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GIANLUCA D'ELIA
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: Diagnostica di Sistemi Meccatronici
Ingegneria meccatronica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
L’Insegnamento fornisce concetti e metodi fondamentali per affrontare problemi di interesse pratico relativi al monitoraggio e alla diagnostica di sistemi meccatronici a partire dalla analisi del segnale di vibrazione acquisito. Nella prima parte del Corso vengono descritte tecniche fondamentali e tecniche avanzate di analisi del segnale. Nella seconda parte del Corso vengono sviluppati programmi numerici per l'analisi delle vibrazioni a fini diagnostici. Al termine del presente Insegnamento lo Studente dovrebbe essere in grado di affrontare e risolvere autonomamente problemi complessi di diagnostica di sistemi meccatronici. Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi del Corso, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Conoscenze preliminari di analisi del segnale, meccanica delle vibrazioni e dinamica delle macchine.
Programma del corso
Teoria (circa 24 ore): Classificazione dei segnali e conversione analogico/digitale. Analisi di segnali tempo-continui, Trasformata di Fourier, Autospettro, PSD, Short-Time Fourier Transform, modulazioni di ampiezza/fase e Trasformata di Hilbert. Analisi di segnali tempo-discreti, Trasformata discreta di Fourier, Leakage, windowing e stimatori dell’autospettro e PSD.
Campionamento in base angolo, rampe di velocità e “media sincrona”. Decomposizione del flusso di energia (Ciclostazionarietà).
Diagnostica di squilibri in rotori. Diagnostica di disallineamenti in giunti. Diagnostica di difetti localizzati e distribuiti in ruote dentate. Diagnostica di difetti localizzati e distribuiti in cuscinetti.
Concetti di machine learning per la classificazione dei parametri diagnostici: inferenza bayesiana, reti neurali.
Laboratorio (circa 30 ore): Sviluppo di pseudo codici e codici in ambiente Julia per la diagnostica di macchine rotanti. In laboratorio verranno analizzati sia segnali simulati, sia segnali provenienti da trasmissioni meccaniche reali.
Questi argomenti possono essere di supporto allo svolgimento di tirocini o tesi.
Metodi didattici
Il Corso prevede lezioni teoriche integrate con esercitazioni numeriche al calcolatore. L’Insegnamento si svolge in presenza e viene erogato in lingua italiana. La frequenza a lezioni ed esercitazione è facoltativa. Il Docente riceve gli Studenti al termine di ogni lezione e su appuntamento per chiarimenti e tutoraggio personalizzato.
Testi di riferimento
Testo di riferimento:
1) Dispense utilizzate dal Docente nel corso delle lezioni frontali (rese disponibili sul canale Teams dell’Insegnamento di Diagnostica di Sistemi Meccatronici).
2) Robert B. Randall, “Vibration-based Condition Monitoring: Industrial, Aerospace and Automotive Applications”, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, West Sussex (UK), 2011.
Testi di consultazione:
3) Anders Brandt, “Noise and Vibration Analysis: Signal Analysis and Experimental Procedures”, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, West Sussex (UK), 2010.
4) Christopher M. Bishop, "Pattern Recognition and Machine Learning", Springer
5) Masashi Sugiyama, "Introduction to Statistical Machine Learning", Elsevier
Verifica dell'apprendimento
L’esame si svolgerà al termine dell’Insegnamento secondo il Calendario ufficiale degli Appelli. La prova finale si divide in due parti, una numerica e una teorica. La parte numerica riguarda lo sviluppo di uno pseudocodice o programma in ambiente Julia per la diagnostica per la diagnostica di macchine rotanti. La parte teorica verte sulla esposizione orale delle equazioni caratteristiche delle tecniche di analisi del segnale e di diagnostica implementate nel programma numerico. Il voto riportato nell’Esame è dato dalla somma dei punti ottenuti nella parte numerica e nella parte teorica. Non viene concesso durante l’Esame l’utilizzo di alcun materiale diverso dal calcolatore. L’esito dell’Esame viene comunicato allo Studente immediatamente al termine della prova stessa.
Gli indicatori di valutazione dell’Esame sono:
- Capacità di utilizzare le conoscenze (20%);
- Capacità di collegare le conoscenze (20%);
- Autonomia di giudizio e svolgimento (30%);
- Padronanza del linguaggio scientifico (10%);
- Capacità di interpretare i risultati ottenuti (20%).
Si sottolinea che le regole precedentemente illustrate si considerano applicate ad Esami svolti in presenza.
Tempi e modalità potranno variare a seguito di situazioni contingenti che costringano ad erogare Esami online.
Contest (non obbligatorio). Durante il corso sarà assegnato un caso industriale riguardante la diagnostica di un riduttore ordinario. Il Constest sarà diviso in due parti: i) diagnostica di un riduttore ordinario, ii) implementazione in ambiente Julia di tecniche avanzate di analisi delle vibrazioni. Il corretto svolgimento del compito assegnato sarà molto influente sul voto finale dell’esame. Il Contest NON È OBBLIGATORIO
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del Corso lo Studente avrà acquisito la capacità di comprendere e analizzare le tecniche principali di analisi del segnale e di diagnostica per il monitoraggio di sistemi meccatronici.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del Corso lo Studente avrà acquisito la capacità di risolvere problemi di diagnostica di sistemi meccatronici applicando le conoscenze acquisite e sviluppando programmi numerici.
Autonomia di giudizio
Al termine del Corso lo Studente avrà sviluppato la capacità di scegliere autonomamente le tecniche di analisi del segnale e di diagnostica per il monitoraggio di cuscinetti ad elementi volventi.
Abilità comunicative
Al termine del Corso lo Studente avrà sviluppato la capacità di esporre in modo chiaro, rigoroso e conciso tutti i concetti e i modelli acquisiti durante il presente percorso formativo per discutere in modo efficace le soluzioni adottabili nell’ambito del monitoraggio di sistemi meccatronici.
Capacità di apprendere
Al termine del Corso lo Studente avrà sviluppato la capacità di approfondire in modo autonomo e critico alcuni rilevanti aspetti collaterali degli argomenti proposti e di applicare le conoscenze e le capacità di comprensione apprese a sistemi meccatronici non trattati nel Corso ma collegati a quelli oggetto dell’Insegnamento.