volumetrica, Lambda, Potenza, Coppia, Consumo Specifico. Regolazione della potenza.
[0.5 CFU] Cenni sulla chimica del processo di Combustione. Equilibrio chimico e cinetica chimica. Analisi della velocità laminare di fiamma. Fiamma Premiscelata e Fiamma Diffusiva.
Motori ad accensione Comandata:
[0.5 CFU] La preparazione della Miscela. Sistemi di iniezione PFI single point e multi-point. I Combustibili. Analisi dell’interazione combustione/turbolenza, definizione dei “regimi” di combustione. Disegno dei condotti di aspirazione e scarico, impatto sui campi di moto interno cilindro. Piani quotati e tecniche per la massimizzazione della potenza o per la riduzione delle emissioni. Motori ad alte prestazioni.
[1 CFU] Fenomeni di combustione anomala. Mappe di autoaccensione. Numero di Ottano e sua determinazione. Tecniche per aumentare la resistenza alla detonazione: EGR, iniezione d’acqua. Cenni su sperimentazione e calibrazione al banco, gestione dei segnali on-board. Controllo di anticipo.
[0.5 CFU] Meccanismi di formazione e sistemi di controllo delle Emissioni inquinanti (CO, HC, NOx).
[0.5 CFU] Tecniche per la riduzione dei consumi e della CO2 su cicli di omologazione recenti (WLTP, RDE): sistemi a fasatura variabile (VVT, VVA), downsizing, ricircolo dei gas di scarico (EGR), motori a rapporto di compressione variabile, impiego integrato delle metodologie suddette.
[1 CFU] Motori ad Accensione Comandata ad iniezione diretta, Wall Guided, Spray Guided. A carica stratificata. Sistemi di combustione non convenzionali: Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI), Spark Assisted Compression Ignition (SACI), motori a precamera.
[0.5 CFU] La Sovralimentazione. Sovralimentazione meccanica e a Gas di Scarico. Downsizing. Schemi di sovralimentazione avanzati: two-stage boosting, e-boosting. Funzionamento a regime ed in transitorio. Problematiche di Turbo-Lag. Scelta del turbocompressore. Turbine a geometria variabile. Misura delle mappe caratteristiche su banchi di flussaggio e analisi critica dei rendimenti interni delle macchine.
[0.5 CFU] Classificazione dei Sistemi di propulsione ibrida (serie/parallelo/schemi avanzati)
Motori ad accensione per Compressione:
[1 CFU] Il processo di combustione diffusiva, il moto di swirl, i Combustibili, il Numero di Cetano. La fomazione della Miscela. Sistemi di iniezione, La Pompa di iniezione: Tradizionale, Rotativa, il Common Rail.
[1 CFU] Emissioni: Sistemi di Abbattimento delle emissioni di NOx e Particolato (Trappole, EGR, SCR, Urea).
[1 CFU] Calibrazione e Controllo dei Motori Diesel. Motori Diesel di alte prestazioni e nelle applicazioni Navali. Motori 2T: Il Lavaggio, Prestazioni ed emissioni. Sistemi di raffreddamento e lubrificazione

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente

Internal Combustion Fundamentals – J.B. Heywood – Mac Graw Hill, Motori a Combustione Interna – Della Volpe, Migliaccio – Liguori Editore. Appunti elaborati dai docenti.

Obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza specialistica di tutte le diverse tecniche di progettazione e gestione dell’esercizio dei sistemi di trasporto ferroviari, dei dettagli normativi, degli strumenti di gestione contrattuale dei servizi di TPL (con particolare attenzione a quelli ferroviari e metropolitani) nonché agli aspetti normativo-tecnologici relativi all’interoperabilità dei sistemi ferroviari.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare la progettazione e la gestione dei sistemi di trasporto ferroviari. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni casuali tra aspetti normativi ed organizzativi, le principali relazioni che sussistono tra sistema tecnologico ipotizzato o analizzato (veicoli e tipologia di servizi) ed i relativi modelli di offerta per la loro rappresentazione, e di cogliere le implicazioni nel caso di una progettazione multimodale ed integrata.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo è orientato a trasmette le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze acquisite nel campo della progettazione e gestione dei sistemi di trasporto ferroviari. In particolare, lo studente sarà in grado di simulare e progettare il sistema di trasporto ferroviario (anche con un approccio multimodale), calcolare gli indicatori di prestazioni delle reti e dei servizi di trasporto prima e dopo l’intervento progettuale. Gli strumenti metodologici acquisiti, inoltre, consentiranno allo studente di preparare gli allegati tecnici ad un contratto di servizio, un capitolato per l’affidamento dei servizi di trasporto pubblico locale e di calcolare le implicazioni economiche (costi) derivanti dall’aumento dell’affidabilità dei servizi.

Il concetto di modellizzazione, il concetto di progettazione dei sistemi di trasporto. La simulazione dei sistemi di trasporto: delimitazione dell’area di studio, zonizzazione e centroidi, selezione delle infrastrutture e dei servizi rilevanti, concetto di domanda di trasporto e dimensioni temporali, tipologie di veicoli e/o sistemi per i sistemi di trasporto collettivo, i sistemi di segnalamento per i sistemi di trasporto ferroviari, i sistemi tecnologici per il trasporto intermodale delle merci, la costruzione del modello di offerta e relative notazioni matriciali, modello di propagazione del flusso, modello di congestione, funzioni di costo, ipotesi di decisore razionale, modelli di utilità aleatoria, simulazione delle probabilità di scelta con il metodo Montecarlo, modelli di domanda passeggeri, cenni sui modelli di domanda merci, assegnazione SUE (problema del punto fisso e algoritmi risolutivi), assegnazione DUE (equazione variazionale, modello di ottimizzazione e algoritmo di Frank & Wolfe), Indagini. Introduzione alla progettazione dei sistemi di trasporto: cenni sull’approccio “what if” e sull’approccio “what to”, variabili (decisionali e descrittive), vincoli (tecnici, esterni e di assegnazione), obiettivi (efficienza, efficacia, qualità e funzioni obiettivo), progettazione del sistema di trasporto collettivo, esempio di progettazione per ottimizzazione della frequenza di una linea di TPL, cenni sulla progettazione multimodale, metodi di simulazione e definizione della configurazione iniziale (situazione attuale, situazione di progetto, situazione obiettivo), diagrammi di carico delle linee di trasporto collettivo. Aspetti normativi ed organizzativi per il trasporto pubblico locale: la normativa dell’Unione Europea, la normativa italiana, la normativa della Regione Campania. Procedure concorsuali e contratti di servizio (gross cost e net cost), affidabilità e sicurezza dei sistemi di trasporto collettivo, la qualità (tipologie di qualità, fasi di gestione della qualità). La qualità nelle aziende di Trasporto Pubblico Locale: la Carta della Mobilità. I Sistemi di Supporto alle Decisioni: i software G.I.S., i software di simulazione del sistema di trasporto: caratteristiche fondamentali, Cenni sui software ibridi. Esempi di software commerciali (Map Info, MT-Model, TransCAD, Getram), utilizzo di Microsoft Excel per la costruzione di una matrice OD, utilizzo di Microsoft Excel per l’implementazione degli algoritmi di assegnazione, utilizzo di Open Track per la simulazione dei sistemi ferroviari.

N.A.

Testi consigliati:
Cantarella G. E. (2007) Sistemi di trasporto: tecnica ed economia. UTET.
Cascetta E. (2006) Modelli per i sistemi di trasporto: teoria e applicazioni. UTET.
Hansen I. A. and Pachl J. (2008) Railway timetable & traffic: Analysis, modelling, simulation. Euralil Press, Hamburg, Germany.
Montella B. (1996) Pianificazione e controllo del traffico urbano: modelli e metodi. CUEN.
Transportation Research Board (2010) Highway Capacity Manual. National Research Council, Washington, D.C., USA.
Dispense e materiale didattico scaricabile dal sito docente

The Power Devices and Circuits course aims to present the main problems, together with the related circuit solutions, connected to the conditioning of electric power in all those applications in which the conversion efficiency is of fundamental importance, regardless of the amount of power actually managed, and therefore in voltage regulators used in the microchips as well as in the power supplies for large electrical loads. As a matter of fact, if on the one hand the growing diffusion of battery-powered portable electronic devices raises the problem of the limited energy available inside them and the consequent target of maximizing efficiency to prolong their functioning for as long as possible, on the other hand the global climate emergency requires more and more attention to the efficient use of electricity in large appliances or industrial plants. In these, as well as in many other applications in between, modern solid state devices and electronic circuits play an essential role, and their knowledge and optimization are the central object of this course.
Conoscenza e capacita' di comprensione: After passing the exam, students own advanced knowledge of the most modern semiconductor electronic devices used in power electronics and their optimal use in circuits for the static conversion of power. Furthermore, he/she understands the impact of the physical and operational limits of these devices on the fundamental electrical characteristics of the power conditioning circuits, and is able to identify the most efficient solutions depending on the application in question. Finally, he/she understands the impact of temperature control techniques on the correct operation of said devices and circuits.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: In order to pass the exam, it is necessary to be able to explain the operation of modern semiconductor devices used in power electronics, illustrating, even in a comparative way, their respective electrical characteristics, physical limits, advantages and disadvantages that can derive from their use in various contexts. It is also necessary to know the properties of the main power conditioning circuits, understanding which of these properties are most relevant depending on the required application. Finally, it is necessary to have acquired good familiarity with the computer aided design (CAD) tools normally used in power electronics (SPICE and similar environments).
Students are able to apply the theoretical concepts into real life circuits, identifying merits and limitations af different device or circuit solutions invarious contexts of application.

Power semiconductor devices. Rectifiers: PiN diode and Schottky diode. Controlled rectifiers: SCR, GTO. Bipolar controller devices: BJT. Voltage controller devices: MOS and IGBT. Current and voltage limitations. Superjunction devices. Transient behavior for power semiconductor devices. Integrated power devices. Wide bandgap materials. GaN power devices. Safe Operating Area. Power conversion. Power efficiency. Static and dynamic power dissipation. Circuits: linear regulators, Low Drop Out (LDO) regulators, bandgap reference circuits, DC/DC converters: Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback. Inverters DC/AC. Driving circuits. Device ratings. Thermal impedance and thermal resistance. Device cooling starategies. Case studies: maximum power point trackers (MPPT) for photovoltaic applications, inverters for automotive powertrains, wireless power chargers.

To pass the exam with a minimum score of 18/30, the student must demonstrate
at least a basic level of knowledge and competence regarding the subject matter.
A score between 20/30 and 24/30 is awarded when the student is able to
correctly describe the characteristics and applications of the devices and circuits.
A score between 25/30 and 30/30 is awarded when the student is able to
discuss—including in writing—the operating principles of the devices and circuits,
demonstrating a strong grasp of the theoretical aspects. Distinction (cum laude)
may be awarded to students who demonstrate excellent competence.

Suggested book:
B. J. Baliga, Modern power devices
Slides used during the lectures, notes provided by the teacher, video recordings of lectures.

Fornire gli strumenti per uno studio più approfondito delle discipline caratterizzanti i settori delle Macchine a Fluido e dei Sistemi e delle Tecnologie Energetiche ritenuti indispensabili per una formazione completa del laureato Magistrale in Ingegneria Meccanica per l’Energia e l’Ambiente. Il corso è centrato sullo studio termo-fluidodinamico delle macchine e dei sistemi energetici, dei quali offre esempi applicativi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche di tipo fluidodinamico e termodinamico riguardanti il funzionamento delle diverse tipologie di macchine motrici ed operatrici trattate nel corso. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per comprendere le principali caratteristiche dei campi di moto che tipicamente si instaurano all’interno delle macchine. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra le peculiarità di tali campi e le caratteristiche operative delle macchine stesse.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici appresi alla selezione e all’analisi delle prestazioni, anche in ambiente computazionale, delle principali macchine a fluido tenendo in debito conto i vincoli di natura tecnologica.

• Equazioni di bilancio della massa, dell’energia, dell’entropia e dell’exergia e lore applicazione ai sistemi energetici (1 CFU).
• Analisi energetica e exergetica dei processi di compressione ed espansione, rendimenti di primo e secondo principio (1 CFU).
• Equazioni del moto in forma integrale e loro applicazioni (0,5 CFU).
• Moto ideale e reale nei condotti ad area variabile (0,5 CFU).
• Introduzione alle turbomacchine, equazione di Eulero per le turbomacchine, triangoli di velocità, grado di reazione, definizione carico e rendimento di ruota, di stadio e di macchina (0,5 CFU).
• Analisi dimensionale (0,5 CFU).
• Stadio di turbina assiale, turbina multistadio, svergolamento delle pale, curve caratteristiche (1 CFU).
• Stadio di compressione assiale, compressore centrifugo, fenomeno dello scorrimento, analisi delle perdite, curve caratteristiche (1 CFU).
• Cinematica dei campi di moto (1 CFU).
• Flussi a potenziale e concetto di portanza (0,5 CFU).
• Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine: i profili e le schiere di profili alari (0,5 CFU).
• Equazioni del moto in forma differenziale nel sistema di riferimento assoluto e relativo (0,5 CFU).
• Cenni sul flusso tridimensionale nelle turbomacchine (0,5 CFU).

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Appunti resi disponibili dal docente.
Testi consigliati:

• Shepherd D.G., “Principles of Turbomachinery”, Macmillan, 1956
• Moran M.J., Shapiro H.N., Boettner D.D., Bailey M. B., “Fundamentals of Engineering Thermodynamics” 9th ed, Wiley, 2018.
• Bejan A., “Advanced Engineering Thermodynamics”, Wiley, 2016
• Schlichting H., “Boundary-Layer Theory”, Springer, 1979
• Zucrow M. J., Hoffman J. D., “Gas Dynamics”, vol.1, Wiley, 1976

L’insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze specialistiche sulle più avanzate tecniche di produzione meccanica assistita da calcolatore nell’ambito delle operazioni per asportazione di truciolo. Nella prima parte del corso saranno studiate in maniera approfondita le lavorazioni per asportazione di truciolo in modo che gli studenti possano raggiungere una conoscenza completa sui meccanismi alla base di tali lavorazioni e sulle varie tipologie di macchine utensili adoperate in queste lavorazioni, da quelle tradizionali a quelle CNC (Computerized Numerical Control, a controllo numerico computerizzato) multi-assiali completamente automatizzate. In particolare, in questa fase gli studenti apprenderanno gli strumenti critici per scegliere in maniera consapevole il più opportuno ciclo di lavorazione per ottenere parti caratterizzate da determinate caratteristiche in termini di tolleranze geometriche e dimensionali e finitura superficiale, contemperando gli aspetti economici, prestazionali e tecnologici coinvolti. Le conoscenze fin qui apprese costituiranno la base per lo studio successivo del linguaggio di programmazione del controllo numerico e della programmazione delle macchine utensili CNC mediante il codice G. Infine saranno studiate le più avanzate tecniche di Computer-Aided Manufacturing (CAM) utilizzando software specialistici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere i complessi meccanismi alla base delle operazioni ad asportazione di truciolo, il funzionamento delle macchine utensili CNC automatizzate ed il linguaggio di programmazione del controllo numerico, con particolare riferimento alla programmazione automatizzata delle macchine utensili CNC multi-assiali. Lo studente deve essere in grado di elaborare argomentazioni concernenti la relazione tra le specifiche tecniche, espresse come superfici funzionali, tolleranze geometriche/dimensionali e rugosità superficiale, di un componente da lavorare e le possibili operazioni, utensili e parametri di taglio con cui èpossibile ottenere quelle specifiche. Deve inoltre essere in grado di cogliere le implicazioni che derivano da una particolare scelta di un ciclo di lavorazione in termini di costi ed efficienza produttiva.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Alla fine del corso lo studente sarà in grado di: sviluppare un ciclo di lavorazione e stilare il codice NC per lavorare una parte meccanica, usare pacchetti software CAM per lavorare diversi tipi di prodotti utilizzando diverse operazioni, scegliere i parametri di taglio al fine di ottenere operazioni CNC caratterizzate da alta precisione ed elevata efficienza. Il percorso formativo èorientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad analizzare la capacità del ciclo di lavorazione scelto di raggiungere le tolleranze geometrico/dimensionali e la rugosità superficialespecificata in sede di progetto.

Modulo 1 (Taglio dei metalli, utensili ed operazione per asportazione di truciolo)
Classificazione delle operazioni per asportazione di truciolo, geometria dell'utensile, geometria del taglio. Tasso di asportazione di materiale (MRR). Relazione tra rugosità superficiale e parametri di processo. Meccanismo di formazione del truciolo, forza e potenza di taglio, temperatura nel taglio dei metalli, usura dell'utensile. Scelta della velocità di taglio, dell'avanzamento e della profondità di passata. Ottimizzazione dei parametri di taglio. Materiali per utensili. Sistemi ed attrezzature di fissaggio del pezzo, progettazione dei sistemi di fissaggio pezzo. Tornitura, fresatura, foratura, barenatura, alesatura,limatura, piallatura, stozzatura, brocciatura: operazioni, utensili e schemi di
fissaggio pezzo. Macchine multiassiali: tipologia ed operazioni, giunti delle macchine utensili. Motori, trasmissioni, guide lineari, BLU. Nomenclatura degli assi e dei movimenti nelle macchine utensili.
Modulo 2 (G-code)
Programmazione delle macchine utensili mediante codice G. Funzioni ausiliarie (miscellanee, tool e spindle): programma (M00, M01, M30, M02), coolant (M07, M08, 09), ATC (automatic tool change): (M06, T), spindle (S, M03, M04, M05, M19 OSS, M41, M42, M43, M44), feedrate (F, M48, M49), sottoprogramma (M98, M99), block skip function (/). Funzioni preparatorie: coordinate (assolute-relative G90/G91, unità G20/G21, coordinate polari G15/G16, rotazione G68/G69), feedrate (G93, G94, G95, G98, G99, G09, G61 G62, G63, G64), spindle (G96 CSS, G97, G50), registrazione della posizione (G92, G50), offsets geometrici (G53, G54-G59, G54.1 P, G52), compensazione lunghezza utensile (G43, G44, G49), posizionamento rapido (G00), interpolazione lineare (G01), interpolazione circolare (G02, G03), home (G27, G28, G29, G30), cicli fissi (G98, G99, R-level, Q, I-J, G73, G74, G76, G80, G81, G82, G83, G84, G85, G86, G87, G88, G89), cutter radius offset (G40, G41, G42), sosta (G04), scelta piano (G17, G18, G19). Ciclo di lavorazione (fase, sotto fase, operazione elementare), CAPP (computer aidedprocess planning). Strategie di lavorazione.
Modulo 3 (CAM)
Introduzione alle tecniche CAM (computer aided manufacturing), APT (automatically programmed tool), NC (numerical control). Studio del CAM.

Il superamento della prova scritta è vincolante ai fini dell’accesso all’orale.

Appunti e glossario del machining preparati dal docente.
Machinery’s Handbook (a reference book for the mechanical engineer, designer, manufacturing engineer, draftsman, toolmaker, and machinist), 28th Edition, Industrial Press, 2008, ISBN-10: 0831128011.
Smid P., CNC Programming Handbook, 2nd edition, Industrial Press Inc., 2002, ISBN: 0831131586.

Studio delle principali metodologie e degli approcci di progettazione per circuiti e sistemi analogici, misti (mixed-signal), di potenza e digitali. Progettazione di circuiti e sistemi integrati e discreti. Utilizzo di strumenti CAD per l'implementazione di progetti reali e l'ottimizzazione del layout. Acquisizione della capacità di sviluppare progetti pratici di sistemi elettronici complessi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine dell'esame, previo superamento con esito positivo, lo studente acquisisce le conoscenze e le metodologie fondamentali per:
i) la progettazione top-down, dalle specifiche di sistema fino al layout di circuiti discreti o integrati;
ii) la progettazione di circuiti discreti lineari e a segnale misto ( mixed-signal );
iii) il condizionamento e l'amplificazione dei segnali;
iv) la progettazione di circuiti di potenza e le tecniche di realizzazione di circuiti stampati (PCB);
v) il controllo di circuiti di potenza mediante FPGA e microcontrollori;
vi) la progettazione di sistemi digitali e delle relative interconnessioni;
vii) la progettazione di sistemi integrati analogici;
viii) la progettazione di amplificatori operazionali;
ix) l'implementazione pratica della progettazione durante le attività di laboratorio.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Ai fini del superamento dell'esame, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze teoriche e tecniche fondamentali relative ai circuiti e ai sistemi analogici, mixed-signal, di potenza e digitali. Sulla base di tali conoscenze e delle principali metodologie di progettazione, dovrà essere in grado di progettare e sviluppare sistemi elettronici complessi, utilizzando gli strumenti CAD dedicati.

Lezioni
Software per la simulazione di circuiti. Progettazione di circuiti stampati (PCB): strati, piste e vie. Processo di progettazione di un PCB: simboli schematici e footprint dei componenti. Utilizzo del software CAD Autodesk Fusion 360: editor degli schemi elettrici, posizionamento dei componenti e instradamento automatico delle piste (autorouting). Requisiti di packaging. Tipologie di package elettronici. Montaggio dei package su PCB. Problematiche termiche ed elettriche. Alimentazione dei package attraverso il PCB.
Richiami sulla progettazione di amplificatori operazionali. Amplificatori operazionali: proprietà ideali, configurazioni standard e principali non idealità (escursione della tensione di uscita e slew rate ). Stabilità degli amplificatori operazionali. Criterio di Barkhausen. Margini di guadagno e di fase. Limiti in frequenza del buffer a guadagno unitario. Progettazione di un amplificatore operazionale a due stadi a partire da specifiche di guadagno, banda passante e impedenza di ingresso.
Filtri attivi: definizioni e principali risposte in frequenza. Microcontrollori e programmazione dei microcontrollori.
Challenge-Based Learning
Attività di gruppo finalizzate alla progettazione di differenti sistemi elettronici, comprendenti simulazione circuitale, progettazione di PCB, programmazione di microcontrollori e stampa 3D di telai e supporti. Le attività saranno svolte in gruppi composti da un massimo di quattro studenti e saranno supervisionate e discusse durante le ore di lezione.

The assessment is aimed to determine the acquisition grade by the student of the course's educational objectives with particular reference to the expected learning outcomes.

• Testi di riferimento e materiale didattico
• Dispense fornite dal docente.

L’allievo deve essere in grado di affrontare in modo innovativo la progettazione di un prodotto
industriale che soddisfi nuove od evolute esigenze dell’utente. Inoltre, deve comprendere come
l’innovazione nei materiali e nell’architettura di sistema consentano di migliorare le prestazioni
riducendo l’impatto ambientale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere le metodologie specialistiche di progettazione e sviluppo di prodotti
industriali complessi. Particolare attenzione viene data alla conoscenza di tecniche di
progettazione concettuale rivolte all’innovazione sistematica di prodotto. Lo studente deve
sviluppare capacità di comprensione del problema di progettazione e di generazione mediante
pensiero creativo di soluzioni concettuali potenzialmente idonee alla sua risoluzione. Le
conoscenze dei metodi dell’eco-design o del green design permettono di comprendere quale sia il
potenziale impatto ambientale del prodotto fin dalla fase concettuale. Lo studio funzionale richiede
la conoscenza dei concetti di usabilità, ergonomia, manutenibilità e sicurezza. L’allievo maturerà
conoscenze relative alle metodologie di Design for Six Sigma con riferimento all’innovazione di
prodotto e processo industriali ed alla progettazione robusta di assemblaggi meccanici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve essere in grado di utilizzare i metodi di elicitazione delle esigenze del cliente per
la classificazione dei bisogni e la definizione dei requisiti di progetto. La comprensione delle
emozioni degli utenti e l’applicazione di tecniche quali Kano e Kansei per il loro studio èuna
capacità che viene maturata nel corso. Inoltre, lo studente deve avere capacità di utilizzare le
tecniche di generazione dei concetti, i principi di progettazione di Suh e le tecniche di innovazione
sistematica del TRIZ.Lo studente deve, inoltre, maturare capacità di selezione dei concetti
mediante tecniche formali e di gruppo. Lo sviluppo dell’analisi funzionale e la scelta della migliore
architettura di sistema sono l’obiettivo dell’impiego della modellazione funzionale e della
prototipazione virtuale durante le fasi di sviluppo del prodotto.Lo studente infine deve essere in
grado di valutare la robustezza della soluzione mediante simulazioni virtuali o test in laboratorio.
Lo studente deve essere in grado di utilizzare formati e standard di interscambio dati e di
predisporre l’elaborazione di modelli CAD/CAE per l’esecuzione di sessioni di design review in
ambienti di Realtà Virtuale e per la simulazione di prestazioni meccaniche di interesse. Inoltre,
mediante l’impiego di manichini virtuali lo studente deve essere in grado di effettuare valutazioni
ergonomiche sul prodotto che viene considerato.Il corso richiede la maturazione di capacità di
sintesi progettuali. L’impostazione del corso èinnovativa e finalizzata alla maturazione dei concetti
su casi studio di progettazione di prodotti anche complessi di interesse industriale. L’approccio
èinduttivo secondo il modello del laboratorio di progettazione, che prevede discussione dei
progetti di gruppo, presentazione delle idee, confronto critico con il docente ed i tutor, con esperti
ed autovalutazione.

Dall’esigenze dell’utente ai requisiti funzionali (2 CFU)
Storia della progettazione. Introduzione ai metodi di progettazione e sviluppo prodotto. Progettazione sistematica di Pahl e Beitz. Individuazione dei bisogni dei clienti mediante tecniche partecipative. Classificazione secondo Kano delle caratteristiche di qualità del prodotto. L’ingegneria emozionale ed il Kansei Engineering. Gli aspetti psico-cognitivi del design secondo Norman. Il Design FunctionDeployment: dalle esigenze degli utenti ai requisiti funzionali (QFD). Principi di eco design e progettazione sostenibile. User centered design, progettazione partecipativa e valutazione di ergonomia ed usabilità.
Metodi di progettazione concettuale e di innovazione di prodotto (3 CFU)
Tecniche di generazione di concetti. Brainstorming e Metodo 6-3-5. Tecniche di sviluppo della creatività. Principi di progettazione di Suh ed Axiomatic Design. Misura di informazione di
Shannon (cenno). La metodologia TRIZ o TIPS (Theory of inventiveproblem solving) per progettare l’innovazione di prodotto. I parametri di progettazione generalizzati ed i principi di
progettazione per la risoluzione di conflitti.Classificazione dei brevetti e livello di innovatività delle soluzioni tecniche. Tecniche di fattorizzazione e combinazione. Tecniche di valutazione dei
concetti: matrice di Pugh e P&B. Progettazione robusta di prodotti industriali: le moderne tecniche di sperimentazione programmata, le fasi della sperimentazione, la scelta dei parametri ottimali
sperimentati, la definizione della combinazione ottimale previsionale sulla base di modelli interpretativi, la verifica delle ipotesi, la definizione di parametri di controllo e di disturbo, la matrice
incrociata e il metodo Pareto-ANOVA per l’analisi della risposta sperimentale; analisi degli effetti medi sulla media, sul rapporto S/N e sulla deviazione standard. Ottimizzazione di parametri e
tolleranze. Allocazione delle tolleranze al minimo costo globale per la società secondo Taguchi. Scelta del concetto ottimale e progettazione delle tolleranze. Piani completi e frazionati.
Ortogonalità del piano. Grafi di Taguchi per la riduzione del numero di prove.
Metodi di progettazione concreta per esigenze funzionali (ergonomia, assemblabilità, manutenibilità, sicurezza). (2 CFU)
Il Design for X. Ergonomia: interazione utente-prodotto. Il Design for X. Ergonomia: interazione utente-prodotto. Variabilità degli utenti, studi antropometrici e progettazione per l’ergonomia. Indici di usabilità. La Progettazione Ergonomica Robusta mediante impiego di manichini virtuali. Indici di discomfort: casi studio automobilistici, aerospaziali e ferroviari. Valutazione del rischio posturale mediante impiego dei manichini virtuali.
Progettazione per l’assemblabilità e la smontabilità e design review in laboratorio di Realtà
Virtuale (RV). Impiego di Realtà Aumentata (AR) per la mitigazione dei rischi e per la manutenibilità di sistemi complessi. DVR+: Test di evacuazione. Cenni alla progettazione pe l’affidabilità, la manutenibilità, la disponibilità e la sicurezza (RAMS). Definizione di Affidabilità, Disponibilità e Manutenibilità nella normativa (UNI, EN, ISO, MIL-STD). Cenni alla FMECA (Failure Mode,Effect &Criticality Analysis) in progettazione.
Project work. (2 CFU)
Scelta dell’argomento di progetto. Organizzazione del team. Team building. Leadership. Presentazione. Laboratori. Visite aziendali. Discussione coi tutori

Gli allievi dovranno mostrare l’applicazione delle metodologie di progettazione e sviluppo prodotto studiate durante il corso ed i risultati ottenuti, evidenziando l’innovazione funzionale proposta rispetto allo stato dell’arte attuale.
In particolare, tutti i gruppi dovranno mostrare l’applicazione della progettazione robusta quale tecnica di ottimizzazione dell’architettura di prodotto mediante prove reali o simulate (in ambienti di simulazione utili allo studio di una o più prestazioni di prodotto).
Gli allievi sviluppano un progetto d’anno e presentano una relazione tecnica sul progetto di gruppo secondo un template fornito dal docente all’assegnazione del PW (project work). Gli allievi presentano il lavoro in corso d’anno ed a fine corso (con Powerpoint o Prezi) al docente ed ai tutor. La presentazione sarà unica per tutto il gruppo così come la valutazione. Sono previste attività integrative presso i laboratori universitari a Fuorigrotta (IDEAS) e San Giovanni a Teduccio (Marte, Ricreami, ErgoS) presso il CESMA.

1. Ulrich K.T., Eppinger S.D., “Progettazione e sviluppo di prodotto”, McGraw-Hill, 2015.
2. Suh N.P, The principles of design, Oxford, University press, 1990.
3. Yang K, El-Haik B., Design for Six Sigma, Mc Graw Hill, 2003.
4. Whitney D. (2004), Mechanical Assemblies, Oxford Univ. Press
5. Materiale didattico (slide) del corso disponibili ad inizio anno (relative all’a.a. precedente ed aggiornate sulla piattaforma didattica ogni settimana in corso d’anno).

Obiettivo dell’insegnamento è fornire una visione sintetica di livello specialistico della progettazione come problema di ricerca della soluzione (progetto di un elemento, di un meccanismo, una struttura meccanica) ad un problema ben specificato (requisiti di progetto), che rispetti vincoli esterni (possibilità tecnologiche e normative generali e specifiche) e che sia la migliore possibile per alcuni aspetti predefiniti (costo, leggerezza, innovatività, et c.).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve essere in grado di individuare i problemi salienti della progettazione di un dato dispositivo meccanico in modo da riconoscere i fenomeni fisici più pertinenti, scegliere i modelli di calcolo più idonei, comprendere e seguire eventuali normative tecniche.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve essere in grado di utilizzare criticamente gli strumenti di calcolo idonei al particolare progetto, riconoscere le relazioni con la fisica sottostante e saper controllare l’adeguatezza dei risultati di calcolo ottenuti, valutare il livello del risultato progettuale ottenuto in relazione ai requisiti iniziali espliciti ed impliciti.

Concetti generali della progettazione avanzata. Il progetto come problema di ottimizzazione multiobbiettivo. Richiami di teoria del calcolo agli elementi finiti in campo non lineare ed esempi di schematizzazioni finalizzate alla progettazione. Buckling lineare. Rigidezza geometrica, problema agli autovalori. Instabilità geometrica non lineare. Percorsi di equilibrio multipli e biforcazioni. Relazione col buckling lineare ed effetto delle imperfezioni. Schemi esemplificativi di progettazione per obbiettivo (alleggerimenti di biella, tubolare, pannello sottile). Comportamento del materiale in fase di plasticizzazione. Leggi di incrudimento. Tensioni residue. Simulazione della prova di trazione ed analisi dei dati simulati. Effetto sinergico della non linearità geometrica e di materiale: strizione. Analisi di contatto. Contatto perno-foro, effetto dell’attrito. Progetto di giunzione articolata. Progettazione con materiali compositi. Omogeneizzazione ed analisi multiscala. Simulazione degli urti utilizzando schemi di diversa complessità. Equilibri energetici complessivi, onde d'urto, effetto della plasticizzazione. Richiami di teoria dell'analisi dinamica numerica. Vibrazioni. Algoritmi di calcolo esplicito-implicito. Progettazione in gruppi di un elemento/struttura meccanica di media complessità. Utilizzo delle normative specifiche.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Appunti dalle lezioni, normative, manuali tecnici, ed altro materiale fornito dal docente.

L’insegnamento si propone di introdurre gli studenti ai principi e alla metodologia del Project Management e di fornire gli strumenti metodologici e operativi necessari per avviare, pianificare, monitorare e controllare un progetto in un contesto industriale, sotto il profilo tecnico, temporale ed economico. Metodi e strumenti sono presentati con riferimento a standard riconosciuti a livello nazionale e internazionale e applicati mediante esercitazioni e un project work. L’insegnamento mira inoltre a sviluppare la capacità di integrare ambito, tempi, risorse, costi, qualità e rischi e di motivare le decisioni assunte lungo il ciclo di vita del progetto.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• distinguere progetti, programmi, portfolio e attività operative;
• descrivere ciclo di vita, processi, principi, ruoli, responsabilità e principali strutture organizzative di progetto;
• comprendere finalità e relazioni fra project charter, gestione degli stakeholder, definizione dell’ambito, WBS, pianificazione temporale, risorse, costi, qualità e rischi;
• spiegare logica, ipotesi e risultati delle tecniche PERT/CPM, del diagramma di Gantt, del resource scheduling e dell’Earned Value Management;
• comprendere i processi di monitoraggio, controllo integrato e gestione delle modifiche;
• riconoscere caratteristiche e ambiti di applicazione degli approcci predittivi, adattivi e ibridi.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:
• definire obiettivi, requisiti, deliverable, vincoli e criteri di successo di un progetto industriale;
• identificare e analizzare gli stakeholder e definire una struttura di governance e responsabilità;
• costruire una Work Breakdown Structure e collegarla a attività, responsabilità e deliverable;
• stimare durate, sviluppare un reticolo PERT/CPM, individuare cammino critico e margini temporali e costruire un diagramma di Gantt;
• pianificare e livellare le risorse e formulare una stima e una baseline dei costi;
• identificare, analizzare e trattare i rischi e definire criteri e attività per la qualità;
• impostare indicatori e strumenti di monitoraggio, inclusi i principali indicatori di Earned Value Management;
• integrare le diverse componenti in un piano di progetto coerente e comunicare e difendere le scelte effettuate;
• utilizzare Excel e, per alcune elaborazioni tecniche, Python per calcoli, analisi di scenario e rappresentazione dei risultati.

1. Fondamenti, standard e contesto organizzativo – 1 CFU, 8 ore
Progetti, programmi, portfolio e attività operative. Criteri di successo e vincoli di progetto. Principi e processi di Project Management. Principali standard e certificazioni professionali. Ciclo di vita del progetto e del prodotto. Governance, ruoli, responsabilità e strutture organizzative funzionale, a matrice e per progetti. Caratteristiche generali degli approcci predittivi, adattivi e ibridi.
2. Avvio, integrazione, stakeholder e ambito – 2 CFU, 16 ore
Esigenza di progetto, business case e analisi di fattibilità. Project charter. Identificazione e analisi degli stakeholder. Governance e organizzazione del progetto. Pianificazione integrata. Raccolta dei requisiti, definizione dell’ambito e dei deliverable. Work Breakdown Structure, Work Packages, dizionario della WBS. Collegamenti fra WBS, Organizational Breakdown Structure e matrice delle responsabilità. Gestione e controllo integrato delle modifiche.
3. Pianificazione temporale e delle risorse – 2 CFU, 16 ore
Definizione e sequenziamento delle attività. Stima delle durate. Rappresentazione reticolare. Tecniche PERT e CPM. Cammino critico e margini temporali. Diagramma di Gantt e milestone. Pianificazione delle risorse, carichi, vincoli, allocazione, smoothing e leveling. Analisi di scenari con Excel e Python.
4. Costi, qualità e rischi – 2 CFU, 16 ore
Stima dei costi, budget e cost baseline. Relazioni fra tempi, risorse e costi. Pianificazione e gestione della qualità. Identificazione, classificazione e analisi qualitativa e quantitativa dei rischi. Strategie di risposta, contingency e riserve. Risk register e monitoraggio dei rischi. Integrazione fra decisioni tecniche, temporali ed economiche.
5. Monitoraggio, controllo e project work – 2 CFU, 16 ore
Raccolta e validazione dei dati di avanzamento. Indicatori di prestazione. Earned Value Management: Planned Value, Earned Value, Actual Cost, CV, SV, CPI, SPI e previsioni a finire EAC ed ETC. Reporting e comunicazione. Controllo integrato delle modifiche e lesson learned. Sviluppo assistito del project work e integrazione di charter, WBS, programma temporale, risorse, costi, qualità, rischi e piano di monitoraggio.

L’esame comprende la valutazione e la discussione di un project work e un colloquio orale individuale.
Project work
Il project work riguarda la pianificazione e il controllo di un progetto in ambito industriale ed è normalmente sviluppato in gruppi di 3–4 studenti. Il caso è proposto o preventivamente approvato dalla docente. L’elaborato comprende almeno:

• contesto, motivazione, obiettivi, requisiti, vincoli e criteri di successo;
• project charter e analisi degli stakeholder;
• deliverable, ambito, WBS e matrice delle responsabilità;
• elenco e sequenza delle attività, reticolo PERT/CPM, cammino critico e diagramma di Gantt;
• piano delle risorse e stima dei costi con relativa baseline;
• criteri di qualità, risk register e principali risposte ai rischi;
• piano di monitoraggio con indicatori e misure di Earned Value Management;
• conclusioni, limiti e possibili miglioramenti.
  Il gruppo consegna almeno sette giorni prima dell’appello una relazione tecnica, gli allegati di calcolo, i fogli di calcolo Excel e gli script o notebook Python pertinenti, oltre a una breve presentazione. La presentazione ha una durata indicativa di 20 minuti per gruppo ed è seguita da una discussione individuale di circa 10 minuti per studente. Ogni componente deve essere in grado di illustrare l’intero progetto e di motivare le scelte; le domande individuali permettono di accertare il contributo personale.
  L’elaborato di gruppo è valutato considerando correttezza e completezza metodologica, coerenza e integrazione fra le diverse componenti, qualità delle assunzioni e dei dati, correttezza e replicabilità delle elaborazioni, capacità di analizzare alternative e rischi, chiarezza e tracciabilità. La discussione individuale valuta la padronanza dell’intero progetto, la capacità di motivare le scelte, il contributo personale e l’uso appropriato del linguaggio tecnico.
  Colloquio orale
  Il colloquio è individuale, ha una durata indicativa di 15–20 minuti e riguarda l’intero programma. Verifica la conoscenza e la comprensione di principi, processi e strumenti, la capacità di applicarli a situazioni diverse dal project work, di interpretare risultati e indicatori e di motivare le decisioni progettuali. Si svolge senza consultare testi, appunti o dispositivi, salvo gli strumenti espressamente autorizzati dalla docente.
  Attribuzione del voto
  L’elaborato progettuale, di gruppo o individuale nei casi indicati, concorre per il 40%, la discussione individuale del progetto per il 20% e il colloquio orale sul programma per il 40%. Le tre componenti sono valutate in trentesimi e devono essere superate ciascuna con almeno 18/30. Il voto finale è calcolato come 0,40 × voto dell’elaborato + 0,20 × voto della discussione individuale + 0,40 × voto del colloquio orale, con arrotondamento all’intero più vicino. In questo modo il prodotto progettuale è valutato autonomamente, mentre il 60% del voto deriva da accertamenti strettamente individuali. La lode può essere attribuita quando tutte le componenti raggiungono un livello di eccellenza e lo studente dimostra particolare autonomia, rigore e capacità critica.
  Gli studenti non frequentanti perseguono i medesimi risultati di apprendimento e sostengono le medesime componenti di valutazione. Possono sviluppare individualmente un caso preventivamente concordato con la docente, rispettando anche il termine di consegna di sette giorni, e accedono ai materiali e alle indicazioni resi disponibili attraverso i canali istituzionali.

Il materiale fornito dalla docente — presentazioni, dispense, esercitazioni, casi di studio, modelli di documento, dataset, fogli di calcolo e script o notebook Python — copre il programma e costituisce il riferimento principale per la preparazione dell’esame.
Riferimento generale consigliato:

• Project Management Institute, A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK® Guide) – Eighth Edition, including The Standard for Project Management, ANSI/PMI 99-001-2025, PMI, 2025.
  Riferimenti per approfondimento:
• ISO 21500:2021, Project, programme and portfolio management — Context and concepts;
• ISO 21502:2020, Project, programme and portfolio management — Guidance on project management;
• ISO 21508:2026, Project, programme and portfolio management — Earned value management;
• Project Management Institute, Practice Standard for Scheduling, 3rd ed., 2019;
• Project Management Institute, Practice Standard for Work Breakdown Structures, 3rd ed., 2019.

Obiettivo dell'insegnamento èfornire agli studenti i concetti generali relativi alla simulazione, alla progettazione e alla gestione dei servizi ferroviari e di trasporto pubblico. Verranno presentate le diverse tecniche di simulazione, le metodologie di progettazione, gli aspetti normativi e gli strumenti di gestione contrattuale per i sistemi ferroviari e di trasporto pubblico.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare, progettare e gestire i servizi ferroviari e di trasporto pubblico. Tali strumenti consentiranno di comprendere le connessioni tra aspetti normativi e organizzativi, le principali relazioni esistenti tra i diversi sistemi tecnologici ipotizzati o analizzati (veicoli e tipologie di servizi) e i relativi modelli di offerta per la loro rappresentazione, e di coglierne le implicazioni nel caso di una progettazione multimodale e integrata.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il corso si propone di trasmettere le competenze e gli strumenti metodologici e operativi necessari per applicare concretamente le conoscenze acquisite nell'ambito della pianificazione e gestione dei servizi ferroviari e di trasporto pubblico. In particolare, lo studente sarà in grado di simulare e progettare servizi ferroviari e di trasporto pubblico (anche con approccio multimodale) e di calcolare gli indicatori di prestazione delle reti e dei servizi di trasporto prima e dopo ogni intervento progettuale. Inoltre, gli strumenti metodologici acquisiti consentiranno allo studente di predisporre gli allegati tecnici di un contratto di servizio, un capitolato per l'affidamento dei servizi ferroviari e di trasporto pubblico e di calcolare le implicazioni economiche (costi) derivanti dall'incremento dell'affidabilità dei servizi.

Introduzione: il concetto di modellazione; la progettazione di sistemi di trasporto (pubblico).
Simulazione di servizi ferroviari e di trasporto pubblico: Fasi della simulazione dei sistemi di trasporto; Sistemi di trasporto pubblico (Sistemi convenzionali, Sistemi non convenzionali, Sistemi di mobilità condivisa, Sistemi di mobilità combinata); Costo generalizzato all'utente, Funzioni di costo del sistema stradale; Servizi di trasporto pubblico: grafo delle linee e grafo delle corse; Approccio multimodale e iperreti; Funzioni di costo del trasporto pubblico, Iperpercammini.
Sistemi di segnalamento e controllo ferroviario; Definizione di sistema di segnalamento e controllo; Terminologia ferroviaria, Distanza di arresto, Requisiti di un sistema di segnalamento; I primi sistemi di segnalamento; Sistemi di segnalamento spaziale (blocco telegrafico/telefonico, blocco elettrico manuale, blocco elettrico automatico, blocco conta-assi); Segnali ferroviari: segnali semaforici, segnali luminosi, segnali di manovra, segnali di rango; Automatic Train Protection (ATP): Ripetizione in cabina, frenatura di emergenza, controllo della velocità e curva di frenatura. Sistemi ATP in Italia; Automatic Train Operation (ATO): Definizione, Gradi di automazione (GoA); Livelli ERTMS/ETCS 0-3; Licenze ferroviarie; Sistemi di interlocking.
Strategie di Energy Saving: Sistemi di frenatura in ferrovia, Frenatura reostatica, Frenatura rigenerativa; Profili di velocità, Strategia di Time Optimal (TO), Ottimizzazione dei profili di velocità (profili di velocità con Energy Saving).
Progettazione del servizio di trasporto pubblico: Formulazione del problema e approcci progettuali; tempo di giro (tempi di percorrenza, tempi di sosta, tempi di inversione, tempi addizionali); Calcolo del numero di veicoli; Definizione della configurazione iniziale: Situazione attuale, Situazione obiettivo e Situazione di progetto (coppia di OD più carica, coppia di OD più lontana e pedone veloce); Obiettivi (costo totale, efficienza, efficacia, qualità); Definizione di veicolo-km, Variabili di progetto; Grafo delle linee (approccio ad ipercammini) vs Grafo delle corse (approccio diacronico); Vincoli di budget.
Normativa e organizzazione del trasporto pubblico: Definizioni; Livelli normativi gerarchici; I 4 settori esclusi (aziende nazionali), l'Area Schengen, Normativa del settore ferroviario, Normativa del settore del trasporto pubblico; Forme contrattuali del trasporto pubblico (concessione, contratto di servizio, libero mercato), Rischi nei servizi di trasporto pubblico (Gross Cost e Net Cost), Fonti di finanziamento, Ripartizione delle competenze tra le autorità.
Qualità nel trasporto pubblico: Affidabilità, Programmi di esercizio, Sicurezza dei trasporti; Qualità interna ed esterna; Tipi di qualità (qualità attesa, progettata, erogata e percepita); Fasi di gestione della qualità; Qualità in una gara d'appalto per il trasporto pubblico.
Sistemi di supporto alle decisioni: Software di simulazione microscopica OpenTrack: Principi della meccanica della locomozione e principali caratteristiche del software; Progetto di un servizio ferroviario (con software OT): Progettazione e analisi del servizio; Software di simulazione macroscopica TransCAD: Principali caratteristiche del software; Progetto di un servizio di trasporto pubblico (con software TC): Progettazione e analisi del servizio.

N.A.

Dispense e materiale didattico scaricabile dal sito docente.
Testi consigliati:
Hansen I. A. and Pachl J. (2008) Railway timetable &traffic: Analysis, modelling, simulation. Euralil Press, Hamburg, Germany.
Cascetta E. (2009) Transportation systems analysis: Models and applications. Springer, New York (NY), USA.

Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare: (i) di conoscere i materiali polimerici sapendo correlare le loro proprietà di interesse ingegneristico alle metodologie di sintesi e alla loro struttura molecolare; (ii) di conoscere le principali tecniche di caratterizzazione dei materiali polimerici e le informazioni che da esse si possono dedurre.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare: (i) di possedere spirito critico analizzando i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall'impiego di materiali polimerici rispetto ad altre classi di materiali; (ii) saper discutere e commentare i risultati di comuni analisi sperimentali nel campo dei materiali polimerici; (iii) saper confrontare soluzioni alternative a problemi legati all'impiego di materiali polimerici.
Lo studente dovrà, inoltre, sviluppare sufficienti capacità comunicative per: (i) trasmettere le conoscenze acquisite in forma scritta e orale con padronanza del linguaggio, riuscendo a spiegare concetti e nozioni riguardanti i materiali polimerici sia a tecnici specializzati che a non addetti ai lavori; (ii) saper riassumere concetti complessi utilizzando correttamente il linguaggio tecnico.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di: (i) applicare le conoscenze acquisite riuscendo a selezionare opportunamente il materiale polimerico più idoneo alla specifica applicazione a cui è destinato; (ii) individuare le indagini sperimentali più idonee allo studio delle caratteristiche del materiale.
Lo studente dovrà essere in grado di: (i) aggiornare o ampliare le proprie conoscenze nel campo dei materiali polimerici attingendo autonomamente a testi e articoli scientifici; (ii) consultare schede tecniche e documentazione di laboratorio.

1) Nozioni generali sui materiali polimerici (0,5 CFU): concetto di macromolecola; mezzo di peso molecolare, polimeri termoplastici e termoindurenti, polimeri lineari, ramificati, reticolati. 2) Cenni sulla sintesi di macromolecole (0,25 CFU): poliaddizioni, policondensazioni e polimerizzazioni ioniche; polimerizzazioni di interesse industriale. 3) Struttura delle macromolecole polimeriche (1 CFU): tecniche sperimentali per la determinazione dei pesi molecolari: diffusione della luce, metodo viscosimetrico e cromatografia. 4) Modellazione microreologica (0,25 CFU): modello a manubrio, reptazione, leggi di scala nei polimeri entangled lineari e ramificati, rilascio dei vincoli. 5) Polimeri amorfi (0,5 CFU): conformazione delle catene polimeriche, mobilità molecolare; transizione vetrosa e metodi di misura della Tg. 6) Polimeri semicristallini (0,5 CFU): struttura dei cristalli polimerici, cinetica e termodinamica della cristallizzazione, metodi per la determinazione della frazione cristallina. 7) Correlazioni struttura-proprietà (0,5 CFU): diffusione e permeabilità, proprietà ottiche, proprietà termiche. 8) Proprietà viscoelastiche (0,75 CFU): modulo di cedevolezza e di rilassamento, proprietà dinamico-meccaniche, principio di sovrapposizione di Boltzmann, principio di sovrapposizione tempo-temperatura, modelli viscoelastici discreti e spettri continui. 9) Proprietà meccaniche (0,75 CFU): processi molecolari di snervamento e microcavitazione, criteri di rottura, proprietà meccaniche delle fibre polimeriche. 10) Cenni sui polimeri per usi speciali e riciclo delle materie plastiche (0,25 CFU). 11) Esercitazioni di laboratorio (0,75 CFU): analisi calorimetrica (DSC e TGA), meccanica (statica e dinamico-meccanica) e reologica (reometria rotazionale e indice di fluidità).

Attribuzione di punteggi a singole domande scritte con voto proposto in trentesimi; lo studente ha la possibilità di integrare la valutazione tramite un colloquio orale sugli argomenti del corso (facoltativo).

1) "Science and technology of polymeric materials", S. Bruckner et al., EdiSES;
2) "Polymer Physics", M. Rubinstein &R. H. Colby, Oxford University Press;
3) Appunti delle lezioni

Gli obiettivi formativi del Corso sono orientati a fornire agli studenti una comprensione approfondita delle strategie e politiche, delle normative e delle tecniche e prassi necessarie per garantire la gestione efficace ed efficiente della manutenzione e della sicurezza degli impianti industriali. Ulteriore obiettivo formativo del Corso è quello di conoscere le principali tecniche di modellazione qualitativa e quantitativa per supportare le corrispondenti scelte decisionali e valutarne l’impatto economico e produttivo. Inoltre, il Corco mira anche all’acquisizione del lessico specifico inerente gli argomenti propri del corso, padroneggiandone la trasmissione, sia in forma scritta che orale; strutturare un piano di salute e sicurezza e manutenzione, anche secondo i principi del World Class Manufacturing.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le norme e i requisiti di sicurezza e manutenzione applicabili alla progettazione e gestione degli impianti industriali. Lo studente deve dimostrare di comprendere i principi di analisi dei rischi e la valutazione delle diverse attività industriali per identificare potenziali pericoli, inoltre deve conoscere le principali tecniche di prevenzione e mitigazione dei rischi e capire come possono essere applicate negli impianti industriali. Lo studente deve, infine, dimostrare conoscenza degli strumenti metodologici di base per analizzare le esigenze di manutenzione in una realtà produttiva e sviluppare un coerente piano di manutenzione compatibile con i requisiti di produttività e prescrizioni normative.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare capacità di applicare le norme vigenti e i requisiti di sicurezza alla progettazione e gestione degli impianti industriali. Deve, poi, mostrare capacità di utilizzo delle tecniche di analisi dei rischi per valutare e gestire i potenziali pericoli nelle attività industriali. Deve essere in grado di estrarre le informazioni rilevanti ai fini del monitoraggio delle attività di sicurezza e manutenzione. L’allievo, poi, deve mostrare capacità di applicare gli adeguati strumenti metodologici e operativi per la programmazione delle attività di sicurezza e manutenzione negli impianti industriali, nonché nella predisposizione di audit e verifiche per migliorare le misure di prestazione di sicurezza e manutenzione.

Analisi degli standard di sicurezza nei sistemi di produzione. Pilastri tecnici del WCM. Il Pilastro Sicurezza: sette passi caratteristici; la gestione degli interventi per il "miglioramento continuo" della sicurezza degli impianti. Pilastro Manutenzione Autonoma e Manutenzione Professionale. Il quadro di riferimento normativo sulla salute e sicurezza sui luoghi di lavoro: il Decreto Legislativo 81/08. I principali rischi industriali: definizione di rischio. Tipologia e classificazione dei rischi industriali. Misure di prevenzione e protezione. Valutazione del rischio e criteri di accettabilità. Metodologie di analisi dei rischi. Rischi specifici: rischio incendio; rischio meccanico e direttiva macchine; rischio elettrico; rischio chimico; rischio biologico; rischio rumore e vibrazioni; rischio movimentazione manuale dei carichi; rischio ambientale e microclimatico; rischio stress lavoro correlato. Definizioni di manutenzione. Elementi di teoria dell'affidabilità; grandezze di affidabilità; descrizione della vita dei componenti; disponibilità e manutenibilità; analisi combinatoria dell'affidabilità; calcolo delle probabilità nello spazio degli stati del sistema; RBD -Reliability Block Diagram; modello di connessione in serie; modello di connessione in parallelo. Curva PF. Politiche di manutenzione. Ciclo di vita di un sistema soggetto a manutenzione. Costi di manutenzione. Le sette fasi della manutenzione professionale e della manutenzione autonoma. FMECA - Failure Mode, Effects and Criticality Analisys. Reliability-Centered Maintenance.

I requisiti minimi di preparazione richiesti per il superamento dell’esame fanno riferimento: alla conoscenza e all’analisi delle principali problematiche di progettazione e gestione di un sistema di sicurezza e manutenzione di un impianto di produzione; e alla capacità di impostare un efficace ed efficiente piano di sicurezza e manutenzione. Gli allievi devono essere in grado di utilizzare gli strumenti operativi presentati durante il corso.
La prova scritta può includere: domande a risposta multipla, esercizi numerici (o una composizione di più esercizi) in linea con quelli svolti durante le lezioni, o domande a risposta aperta.
La valutazione finale sarà pari alla media delle valutazioni ottenute nelle varie prove.

Il materiale didattico è relativo alle presentazioni usate in aula e alle esercitazioni sono rese disponibili tramite la pagina web istituzionale del docente.
Bibliografia di riferimento: Fedele, L. (2008). Progettare e gestire la sicurezza . Mc Graw Hill. Duffuaa, Salih O., A. Raouf, and J. Dixon Campbell. “Planning and control of maintenance systems.” Willey and Sons (2000): 31-32.
Lorenzo Fedele, Luciano Furlanetto, Daniele Saccardi “Progettare e Gestire la manutenzione», McGraw-Hill, 2003, ISBN: 9788838662393
Luciano Furlanetto, Manuale di manutenzione degli impianti industriali e servizi, Franco Angeli Editore, ISBN: 9788846408662 , 1999
Manzini, R., Regattieri, A., Pham, H., & Ferrari, E. (2010). Maintenance for industrial systems . London: Springer London.

L'insegnamento si propone di fornire strumenti e metodi per lo studio dei processi per deformazione plastica dei materiali metallici (laminazione, trafilatura, estrusione, stampaggio, idroformatura, processi per materiali superplastici, etc) a partire da concetti di base come la deformazione plastica dei metalli legata al movimento delle dislocazioni o i meccanismi di deformazione superplastica di alcuni metalli, fino a giungere alle relazioni analitiche (teoriche, empiriche o semi empiriche) per la scelta dei parametri di processo per le diverse tecnologie di fabbricazione. La simulazione numerica dei processi consente di ottenere uno strumento di analisi dei processi di fabbricazione laddove le relazioni analitiche non riescono a dare risultati attendibili.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere i complessi meccanismi che governano i processi per deformazione plastica e superplastica dei materiali metallici. In particolare, deve conoscere l'influenza della struttura cristallina e dei parametri di processo, tra cui la temperatura e la velocità di deformazione, sulle proprietà meccaniche dei manufatti finali. Deve altresì dimostrare di conoscere le modalità di esecuzione delle lavorazioni, le macchine e la loro struttura nonché le attrezzature ausiliarie necessarie per la lavorazione. Deve conoscere i metodi analitici e numerici (tecnica agli elementi finiti in ambito non lineare) per giungere alla determinazione dello stato tensionale e di deformazione del materiale oggetto della lavorazione, al fine di prevenire la rottura e individuare difetti che ne impediscono l'utilizzo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve sapere scegliere il processo di fabbricazione ed ottimizzare i parametri di processo in funzione delle caratteristiche del prodotto finale. Deve sapere utilizzare i metodi analitici, numerici (tecnica agli elementi finiti in ambito non lineare) e sperimentali per giungere al calcolo del valore della forza e della potenza necessaria all'esecuzione della lavorazione ed effettuare la scelta delle macchine e delle attrezzature ausiliarie.

Concetti base della teoria della plasticità. Comportamento plastico dei materiali; Aspetti micro e macroscopici; Influenza dei parametri di lavorazione (temperatura e velocità di deformazione); Criteri di plasticità; Legami tensioni deformazioni in campoelasto-plastico e plastico; Teoremi energetici. 1.5 CFU
Processi di deformazione plastica tradizionali. Processi di laminazione; Trafilatura dei fili e dei tubi; Estrusione diretta e inversa; Aspetti economici, attrezzature, difetti; Relazioni analitiche per il calcolo delle forze e del lavoro. 1.5 CFU
Stampaggio e forgiatura massiva. Macchine (magli e presse) e attrezzature, aspetti economici; Difetti nelle operazioni di stampaggio e forgiatura; Relazioni analitiche per il calcolo delle forze e del lavoro di stampaggio. 1.5 CFU
Processi di formatura plastica a freddo di lamiere . Anisotropia e formabilità delle lamiere; Tranciatura; Piegatura; Imbutitura e stampaggio; Idroformatura di tubi e lamiere; Spinning; Incremental forming. 1 CFU
Processi di formatura superplastica . Superplasticità e materiali superplastici; Lavorazioni con materiali superplastici. 0.5 CFU
Utilizzo di tecniche numeriche ad elementi finiti FEM in campo elasto-plastico. Modellazione del materiale; Utilizzo di software specifici nello studio dei processi di deformazione plastica per le lavorazioni massive e per le lavorazioni della lamiera. 3 CFU

K. Lange, Handbook of Metal forming, SME Editore
L. Carrino, G. Giuliano. La formatura superplastica. Aracne Editrice, 2007
A. Zompì, R. Levi. Tecnologia meccanica. Lavorazioni per deformazione plastica. UTET Libreria, 2005
F. Gabrielli, R. Ippolito, F. Micari. Analisi e tecnologia delle lavorazioni meccaniche (Seconda Edizione). McGraw-Hill, 2012
Manuali d’uso del software Marc Mentat
Appunti delle lezioni

L’insegnamento di propone di fornire le metodologie specialistiche per la progettazione e la
gestione di sistemi di produzione automatizzati, nonché la valutazione tecnico economica degli
investimenti in tale tipologia di impianto. Lo studente acquisirà competenze in merito alle tecniche
di progettazione degli impianti produttivi automatizzati, nonché ai sistemi automatici di stoccaggio
e picking da integrare alla linea produttiva al fine di ottimizzare le performance del sistema. I
modelli, trattati da un punto di vista teorico durante il corso, saranno oggetto di esercitazioni e
project work al fine di consentire allo studente di acquisire conoscenze e competenze approfondite
anche mediante l’uso di appositi tool software e strumenti di calcolo.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere e comprendere gli approcci per la progettazione e la conduzione degli impianti
automatici per la produzione e per la logistica.
Conoscere e comprendere le tecniche di modellazione matematica per la stima di prestazione dei
sistemi di produzione automatizzati.
Conoscere e comprendere le tecniche di ottimizzazione del funzionamento dei sistemi di
produzione automatizzati.
Conoscere e comprendere il funzionamento dei moderni strumenti informatici per la simulazione
degli impianti automatici.
Conoscere e comprendere le tecniche di valutazione degli investimenti in impianti ad elevato
grado di automazione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Essere capaci di applicare conoscenza e comprensione in merito alla progettazione di impianti per
la produzione e la logistica ad elevato grado di automazione.
Essere capaci di applicare conoscenza e comprensione in merito allo sviluppo di modelli
matematici per la stima delle prestazioni dei sistemi di produzione automatizzati.
Essere capaci di applicare conoscenza e comprensione in merito all’ottimizzazione del
funzionamento dei sistemi di produzione automatizzati.
Essere capaci di applicare conoscenza e comprensione in merito allo sviluppo di modelli simulativi
di impianti automatizzati.
Essere capaci di applicare conoscenza e comprensione in merito alla valutazione degli
investimenti in impianti automatizzati.

• Introduzione ai processi stocastici.
• Modelli analitici per macchina singola riparabile soggetta a guasti.
• I modelli analitici per il dimensionamento delle linee di produzione automatizzate con buffer: building block a due macchine e un buffer.
• Tecniche di decomposizione per il dimensionamento delle linee lunghe.
• Sistemi automatici fissi di stoccaggio e per il picking: dimensionamento di sistemi automatici per lo stoccaggio delle unità di carico, dimensionamento della testata di movimentazione dei materiali, progettazione delle baie di picking, ottimizzazione della performance del sistema.
• Valutazione tecnico-economica di un investimento in impianti automatizzati: determinazione analitica dei costi d’investimento e dei costi di esercizio in funzione delle prestazione. Valutazione della redditività dell’investimento e del pay-back period.
• Esercitazioni numeriche mediante tool software di simulazione.

La valutazione prevede la discussione di un project work assegnato allo studente ed una prova orale basata su domande di teoria.

Gershwin, S. B. 2002. Manufacturing Systems Engineering. Massachusetts Institute of Technology. Second private printing. Available via http://web.mit.edu/manufsys/www/gershwin.book.html .
Articoli scientifici e materiale didattico distribuito dal docente

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali relative:
1) ai sistemi elettrici presenti negli impianti di produzione dell’energia elettrica connessi ai sistemi di I, II e III categoria;
2) alle tipologie di impianti di produzione da fonti tradizionali e da fonti rinnovabili;
3) alle modalità di partecipazione dei produttori ai mercati dell’energia elettrica e alla modellistica per lo studio del funzionamento dei mercati dell’energia elettrica;
4) gestione dei sistemi di accumulo.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere e comprendere le tematiche inerenti agli impianti di produzione sia di tipo convenzionale che di tipo rinnovabile e le modalità di funzionamento dei mercati dell’energia elettrica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare le conoscenze acquisite alla complessità impiantistica degli impianti di produzione, della loro connessione alle reti e della modalità di partecipazione ai mercati dell’energia elettrica.
Saper riconoscere, comprendere e definire le caratteristiche degli impianti di produzione sia da fonti convenzionali che da risorse rinnovabili.

[1 CFU]Generalità sugli impianti di produzione dell’energia elettrica e definizioni di base.
Generalità sul sistema energetico e sul sistema elettrico per l'energia. Fonti di energia rinnovabili e tradizionali. Tipologie di centrali di produzione. Cenni sul sistema italiano di trasmissione e distribuzione.
La Produzione di Energia Elettrica in Italia e nel mondo. Costi della produzione dell’energia elettrica.
[1 CFU] Linee elettriche e Apparecchi di manovra.
[2 CFU] Impianti di produzione dell’energia elettrica connessi alla rete elettrica di III categoria.
La produzione concentrata. La centrale. Generalità sui dispositivi di generazione, i circuiti elettrici ausiliari e gli apparecchi di manovra e di protezione. Connessione dell’impianto alla rete.
Impianti termoelettrici con turbine a vapore di tipo tradizionale. Impianti termoelettrici con turbine a gas. Impianti termoelettrici a ciclo combinato gas-vapore. Impianti geotermoelettrici. Impianti idroelettrici. Impianti idroelettrici di produzione e pompaggio, sistemi di accumulo elettrochimico.
[2.5 CFU] Impianti di produzione dell’energia elettrica connessi alle reti elettriche di I e II categoria.
Produzione distribuita. Impianti eolici. Impianti fotovoltaici. Impianti idroelettrici di piccola taglia.
Impianti a biomasse. Impianti termoelettrici a biogas. Smart Grid e produzione dell’energia elettrica. Sistemi di accumulo centralizzati e distribuiti.
Conversione Power to Gas: generazione di idrogeno, Fuel cell.
[1.5 CFU] Complementi
Impianti di produzione di energia elettrica ed energia termica e frigorifera: cogenerazione e trigenerazione.
Schemi elettrici di connessione alla rete di I e II categoria. Il punto di consegna e gli schemi dei sistemi di protezione.
[1 CFU] Esercitazioni in aula mediate l'impiego del software Matlab.

Verificare le conoscenze degli studenti, la loro comprensione degli argomenti trattati nel corso e la loro capacità di utilizzare la terminologia in modo appropriato valutando l'adeguatezza delle risposte fornite dallo studente alle domande poste durante l'esame.

R. Caldon, F. Bignucolo, “Impianti di Produzione dell’Energia Elettrica” Società Editrice Esculapio;
Slide delle lezioni;
Norma CEI 0-16;
Norma CEI 0-21.

Il corso fornirà allo studente conoscenze fondamentali sullo sviluppo di modelli di simulazione ad eventi discreti per la previsione delle prestazioni e la progettazione di sistemi di produzione industriale in domini deterministici e stocastici, con particolare attenzione ai sistemi di produzione a flusso controllato. Verranno presentate le principali architetture dei modelli di smart factory e smart logistics per la movimentazione dei materiali, con particolare enfasi sui Modelli di Architetture di Riferimento. Attraverso esempi applicativi, lo studente acquisirà inoltre conoscenze sull’uso di strumenti software dedicati.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere e comprendere i fondamenti della previsione delle prestazioni e della progettazione dei sistemi produttivi.
Conoscere e comprendere la simulazione ad eventi discreti e la progettazione delle campagne di simulazione.
Conoscere e comprendere le principali architetture per il controllo della produzione e i relativi meccanismi.
Conoscere e comprendere le applicazioni dell’Intelligenza Artificiale nel controllo della produzione dei sistemi a flusso.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Essere in grado di sviluppare modelli di simulazione per la previsione delle prestazioni dei sistemi produttivi.
Essere in grado di progettare un sistema produttivo a flusso controllato in funzione delle prestazioni attese.
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per l’impiego dell’Intelligenza Artificiale nei sistemi produttivi.

• Concetti base di simulazione: deterministici e stocastici.
• Modellazione ad eventi discreti per impianti produttivi e sistemi logistici: logica funzionale, valutazione delle prestazioni, Indicatori Chiave di Prestazione (KPI).
• Tecniche di progettazione e sperimentazione. Progettazione di campagne di simulazione. Analisi delle risposte.
• Architettura di un digital twin industriale: Modello di Riferimento, Architettura di Riferimento e archetipi delle parti di impianto, architettura e logiche di interazione.
• Controllo a flusso dei sistemi produttivi. Principi di base: Kanban vs Conwip.
• Tecniche di controllo: regole classiche e moderne. Controllo del Work-In-Progress, controllo push e pull della produzione.
• Applicazione della Teoria dei Giochi ai sistemi di controllo distribuito della produzione: giochi cooperativi e non cooperativi, teoria delle aste.
• Controllo della produzione basato su AI: Processi decisionali di Markov, Reinforcement Learning.
• Esercitazioni numeriche e con strumenti software.

Durante la discussione e la prova orale verranno valutate le competenze tecniche e applicative dello studente nella risoluzione di problemi e nello studio di casi.

Averill Law, W. David Kelton, (2000), Simulation Modeling and Analysis, Third Edition, McGraw-Hill Education
Zhiqing Xiao, (2024), Reinforcement Learning Theory and Python Implementation, Springer
Altro materiale fornito dal docente.

Gli approcci e le tendenze moderne nella produzione industriale integrano sempre più le tecnologie dell'informazione (IT) e le tecnologie operative (OT) per decentralizzare il processo decisionale, consentendo la realizzazione di sistemi più flessibili, autonomi e adattivi.
Questo corso mira a fornire agli studenti le competenze tecniche necessarie per comprendere e progettare gemelli digitali industriali utilizzando la modellazione basata su agenti e la simulazione a eventi discreti, integrate con i protocolli di comunicazione industriali. Questi strumenti sono essenziali per lo sviluppo e l'implementazione della fabbrica digitale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere e comprendere i fondamenti del Digital Twin e dei sistemi cyber-fisici
Conoscere e comprendere le principali architetture per il controllo della produzione: gerarchica, eterarchica, semi-eterarchica
Conoscere e comprendere la logistica intelligente per gli impianti di produzione
Conoscere e comprendere le applicazioni dell’intelligenza artificiale nel controllo distribuito della produzione
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per lo sviluppo del Digital Twin degli impianti di produzione
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per la progettazione di nuove regole di dispacciamento.
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per lo sviluppo di modelli di simulazione.
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per l'utilizzo dell'Intelligenza Artificiale nei sistemi di produzione.
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per l'utilizzo dei protocolli di comunicazione industriale

Approcci di modellazione per i sistemi di produzione e logistica

• Modellazione basata su agenti, a eventi discreti e multimodale
• Definizione e utilizzo degli indicatori chiave di prestazione (KPI)
• Valutazione delle prestazioni
  Digital Twin:
• Concetto
• Approcci di modellazione e applicazioni industriali
• Sistemi cyber-fisici: fondamenti
• Protocolli di comunicazione industriale con PLC: OPC/UA, MTConnect, MQTT
  Architetture per il controllo della produzione:
• Modelli di riferimento e architetture di riferimento
• Architetture eterarchiche e architetture semi-eterarchiche
  Sistemi di trasporto interno intelligenti: dimensionamento della flotta di veicoli a guida automatica (AGV)
  Intelligenza artificiale nel controllo distribuito della produzione
• Applicazioni nei sistemi di produzione
• Fondamenti dell’apprendimento per rinforzo: rappresentazione stato/azione/ricompensa per le linee di produzione
• Reti neurali ricorrenti per la previsione nella produzione industriale
  Applicazioni pratiche
  Esercizi numerici con strumenti di simulazione
  Sessioni di laboratorio con applicazioni del gemello digitale

Nel corso della discussione e della presentazione orale, verranno valutate le competenze tecniche e applicative dello studente nella risoluzione dei problemi e nell'analisi dei casi di studio

Slide del corso
Wallace J. Hopp and Mark C. Spearman, Factory Physics, 2008, Waveland Press Inc. ISBN 978-1-57766-739-1
Jinna Li, Frank L. Lewis, Jialu Fan, Reinforcement Learning Optimal Feedback Control with Industrial Applications, 2023, Springer, ISBN 978-3-031-28394-9
Articoli scientifici forniti dal docente

Il corso è di tipo metodologico-applicativo e ha come obiettivo quello di trasferire all’allievo le nozioni fondamentali del calcolo delle probabilità, dell'analisi dei dati e dell'inferenza statistica e delle loro possibili applicazioni in campo ingegneristico, con particolare riferimento ai fenomeni tecnologici ed al controllo statistico della qualità.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Alla fine del corso lo studente dovrà dimostrare di conoscere i modelli probabilistici e gli strumenti e metodi statistici elencati nel programma. Dovrà altresì dimostrare di averne compreso le proprietà caratteristiche, le ipotesi sulle quali sono fondate, le finalità di utilizzo ed i limiti applicativi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il corso intende trasmettere allo studente le competenze e le capacità operative necessarie per risolvere, con senso critico, semplici ma realistici problemi applicativi e/o per modellare ed analizzare fenomeni non deterministici non eccessivamente complessi. Alla fine del corso lo studente dovrà dimostrare di saper selezionare e/o costruire strumenti appropriati, seguendo i modelli di ragionamento forniti attraverso le esercitazioni e/o per mezzo degli esempi discussi in aula.

[1.5 CFU] Algebra degli eventi. Elementi di calcolo combinatorio. Definizione di probabilità. Probabilità dell’unione. Probabilità condizionata. Probabilità dell’intersezione. Indipendenza stocastica. Teorema delle probabilità totali. Teorema di Bayes. Applicazioni in campo scientifico e tecnologico. Variabili aleatorie. Distribuzioni di probabilità. Media, varianza, covarianza, moda, mediana e quantili.
[1 CFU] Modelli di variabili aleatorie: bernoulliana, binomiale, geometrica, binomiale negativa, ipergeometrica, Poisson, uniforme, esponenziale, normale. Teorema del limite centrale. Modelli inferenziali: Chi-quadrato, T-Student e F-Fisher.
[2 CFU] Studio sperimentale di variabili aleatorie. Distribuzioni empiriche. Rappresentazioni grafiche. Popolazione, campionamento, campioni casuali e statistiche campionarie. Stima parametrica puntuale. Metodo dei momenti e della massima verosimiglianza. Stima parametrica per intervallo. Intervalli di confidenza per i parametri della popolazione gaussiana: variabili T-Student e Chi-quadrato. Intervallo di confidenza per il parametro p della popolazione bernoulliana. Test delle ipotesi. Ipotesi nulla, ipotesi alternativa, errore del I tipo, errore del II tipo, livello di significatività e potenza di un test. Test sui parametri della popolazione gaussiana. Test per il confronto tra medie di popolazioni gaussiane. Test per il confronto tra varianze di popolazioni gaussiane: variabile aleatoria F-Fisher.
[1.5 CFU] Controllo statistico della qualità: carte di controllo Shewhart per variabili ed attributi; indici di capacità di processo.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’esito della prova scritta (60%) e dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati durante la prova orale (40%). Sono illustrati allo studente gli elementi che sono stati presi in considerazione per determinare il voto finale.

P. Erto, 2008, Probabilità e statistica per le scienze e l’ingegneria 3/ed, McGraw-Hill.
Altri libri raccomandati: Montgomery, D. C. (2014) Introduction to Statistical Quality Control. 7th edition. John Wiley &Sons.

Statistical Learning for Industrial Engineering è un insegnamento basato sull’apprendimento problem-based, finalizzato a introdurre gli studenti a un insieme selezionato di metodi interpretabili di apprendimento statistico per l’analisi e il monitoraggio dei dati industriali. L’insegnamento si concentra sulla regressione, sulla selezione, validazione e regolarizzazione dei modelli, sulla riduzione dimensionale, sulla classificazione, sul clustering e sul monitoraggio statistico dei processi. Particolare attenzione è dedicata alla selezione dei metodi più appropriati al problema esaminato, alla valutazione delle prestazioni dei modelli e all’interpretazione dei risultati da una prospettiva ingegneristica. I metodi statistici sono illustrati e implementati nell’ambiente software open source R, mediante esempi e insiemi di dati provenienti da applicazioni di ingegneria industriale.
Gli studenti potranno sviluppare un progetto di gruppo di analisi dati basato su un caso studio industriale reale. Attraverso lezioni, attività di laboratorio e lavoro progettuale, gli studenti svilupperanno la capacità di formulare un problema statistico, selezionare e applicare metodi adeguati, valutare la qualità dei risultati e comunicare le principali conclusioni pratiche.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti acquisiranno conoscenza e capacità di comprensione dei principali principi e metodi dell’apprendimento statistico per l’analisi dei dati industriali. In particolare, gli studenti comprenderanno la distinzione tra apprendimento supervisionato e non supervisionato, la differenza tra problemi di regressione e di classificazione e il ruolo dell’accuratezza predittiva, della complessità del modello e dell’interpretabilità.
Gli studenti acquisiranno familiarità con la modellazione mediante regressione lineare, la valutazione dei modelli tramite cross-validation, la selezione delle variabili e la regolarizzazione, l’analisi delle componenti principali, il clustering e il monitoraggio statistico multivariato dei processi. Acquisiranno inoltre conoscenze introduttive sulla rappresentazione e sul monitoraggio di osservazioni funzionali, come curve, segnali e profili. Gli studenti comprenderanno le ipotesi, gli obiettivi, i vantaggi e i limiti dei metodi statistici presentati durante l’insegnamento, nonché la loro implementazione nell’ambiente software R. Le basi metodologiche e computazionali acquisite durante l’insegnamento consentiranno agli studenti di affrontare autonomamente argomenti più avanzati relativi all’apprendimento statistico, al machine learning, all’analisi multivariata dei dati e al monitoraggio statistico dei processi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti saranno in grado di organizzare, esplorare e analizzare insiemi di dati industriali e individuare il problema di apprendimento statistico più appropriato. Saranno in grado di stimare e interpretare modelli di regressione lineare, confrontare modelli alternativi mediante misure di prestazione adeguate, applicare metodi di selezione delle variabili e di regolarizzazione, e selezionare i parametri di tuning mediante validazione incrociata. Gli studenti saranno inoltre in grado di applicare l’analisi delle componenti principali e i metodi di clustering, di costruire e interpretare procedure di base per il monitoraggio multivariato dei processi e di individuare eventuali segnali fuori controllo. Saranno in grado di valutare l’adeguatezza di un metodo statistico rispetto a uno specifico problema industriale, esaminare criticamente la qualità e i limiti di un modello stimato e bilanciare accuratezza predittiva, complessità del modello e interpretabilità nella scelta tra approcci alternativi. Gli studenti saranno in grado di utilizzare l’ambiente software R per implementare i metodi statistici trattati durante l’insegnamento e tradurre i risultati statistici in conclusioni ingegneristiche significative. Saranno inoltre in grado di presentare con chiarezza i risultati di un’analisi statistica, utilizzando sintesi numeriche, rappresentazioni grafiche e terminologia tecnica appropriate, e di comunicare le principali conclusioni e implicazioni operative sia a interlocutori tecnici sia a interlocutori non specialisti. Attraverso le attività di laboratorio e l’eventuale lavoro di gruppo, gli studenti svilupperanno la capacità di collaborare efficacemente e di organizzare le principali fasi di un progetto di analisi dei dati.

• Introduzione alle tecniche di statistical learning. Presentazione e obiettivi dell’insegnamento. Apprendimento statistico e analisi dei dati industriali. Modellazione statistica a supporto delle decisioni in ambito ingegneristico. Apprendimento supervisionato e non supervisionato. Problemi di regressione e di classificazione. Accuratezza predittiva e interpretabilità dei modelli. Dati di addestramento e dati di test. Flessibilità del modello. Valutazione dell’accuratezza del modello. Trade-off bias-varianza. Introduzione all’ambiente software R.
• Modelli di regressione lineare. Richiami di regressione lineare semplice. Stima ai minimi quadrati. Interpretazione dei coefficienti di regressione. Valutazione dell’accuratezza del modello. Coefficiente di determinazione. Intervalli di confidenza e di previsione. Analisi dei residui. Regressione lineare multipla. Stima ai minimi quadrati. Interpretazione dei coefficienti di regressione. Inferenza sui singoli parametri di regressione. Significatività globale del modello di regressione. Analisi della varianza. Test parziali e modelli annidati. Coefficiente di determinazione e coefficiente di determinazione corretto. Intervalli di confidenza per la risposta media. Intervalli di previsione per osservazioni future. Residui, leverage e osservazioni influenti. Ipotesi del modello e analisi diagnostica.
• Valutazione dei modelli e validazione incrociata . Errore di addestramento ed errore di test. Complessità del modello e capacità di generalizzazione. Metodo dell’insieme di validazione. Validazione incrociata. Validazione incrociata K-fold. Validazione incrociata leave-one-out. Confronto tra modelli alternativi. Selezione dei parametri di tuning. Aspetti pratici della valutazione dei modelli.
• Selezione e regolarizzazione dei modelli lineari . Selezione del miglior sottoinsieme di variabili. Selezione stepwise in avanti e all’indietro. Criteri di selezione del modello. Scelta del modello ottimale. Motivazioni della regolarizzazione. Regressione ridge. Lasso. Interpretazione dei coefficienti di regressione regolarizzati. Selezione del parametro di tuning. Confronto tra metodi di selezione dei sottoinsiemi e metodi di shrinkage. Metodi di riduzione dimensionale per la regressione. Regressione sulle componenti principali. Regressione ai minimi quadrati parziali. Selezione del numero di componenti. Interpretazione e confronto dei metodi di riduzione dimensionale. Considerazioni relative a insiemi di dati con numerosi predittori correlati.
• Analisi delle componenti principali . Standardizzazione delle variabili. Punteggi e loadings delle componenti principali. Varianza spiegata. Selezione del numero di componenti principali. Rappresentazione grafica e interpretazione delle componenti principali. Analisi delle componenti principali come metodo di riduzione dimensionale.
• Applicazioni e attività di laboratorio . Implementazione dei metodi di apprendimento statistico mediante R. Importazione, organizzazione ed esplorazione preliminare dei dati. Analisi di insiemi di dati di ingegneria industriale. Rappresentazione grafica e interpretazione dei risultati. Confronto tra modelli statistici alternativi. Discussione di casi di studio ingegneristici. Sviluppo e presentazione facoltativi di un progetto di gruppo di analisi dei dati.

Il voto finale è determinato dalla Commissione d’esame sulla base di due componenti obbligatorie:

• una prova scritta volta a valutare la conoscenza degli aspetti teorici e metodologici trattati durante l’insegnamento e la capacità di applicare i metodi statistici a problemi numerici e di analisi di dati industriali. Gli esercizi possono richiedere calcoli, l’interpretazione di risultati grafici o numerici, la selezione di un metodo statistico appropriato oppure l’utilizzo dell’ambiente software R per ottenere o interpretare la risposta finale;
• una prova orale consistente nella discussione della prova scritta e che può comprendere ulteriori domande teoriche, problemi numerici, interpretazione di risultati statistici e quesiti relativi all’implementazione dei metodi mediante R.
  Gli studenti possono, facoltativamente, sviluppare un progetto di gruppo di analisi dei dati basato su dati reali o realistici provenienti da un caso di studio industriale. Il progetto deve comprendere un’analisi statistica appropriata, l’implementazione in R, l’interpretazione dei risultati e una presentazione finale. Il progetto facoltativo può contribuire fino a due punti aggiuntivi alla valutazione finale.
  La valutazione finale tiene conto della conoscenza e della comprensione dei metodi statistici, della capacità di selezionare metodi appropriati, della correttezza dell’analisi, della capacità di interpretare i risultati, dell’uso di un linguaggio tecnico appropriato, della chiarezza espositiva e della capacità di collegare i risultati statistici al problema industriale esaminato. La valutazione finale viene discussa e comunicata a ciascun studente.

[0] Course blackboard notes, slides and laboratory materials provided in OneNote and PDF format.
[1] James, G., Witten, D., Hastie, T. and Tibshirani, R. (2013). An Introduction to Statistical Learning: with Applications in R. Springer, New York.
[2] Montgomery, D. C., Peck, E. A. and Vining, G. G. (2021). Introduction to Linear Regression Analysis. John Wiley & Sons.
suggested/additional
[3] Johnson, R. A. and Wichern, D. W. (2007). Applied Multivariate Statistical Analysis, 6th edition. Prentice Hall, Upper Saddle River.
[4] Montgomery, D. C. (2014). Introduction to Statistical Quality Control, 7th edition. John Wiley & Sons.
[5] Palumbo, B. and Chiusano, M. L. (eds.) (2019). MOOC Industry 4.0 - Big Data e Data Analytics III. Federica Web Learning. https://landing.federica.eu/industria40/
[6] Lepore, A., Palumbo, B. and Sansone, C. Machine Learning e Data Mining in R, included in the Coursera Specialization “Data Science con Python e R”, offered by Federica Web Learning, University of Naples Federico II. https://www.coursera.org/learn/machine-learning-data-mining-con-r
[7] Hastie, T. and Tibshirani, R. (2014). Statistical Learning MOOC. https://youtube.com/playlist?list=PLOg0ngHtcqbPTlZzRHA2ocQZqB1D_qZ5V

L'obiettivo dell'insegnamento è fornire agli studenti una conoscenza approfondita delle metriche e delle tecnologie abilitanti per la transizione ecologica dei processi produttivi. Saranno trattati i principali aspetti della produzione sostenibile, analizzati i consumi energetici nei processi produttivi, analizzati i processi di remanufacturing e discussi casi industriali. L'obiettivo del corso è introdurre gli studenti al paradigma del ciclo di vita e alla produzione e remanufacturing sostenibili.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici necessari per analizzare l'impatto ambientale e la sostenibilità dei processi produttivi. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra le tecnologie produttive adottate e l'impatto ambientale associato alla produzione di un determinato prodotto. Gli studenti saranno in grado di comprendere le implicazioni ambientali dell'introduzione di nuove tecnologie e di analizzare le conseguenze, in termini di sostenibilità, delle variazioni nel processo produttivo. Gli studenti saranno in grado di definire il percorso produttivo ottimale per raggiungere una produzione sostenibile di beni, approfondiranno le tecnologie di remanufacturing e affronteranno casi industriali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di misurare l'efficienza delle risorse nei processi di produzione e di elaborare un percorso di remanufacturing efficace per i prodotti industriali.

2 CFU - FONDAMENTI
1. Introduzione ai concetti fondamentali dello Sviluppo Sostenibile nel contesto manifatturiero internazionale;
2. Valutazione delle problematiche ambientali, economiche e sociali relative alla Produzione Sostenibile;
3. Identificazione dei principali fattori di esaurimento delle risorse e delle emissioni durante il ciclo di vita dei materiali;
4. Approcci e metodologie per la valutazione dei sistemi produttivi;
4 CFU - PRODUZIONE EFFICIENTE NELL'USO DELLE RISORSE
1. Consumo energetico nelle lavorazioni meccaniche
2. Lubrificazione nelle lavorazioni meccaniche
3. Monitoraggio nelle lavorazioni meccaniche
4. Metriche per l'efficienza delle risorse
5. Strategie per una produzione efficiente nell'uso delle risorse
3 CFU - RIPRODUZIONE
1. Definizione e principi fondamentali della rigenerazione
2. Breve storia della rigenerazione
3. Tipologia di prodotti rigenerati
4. Benefici ambientali della rigenerazione
5. Le fasi della rigenerazione
6. Fattori chiave per ciascuna fase della rigenerazione

60% colloquio orale, 40% discussione del progetto

· M.P. Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Fourth Edition, Global Edition; Gershwin, Stanley B. Manufacturing Systems Engineering. Prentice Hall, 1993;
· Dornfeld D., Green Manufacturing, Springer 2013;
· Shanshan, Ong, Nee, Remanufacturing and Remanufacturability, CRC Press, 2022
· Materiale suggerito dal docente

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali della metallurgia sostenibile, con particolare attenzione alla produzione, all'impiego, alla durabilità e al riciclo dei materiali metallici secondo una prospettiva di ciclo di vita. L'insegnamento mira a sviluppare la capacità di comprendere e valutare come i processi metallurgici e le strategie di selezione, utilizzo e riciclo dei materiali influenzino la sostenibilità ambientale, l'efficienza nell'uso delle risorse e la circolarità dei prodotti metallici.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i principi fondamentali della metallurgia sostenibile e comprendere il ruolo della metallurgia nel promuovere un utilizzo più efficiente e sostenibile dei materiali metallici. Dovrà inoltre dimostrare di conoscere le principali problematiche ambientali associate alla produzione, all'impiego e al riciclo dei materiali metallici, interpretandole secondo una prospettiva di ciclo di vita. Infine, dovrà dimostrare di comprendere come i processi metallurgici e le strategie di riciclo influenzino la microstruttura, le proprietà, la durabilità e, conseguentemente, la sostenibilità dei materiali metallici..
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: connesse alla produzione, all'impiego, alla durabilità e al riciclo dei materiali metallici. Dovrà essere in grado di valutare l'influenza dei processi metallurgici, delle strategie di riciclo e delle tecniche di protezione dalla corrosione sulla sostenibilità dei materiali e dei prodotti metallici, interpretandone gli effetti in termini di prestazioni, durata in esercizio, impatto ambientale ed efficienza nell'impiego delle risorse. Sarà inoltre in grado di analizzare semplici casi di studio, individuando le soluzioni metallurgiche più appropriate per favorire la sostenibilità lungo il ciclo di vita dei materiali metallici.

Introduzione alla sostenibilità: relazione tra sviluppo sostenibile e industria metallurgica; indicatori di sostenibilità ambientale, economica e sociale; introduzione al Life Cycle Thinking (LCT).
Produzione primaria dei metalli: estrazione, produzione e impiego dei materiali metallici; impatto ambientale della produzione primaria.
Economia circolare e riciclo: principi dell'economia circolare; riciclo dei metalli; progettazione orientata al riciclo ( Design for Recycling ).
Metallurgia fisica sostenibile: impatto delle strategie di utilizzo sostenibile e di riciclo sulla microstruttura, sulla metallurgia fisica e sulle proprietà dei materiali metallici.
Durabilità e corrosione: corrosione e suo impatto sul ciclo di vita; strategie di protezione (rivestimenti e trattamenti superficiali); estensione della vita utile come strategia di sostenibilità.
Tendenze emergenti nella metallurgia sostenibile: approcci innovativi per una produzione, una trasformazione e un riciclo più sostenibili dei materiali metallici.

Dispense distribuite dal docente.

OBIETTIVI FORMATIVI Il corso fornisce conoscenze specialistiche per la saldatura di leghe
metalliche facendo riferimento alla capacità di scelta del processo tecnologico, di determinare i
campi di temperatura ed i regimi termici, di prevedere le strutture cristalline finali e controllare la
defettologia. Vengono approfonditi gli aspetti riguardanti le tecniche di automazione in saldatura.
Sono inoltre fornite le conoscenze specialistiche per definire, realizzare e caratterizzare giunzioni
con adesivi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscenza e capacità di comprensione
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito la competenza per analizzare le diverse tecnologie
di saldatura in relazione al materiale e alla geometria dei giunti. Dovrà essere in grado di
determinare i campi di temperatura e le velocità di raffreddamento per molti acciai ed individuare i
parametri per modificare la velocità di raffreddamento.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di individuare le soluzioni applicative per l’esecuzione corretta
di giunti saldati, individuando le criticità dei processi e le tecniche di controllo opportune.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di individuare le soluzioni applicative per l’esecuzione corretta
di giunti saldati, individuando le criticità dei processi e le tecniche di controllo opportune.

Richiami sui materiali metallici. Diagrammi di stato, trattamenti termici leghe ferrose e leghe. Cicli
termici. Descrizione sorgenti di calore. Flusso di calore in saldatura, regimi, modellazione del
flusso, equazione della conduzione, zone metallurgiche; temperatura max, velocità di
solidificazione del bagno di saldatura, velocità di raffreddamento nella ZTA e nelle sue vicinanze,
deformazioni termiche conseguenti alla saldatura. Effetti parametrici. Solidificazione; soluzioni,
assorbimento, flusso; reazioni metallo gas; disossidanti; sviluppo di gas; indice di porosità.
Saldatura alla fiamma: caratteristica delle fiamme, tipi di gas, tecniche di saldatura. Saldatura con
arco elettrico: arco elettrico, caratteristica interna, stabilità dell’arco, generatori di corrente,
caratteristica esterna, effetti magnetici, forze agenti, trasferimento del metallo. Saldatura laser:
sorgenti, saldatura. Saldatura per attrito e FSW. Difetti e discontinuità in saldatura: metallurgici,
cricche; difetti geometrici. Prove di caratterizzazione e di controllo. Tecniche di giunzione per
adesione. Cenni di fisica delle superfici, tensione superficiale, metodi di misura della tensione
superficiale. Metodi di preparazione superficiale per l’incollaggio. Adesivi e loro
classificazione. Tecniche di incollaggio. Caratteristiche di giunti incollati. Caratterizzazione di
giunti incollati. Automazione nella produzione ed in saldatura.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

MATERIALE DIDATTICO Appunti dalle lezioni; slides utilizzate al corso; registrazione delle
lezioni

Il corso si pone a valle della Costruzione di Macchine e della Costruzione Ferroviaria e fornisce all’allievo le nozioni fondamentali sulle metodologie per la progettazione dei principali componenti della sovrastruttura ferroviaria e del materiale rotabile. Alla parte teorica introduttiva ne segue una applicativa, durante la quale lo studente ha la possibilità di comprendere le problematiche che si affrontano nella progettazione ferroviaria e le diverse soluzione da adottare.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla progettazione e costruzione di componenti e assiemi ferroviari. Deve dimostrare di sapere elaborare modelli teorici (analitici o numerici) di strutture e/o componenti della sovrastruttura ferroviaria e del materiale rotabile. Il percorso formativo intende fornire agli studenti gli strumenti di base, normativi, teorici e applicativi, necessari per analizzare il sistema ferroviario dal punto di vista meccanico. Tali strumenti consentiranno agli studenti di definire le condizioni d’esercizio di parti meccaniche, di relazionarle ai componenti rimanenti che costituiscono l’assieme, e a procedere al loro dimensionamento e verifica in condizioni sia statiche che affaticanti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di schematizzare componenti della sovrastruttura ferroviaria e del materiale rotabile, nonché di analizzarli secondo le normative di riferimento. Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti sia metodologici che operativi necessari ad applicare le nozioni di progettazione e costruzione meccanica a componenti ed assiemi ferroviari.

La progettazione meccanica e la progettazione ferroviaria. Filosofie di progettazione in campo ferroviario. La rotaia e il binario, criteri di progettazione dell’armamento ferroviario. La lunga rotaia saldata. Il buckling termico: aspetti sperimentali, progettuali e normativi. Le giunzioni ferroviarie. Il deviatoio ferroviario. La sala montata, le sospensioni, gli ammortizzatori e le barre antirollio, criteri di progettazione e tipologie. I carrelli: carrelli portanti e motori. Indicazioni generali per la progettazione dei carrelli. Interfaccia cassa-carrello. Gli elementi esterni che condizionano la progettazione del veicolo. La struttura della cassa: telaio, fiancate e pareti di testa; esempi costruttivi. Carri merci: casse dei carri, nozioni sul carico dei carri, carichi eccezionali, traffico intermodale, merci pericolose. Organi di attacco e repulsione: criteri di progettazione degli agganci e dei respingenti. Progettazione delle prove di validazione dei modelli.

Livello di apprendimento dei concetti teorici. Capacità di progettare e dimensionare un componente o assieme ferroviario.

Appunti dalle lezioni.
F. Di Majo, “ Costruzione di materiale ferroviario ”, Levrotto &Bella, 1979
G. Bono, C. Focacci, S. Lanni, “ La sovrastruttura ferroviaria ”, CIFI, HOEPLI, 2002
R. Panagin, “ Costruzione del veicolo ferroviario” , CIFI, HOEPLI, 2006

The course aims to provide an in-depth understanding of polymer processing technologies. In particular, it examines the behavior of polymers in relation to their molecular architecture and the effects of processing conditions on the final properties of polymer products.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Students are expected to demonstrate:

• Knowledge of polymeric materials, relating their properties and intended applications to their molecular structure and processing technologies.
• Knowledge of the main processing techniques for polymeric materials.
• Understanding of the issues associated with the use of polymers in structural and functional applications.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Students are expected to be able to:
• Apply the acquired knowledge by selecting the most suitable polymer material and processing technology for a specific application.
• Identify the most appropriate experimental techniques for investigating polymer processing operations.
• Design a polymer product and select the most appropriate manufacturing process for a specific application and production scale.

Extrusion Processes (1 ECTS): analysis of the functions and modelling of the unit operations involved in extrusion processes; handling of solid particulate materials; melting; pumping; mixing; die shaping.
Injection Moulding (1 ECTS): analysis of the functions and modelling of the unit operations involved in injection moulding processes; design principles and functions of essential mould components, including the sprue, runner, and gate; flow patterns during mould filling; crystallization phenomena during moulding.
Other Processing Technologies (1 ECTS): analysis of alternative polymer processing technologies; secondary forming operations downstream of extrusion; calendering; low-productivity manufacturing techniques.
Foaming Processes (0.5 ECTS): analysis of the functions and modelling of the unit operations involved in polymer foaming; foaming using physical blowing agents; foaming using chemical blowing agents; foaming by aeration; bubble coalescence phenomena.
Thermoset Processing Technologies (1 ECTS): reaction injection moulding (RIM); pultrusion; compression moulding.
Additives in Polymer Processing (0.5 ECTS): analysis of the main classes of additives used in the polymer industry, including flame retardants, nucleating agents, antioxidants, colourants, acid scavengers, crosslinking agents, plasticizers, antistatic agents, UV stabilizers, and processing stabilizers.
Product Design and Process Selection (0.75 ECTS): fundamental criteria for selecting processing technologies according to polymer type and grade, product geometry, dimensions, performance requirements, and production scale.
Laboratory Sessions (0.25 ECTS): extrusion of thermoplastics; polyurethane foaming.

Nella prova orale si valuterà la capacità di sviluppare un progetto di caratterizzazione reologica di materiali polimerici, di selezionare materiali e tecnologie per una determinata applicazione e di progettare impianti di trasformazione di materiali polimerici.

S. Bruckner et al., Scienza e tecnologia dei materiali polimerici , EdiSES.
Z. Tadmor and C. G. Gogos, Principles of Polymer Processing , Wiley.
C. D. Han, Rheology and Processing of Polymeric Materials , Vol. 2: Polymer Processing , Oxford University Press.
Lecture notes and additional teaching material provided by the instructor.

Il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti sia la comprensione delle potenzialità e delle applicazioni delle tecnologie di lavorazione più innovative nei settori ingegneristici più avanzati, quali quello meccanico, aeronautico e navale, sia gli strumenti ingegneristici necessari alla progettazione dei processi di produzione con tali tecnologie. Si pone, inoltre, l’obiettivo di formare una figura professionale capace di poter affrontare in maniera adeguata le problematiche e gli aspetti legati al settore delle tecnologie innovative.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei materiali innovativi e delle tecnologie di fabbricazione con riferimento a materiali compositi, materiali superplastici, e materiali ottenuti con processi di tecnologia additiva. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i criteri di selezione e progettazione del materiale, le tecnologie di fabbricazione, di controllo e di caratterizzazione meccanica per l'applicazione in settori avanzati dell'ingegneria meccanica, aeronautica e navale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di analizzare i parametri essenziali dei processi di produzione in settori avanzati dell'ingegneria meccanica, aeronautica e navale. Lo studente deve saper scegliere il processo di fabbricazione più adatto per l’ottenimento di un determinato componente ed ottimizzare i parametri di processo in funzione delle caratteristiche del prodotto finale, saperne prevedere, calcolare le proprietà meccaniche elastiche e di resistenza (anche usando tecniche numeriche agli elementi finiti) e misurare le proprietà con le prove specifiche di caratterizzazione.

I materiali compositi nei settori ingegneristici avanzati: definizione, struttura, vantaggi ed applicazioni. Le fibre, le matrici, il concetto di interfase e di interfaccia, le lamine, i laminati. La micromeccanica dei materiali compositi: la legge della media, il sistema di riferimento della lamina, il legame costitutivo della lamina, matrici di rigidezza e cedevolezza. Macromeccanica dei materiali compositi, Teoria della laminazione. Criteri di resistenza. Prove di caratterizzazione meccanica dei materiali compositi: prova di trazione, prova di compressione, prova di flessione (a tre e a quattro punti), prova di taglio interlaminare, prova di taglio intralaminare. Tecnologie di
fabbricazione di parti in materiale composito: formatura a mano, formatura per taglio e spruzzo, formatura in sacco con autoclave, formatura per avvolgimento, pultrusione e stampaggio per compressione. Tipologie di difettosità di parti in materiale composito. Cenni ai controlli non distruttivi per parti in materiale composito. 5 CFU
La formatura superplastica: aspetti meccanici e tecnologie di lavorazione. Le tecnologie di stampa 3D di materiali metallici e polimerici. La tecnologia a freddo Cold Gas Dynamic Spray. Le schiume metalliche: tecnologie di produzione, vantaggi e possibili applicazioni. 2 CFU
Utilizzo di software agli elementi finiti per la previsione delle proprietà meccaniche dei laminati e dei processi di formatura. 2 CFU

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Crivelli Visconti, G. Caprino, A. Langella, Materiali Compositi, Hoepli·
S. K. Mazumdar– Composites Manufacturing, CRC Press·
R. Jones –Mechanics of Composite Materials, Taylor &Francis·
Gibson, Ian, Rosen, David W., Additive Manufacturing Technologies, Springer·
L. Carrino, G. Giuliano. La formatura Superplastica. ARACNE Editrice, 2007
Appunti delle lezioni

Rivolto primariamente agli allievi delle lauree magistrali dell’ingegneria industriale e dell’informazione, il corso si propone di fornire gli strumenti di analisi delle diverse configurazioni di propulsione elettrica e/o ibrida, a partire dalle modalità di funzionamento dei principali sottosistemi componenti e dalle problematiche connesse alla loro integrazione e gestione. È prevista acquisizione di competenze nel dimensionamento di massima degli apparati di propulsione e nella messa a punto di algoritmi di gestione dei flussi energetici a bordo veicolo .
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende innanzitutto fornire agli studenti le conoscenze delle principali configurazioni topologiche per i sistemi di propulsione elettrica/ibrida, illustrando il ruolo funzionale di ciascun sottosistema e, al contempo, fornendo gli strumenti metodologici necessari per analizzare e dimensionare un power train ibrido/elettrico. Ciò consentirà agli studenti di acquisire dimestichezza con le differenti configurazioni di propulsione e conoscere le tecnologie abilitanti che favoriscono la transizione energetica verso una mobilità a zero emissioni.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di identificare le principali architetture di power train ibrido/elettrico, conoscere le tecnologie alla base di ciascun sottosistema, essere in grado di analizzarne il funzionamento attraverso gli strumenti metodologici acquisiti e definirne i riferimenti per il controllo, suggerendo possibili strategie di power management. Il percorso formativo è accompagnato da una fase implementativa orientato a rendere operativi, anche se in ambiente simulativo, i concenti presentati così da poter applicare concretamente le conoscenze maturate.

Power train elettrici e loro classificazione : propulsione elettrica e propulsione ibrida, architetture dei principali schemi di propulsione, classificazione e analisi delle principali sorgenti energetiche impiegabili per la propulsione ibrido-elettrica, identificazione dei singoli sottosistemi che costituiscono un power train, caratteristiche esterne e vincoli di integrazione.
La mobilità elettrica nei trasporti : trasporto su ferro, trasporto navale, trasporto aereo e trasporto su gomma: configurazioni proposte.
Controllo del power train elettrico : richiami di controllo, richiami di elettrotecnica, richiami di convertitori elettronici di potenza, richiami di motori elettrici. Schema di controllo per un motore in corrente continua ad eccitazione indipendente, schema di controllo FOC per un motore sincrono trifase, schema di un controllo FOC per un motore asincrono. Strategie di controllo di coppia.
Dispositivi di accumulo dell’energia elettrica : accumulatori elettrochimici, accumulatori elettrostatici, accumulatori cinetici, celle a combustibile. Dispositivi di bilanciamento degli accumulatori elettrochimici ed elettrostatici.
La ricarica dei veicoli elettrici : tipologie di ricarica; schemi di ricarica, modi e connettori di ricarica. Stazioni di ricarica con accumulo, integrazioni con fonti rinnovabili.
Power management : criteri di gestione dei flussi di potenza, funzioni di ottimizzazione e protocolli di comunicazione su CAN BUS (CAN OPEN e J1939).
Applicazioni : Implementazione di un power train elettrico con l’impiego di Matlab-Simulink

L'esito della prova scritta non è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. La prova scritta concorre per il 20% alla valutazione finale.

Appunti del corso di Tecnologie elettriche per la mobilità disponibili sul sito docenti.

Il corso fornisce i principi fondamentali e i metodi della trasmissione del calore. Gli obiettivi del corso sono quelli di: insegnare i principi fondamentali e le leggi della trasmissione del calore e di applicare tali principi alla risoluzione di problemi pratici; di formulare i modelli necessari a studiare, analizzare e progettare le apparecchiature di scambio termico; di sviluppare la capacità di risolvere i problemi della trasmissione del calore avvalendosi dell’utilizzo di strumenti e di metodi propri di una formazione tecnica a largo spettro.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei principi fondamentali che regolano la trasmissione del calore.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper formulare, analizzare e risolvere problemi ingegneristici in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo.

Introduzione alla trasmissione del calore. Conduzione: Generalità, Regime stazionario monodimensionale, Sistemi alettati, Regime non stazionario, Esercitazioni. Metodi numerici per la conduzione termica: Regime stazionario mono e bi-dimensionale, Regime non stazionario, Esercitazioni numeriche. Irraggiamento: Generalità, Definizioni di base, Modelli di corpo nero e corpo grigio, Caratteristiche radiative delle superfici, Scambio termico radiativo. Convezione: Generalità, Equazioni di continuità, quantità di moto ed energia, Convezione naturale e forzata, Concetto di strato limite con equazioni fondamentali, Adimensionalizzazione delle equazioni e gruppi adimensionali, Flussi esterni ed interni, Regimi di moto, Correlazioni per la valutazione del coefficiente di scambio termico, Esercitazioni. Scambiatori di calore: Equazioni per la progettazione, Esercitazioni.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

R. Mastrullo, P. Mazzei; V. Naso, R. Vanoli, Fondamenti di trasmissione del calore – Volume primo, Liguori editore
O. Manca, V. Naso, Complementi di trasmissione del calore, E.DI.SU. “NA 1” editore
O. Manca, V. Naso, Applicazioni di trasmissione del calore, E.DI.SU. “NA 1” editore
Dispense del corso

Gli argomenti trattati durante il corso mirano ad analizzare il comportamento degli organi meccanici, nelle diverse condizioni di funzionamento, in relazione alle variazioni di lubrifcazione e variazione dei carichi applicati. Acquisite le cognizioni di base, si passa ad un'alisi della diagniostica predittiva delle anomalie che possono insorgere durante il funzionamento.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso mira ad illustrare i criteri per il proporzionamento degli organi meccanici e ad acquisire metodiche non tradizionali per la diagnostica predittiva di guasti meccanic
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Saranno previste esercitazioni al computer allo scopo di verificare lo stato di apprendimento.

1. La meccanica dei contatti Contatti concentrati e contatti estesi Determinazione delle aree di contatto 2. Meccanismi di usura Velocità dell’usura adesiva Usura abrasiva Velocità dell’usura abrasiva Usura Usura adesiva per fatica superficiale Usura erosiva Fretting (cenni) Usura da strisciamento Usura per fatica superficiale Usura per cavitazione Usura dei freni a disco Usura dei perni di spinta Macchine per prove d’usura 3. Attrito Attrito secco Attrito radente Attrito volvente Il fenomeno dello stick-slip Temperatura massima superficiale 4. La Metrologia degli stati superficiali Topografia superficiale Valutazione numerica della rugosità Strumenti rilevatori della rugosità Il controllo della rotondità 5. Lubrificanti Densità Viscosità Viscosimetri a capillare Comportamento della viscosità con la temperatura Legge viscosità-pressione Miscele di oli a diversa viscosità. Indice di viscosità 6. Meccanismi della lubrificazione Lubrificazione in regime limite (Boundery) Lubrificanti per lubrificazione limite Lubrificazione in regime fluidodinamico Teoria della lubrificazione idrodinamica Equazione di Reynolds Teoria della lubrificazione EHD Determinazione dello spessore minimo del film lubrificante Determinazione del coefficiente d’attrito Meccanismo di scambio termico nei contatti EHD Lubrificazione fluidostatica Classificazione degli oli motore Cuscinetti portanti lubrificati fluidodinamicamente Calcolo dello spessore minimo del film lubrificante nei cuscinetti a strisciamento Cuscinetti volventi Classificazione Modellazione Lubrificazione Per questi argomenti testo di riferimento: - “Dispense fornite dal docente” 7. Elementi di diagnostica dei sistemi meccanici complessi Spazi Topologici Spazi Vettoriali Spazio di Hilbert Funzioni ortogonali in uno spazio di Hilbert La Trasformata Wavelet Base Hilbertiana Funzioni a supporto compatto Sistemi Ortonormali La serie trigonometrica di Fourier Il sistema base di Haar La rappresentazione Wavelet Obiettivi dell’analisi multirisoluzionale Basi Wavelet Continue Teoria del Chaos Spazio delle fasi o spazio di stato (phase space) Il problema del malcondizionamento dei dati Punto fisso Esponenti di Lyapunov Metodo pratico per il calcolo di 1 Equazioni alle differenze Comportamento asintotico dei sistemi dinamici non lineari Applicazioni La trasformata di Fourier Scomposizione spettrale Filtraggio Proprietà dei coefficienti wavelet Analisi della multirisoluzione Individuare uno spike La selezione della trasformata wavelet Un esempio di mappa caotica Un indicatore di instabilità Lo spazio pre-Hilbertiano e la teoria del Chaos

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Dispense fornite dal docente e il testo : Niola V., Quaremba G. –“Elementi di dinamica non lineare dei sistemi meccanici per l’ingegneria. Dalla Trasformata Wavelet alla Teoria del Chaos.” - Liguori Editore, 2011