Smart Sensor Monitoring in Machining of Difficult-to-cut Materials

The research activities presented in this thesis are focused on the development of smart sensor monitoring procedures applied to diverse machining processes with particular reference to the machining of difficult-to-cut materials. This work will describe the whole smart sensor monitoring procedure starting from the configuration of the multiple sensor monitoring system for each specific application and proceeding with the methodologies for sensor signal detection and analysis aimed at the extraction of signal features to feed to intelligent decision-making systems based on artificial neural networks. The final aim is to perform tool condition monitoring in advanced machining processes in terms of tool wear diagnosis and forecast, in the perspective of zero defect manufacturing and green technologies. The work has been addressed within the framework of the national MIUR PON research project CAPRI, acronym for “Carrello per atterraggio con attuazione intelligente” (Landing Gear with Intelligent Actuation), and the research project STEP FAR, acronym for “Sviluppo di materiali e Tecnologie Ecocompatibili, di Processi di Foratura, taglio e di Assemblaggio Robotizzato” (Development of eco-compatible materials and technologies for robotised drilling and assembly processes). Both projects are sponsored by DAC, the Campania Technological Aerospace District, and involve two aerospace industries, Magnaghi Aeronautica S.p.A. and Leonardo S.p.A., respectively. Due to the industrial framework in which the projects were developed and taking advantage of the support from the industrial partners, the project activities have been carried out with the aim to contribute to the scientific research in the field of machining process monitoring as well as to promote the industrial applicability of the results. The thesis was structured in order to illustrate all the methodologies, the experimental tests and the results obtained from the research activities. It begins with an introduction to “Sensor monitoring of machining processes” (Chapter 2) with particular attention to the main sensor monitoring applications and the types of sensors which are employed in machining. The key methods for advanced sensor signal processing, including the implementation of sensor fusion technology, are discussed in details as they represent the basic input for cognitive decision-making systems construction. The chapter finally presents a brief discussion on cloud-based manufacturing which will represent one of the future developments of this research work. Chapters 3 and 4 illustrate the case studies of machining process sensor monitoring investigated in the research work. Within the CAPRI project, the feasibility of the dry turning process of Ti6Al4V alloy (Chapter 3) was studied with particular attention to the optimization of the machining parameters avoiding the use of coolant fluids. Since very rapid tool wear is experienced during dry machining of Titanium alloys, the multiple sensor monitoring system was used in order to develop a methodology based on a smart system for on line tool wear detection in terms of maximum flank wear land. Within the STEP FAR project, the drilling process of carbon fibre reinforced (CFRP) composite materials was studied using diverse experimental set-ups. Regarding the tools, three different types of drill bit were employed, including traditional as well as innovative geometry ones. Concerning the investigated materials, two different types of stack configurations were employed, namely CFRP/CFRP stacks and hybrid Al/CFRP stacks. Consequently, the machining parameters for each experimental campaign were varied, and also the methods for signal analysis were changed to verify the performance of the different methodologies. Finally, for each case different neural network configurations were investigated for cognitive-based decision making. First of all, the applicability of the system was tested in order to perform tool wear diagnosis and forecast. Then, the discussion proceeds with a further aim of the research work, which is the reduction of the number of selected sensor signal features, in order to improve the performance of the cognitive decision-making system, simplify modelling and facilitate the implementation of these methodologies in a cloud manufacturing approach to tool condition monitoring. Sensor fusion methodologies were applied to the extracted and selected sensor signal features in the perspective of feature reduction with the purpose to implement these procedures for big data analytics within the Industry 4.0 framework. In conclusion, the positive impact of the proposed tool condition monitoring methodologies based on multiple sensor signal acquisition and processing is illustrated, with particular reference to the reliable assessment of tool state in order to avoid too early or too late cutting tool substitution that negatively affect machining time and cost

Genomic Structure and Promoter Analysis of the Bubalus Bubalis Leptin Gene

The buffalo is an animal ever-growing in our hemisphere, one of the major problems for the geneticimprovement of this species, concerns two reproductive aspects: the difficult heat detection and the seasonality of theoestrus cycles. The leptin plays a critical role in the regulation of reproductive and immune function in humans, it is at thecentre of the complex networks that coordinate changes in nutritional state with many diverse aspects of mammalianbiology. We have sequenced the 5' flanking region and exon 1 of the leptin gene in buffalo. The sequencing is the 'firststep' for understanding the role of various parts of the genome and is a springboard from which to decode the genome.The simple sequencing, in fact, does not provide information directly applicable to understand the mechanismsunderlying physiological and pathological processes, but represents a necessary step through which you can identify therole of different regions of DNA. However, waiting for the complete genome sequence of the buffalo, the database of thebovine genome offers the opportunity to investigate the buffalo genome in genes which are recognized to influencephysiological processes related to reproduction in other species. In this context, our research had decided to investigatethe leptin gene and particularly the regulatory area: the promoter

Hierarchical cluster analysis for pattern recognition of process conditions in die sinking EDM process monitoring

Abstract Die sinking EDM processes require continuous monitoring due to the typically severe application requirements, especially in advanced aerospace parts machining, where part quality and machining time are main concerns. As the process conditions cannot be recognized based on the behaviour of a single monitored value, it is necessary to consider a number of relevant sensor signals together. The aim of this research work is to recognize the machining conditions which lead to an improper process performance, e.g. by increasing machining time and causing unacceptable part quality, and to highlight the most relevant sensorial features. Using the Real Time Acquisition (RTAQ) module installed on an AgieCharmilles FORM P 600 sinker spark erosion machine, eight process parameters are acquired. Hierarchical cluster analysis is then applied to identify different groups of improper process conditions based on relevant features extracted from the EDM process parameters

Association between attention and heart rate fluctuations in pathological worriers

Recent data suggests that several psychopathological conditions are associated with alterations in the variability of behavioral and physiological responses. Pathological worry, defined as the cognitive representation of a potential threat, has been associated with reduced variability of heart beat oscillations (i.e., decreased heart rate variability; HRV) and lapses of attention indexed by reaction times (RTs). Clinical populations with attention deficit show RTs oscillation around 0.05 and 0.01 Hz when performing a sustained attention task. We tested the hypothesis that people who are prone to worry do it in a predictable oscillating pattern revealed through recurrent lapses in attention and concomitant oscillating HRV. Sixty healthy young adults (50% women) were recruited: 30 exceeded the clinical cut-off on the Penn State Worry Questionnaire (PSWQ; High-Worry, HW); the remaining 30 constituted the Low-Worry (LW) group. After a diagnostic assessment, participants performed two 15-min sustained attention tasks, interspersed by a standardized worry-induction procedure. RTs, HRV and moods were assessed. The analyses of the frequency spectrum showed that the HW group presents a significant higher and constant peak of RTs oscillation around 0.01 Hz (period 100 s) after the induction of worry, in comparison with their baseline and with the LW group that was not responsive to the induction procedure. Physiologically, the induction significantly reduced high-frequency HRV and such reduction was associated with levels of self-reported worry. Results are coherent with the oscillatory nature of the default mode network (DMN) and further confirm an association between cognitive rigidity and autonomic nervous system inflexibility

Effects of Chickpea in Substitution of Soybean Meal on Milk Production, Blood Profile and Reproductive Response of Primiparous Buffaloes in Early Lactation

This study aimed to evaluate the effects of the use of chickpea meal in substitution of soybean meal on plasma metabolites, reproductive response, milk yield and composition and milk coagulation traits of primiparous buffaloes in early lactation. Eighteen primiparous buffaloes were blocked by age, body weight and days in milk and equally allotted to two experimental groups from 10 to 100 days of lactation. The experimental diets consisted of the same forage integrated with two different isonitrogenous and isoenergetic concentrates containing either 210 g/kg of soybean meal or 371 g/kg chickpea. The use of chickpea meal had no negative effects on dry matter intake (p = 0.69), body condition score (p = 0.33) and milk yield (p = 0.15). Neither milk composition nor blood metabolites were influenced by dietary treatments (p > 0.05), but an increment of urea concentrations in milk (p 0.05) of the dietary treatment was highlighted on milk coagulation traits as well as buffalo reproductive responses. We concluded that soybean meal can be replaced by chickpea meal in the diet for primiparous dairy buffaloes in the early lactation period without impairing their productive and reproductive performance

Importazioni e imitazioni etrusche nel KRATÉR KÒLPOS. Mobilità artigianale, correnti di traffici e relazioni socio-politiche tra Etruschi e Greci dallo scorcio dell'Orientalizzante medio alle soglie dell'Arcaismo

La tesi di Dottorato affronta lo studio dell’area del Golfo di Napoli a partire dalla rappresentazione geo-etnico-politica di fine VII-inizi VI, così come è stata ricostruita dalla critica storico-letteraria, dalla analisi epigrafico-linguistica, dalla lettura dei dati archeologici. In quella fase, ad una paralia ellenica, che dall'attuale linea immaginaria Cuma-Ischia giunge fino alla periferia orientale di Napoli, segue una paralia indigena corrispondente all'attuale costiera sorrentina; tra questi due tratti di costa vi è una fascia intermedia, incentrata sulla foce del Sarno, e che funge da cerniera. Gli insediamenti di quest'ultima area (cioè quelli prossimi alla foce del Sarno: Pompeii e Stabiae) sono stati presi in considerazione, sebbene sia ancora aperto il problema della loro fondazione (etrusca, ellenica, ausone/opicia); essi infatti, rappresentano un punto di transito obbligatorio, in un itinerario marittimo, che mette in collegamento i due restanti tratti costieri, quello "cumano" e quello "sorrentino". Si sono enucleati 135 reperti, relativi all'Orientalizzante medio e recente, riconducibili a contesti differenti (abitato, tomba, epineion, ecc.). Nell'analisi complessiva, si è però tenuto conto anche di quei frustuli delle medesime classi in esame, di esigua grandezza, e quindi riferibili ad un indeterminabile numero di oggetti, rinvenuti negli stessi contesti. Le conclusioni del lavoro vorrebbero offrire un quadro dell’area in età orientalizzante. Per l’Orientalizzante medio, questo tipo di analisi ha permesso di ricostruire un aspetto particolare della società cumana degli anni tra 660 e 630/620: alcuni individui di differenti livelli sociali fanno ricorso a prodotti etruschi, o a prodotti legati a scambi con l’area etrusca. In alcuni casi si tratta di scelte di natura ideologica; in altri di vere e proprie preferenze, come nel caso del ricorso, in qualche sepoltura, al profumo etrusco invece dell'ellenico. Inoltre, una lettura complessiva dei dati dal centro euboico del golfo di Napoli, comparata ad alcune evidenze dell'insediamento di Capua, potrebbe far alzare la cronologia delle prime importazioni di buccheri nella Piana campana. A partire dall'Orientalizzante recente, i dati permettono di riconoscere almeno due correnti di scambi che si stabilizzano tra il centro euboico e il mondo etrusco-latino: una legata al basso corso del Tevere e una alla direttrice di traffici tra Cuma e Tarquinia. Il consolidarsi di tali rapporti favorisce il fiorire nel centro euboico e nella sua chora di una sorta di koiné artigianale etrusco-cumana; almeno una bottega dà vita a manufatti di bucchero e a contenitori di unguenti profumati etrusco-corinzi. Continuano però, in quegli stessi anni, ad essere importati manufatti dall'Etruria propria e dalla piana del Volturno e dal Picentinum. Tutto ciò va connesso con un momento di grande floridezza sociale ed economica che sta vivendo il centro euboico; di esso si coglie un riflesso nell'erezione della mura monumentali a protezione della polis sullo scorcio dell'Orientalizzante recente e nell'affermarsi accanto agli hippobotai, in questa fase, di un ceto sociale ricco, che fa ricorso ad un rito di sepoltura affine a quello dei pithecusani. La documentazione etrusca dell'isola di Pithekoussai sembra in questi anni essere un semplice riflesso delle relazioni cumane; così come quanto restituito dall'epíneion più meridionale dei cumani nel kolpos: Parthenope. Sembra, in altri termini, che il controllo dalla Literna palus (area attuale del Lago di Patria) fino al Sebeto da parte di Cuma sia alla base delle importazioni etrusche ed etruschizzanti della fascia costiera settentrionale del Golfo di Napoli. La vivacità politico-economica di Cuma di questi anni e la necessità di sostare con le navi negli scali ubicati tra la foce del Sarno e Sorrento, giungendo dal kratér kolpos o provenendo dal Golfo di Salerno, prima, o dopo, la lunga attraversata dell'attuale costiera amalfitana, favoriscono l'arrivo di mercanzie etrusche presso i suddetti scali. La distribuzione dei manufatti del Pittore Senza Graffito e dal Pittore delle Teste di Lupo documentati a Cuma e a Pompeii viene individuata come esemplificativa della distribuzione dei prodotti in questa fase. La grande concentrazione di manufatti del Pittore Senza Graffito nel porto di Gravisca e la presenza di manufatti, decorati da questo ceramografo, a Cartagine e in Sardegna (Tharros) (quindi lungo un itinerario marittimo che prosegue a Sud di Cuma), a Populonia e nell'area urbana di Massalía e a Tartessós (quindi lungo un iter che risale a nord di Gravisca), nonché la presenza lungo quest'ultimo tratto di costa, a Saint-Blaise, di una brocca decorata dal Pittore delle Teste di Lupo, permette di riconoscere l'intera direttrice di traffico in cui è incluso il golfo oggetto di studio

Growth and nutritional quality of leafy vegetables in soilless culture: effect of nutritional factors

The configuration of the two leafy vegetables: lettuce (Lactuca sativa L.) and spiny chicory (Cichorium spinosum L.) was analyzed in a multi-factorial approach accounting for the effects of cultivars, salinity sources and number of cut. Under increasing level of NaCl in the nutrient solution the yield and growth of baby lettuce decreased with more detrimental effects on the green variety. However, the overall quality of baby lettuce increased at 20 mM NaCl whereas a significant decrease of the nutritional value was recorded at 30 mM NaCl. The CaCl2 treatment adopted in the second experiment was able to increase the nutraceutical properties of baby lettuce in particular the mineral and phenolic profile along with the anitoxidant capacity without a significant decrease crop productivity. The second cut inccured a significant increase in total phenols, vitamin C and anitoxidant activities. The results of the third experiment indicate that the osmotic potential level is the dominant factor for the impact of salinity on C. spinosum, but the salinity source may also play a role. Although differences in dry biomass accumulation due to the salt species were observed only between CaCl2 and the other three salinity sources at the highest salinity level, the recorded metabolic profiles following salt stress exhibited distinct differences depending on both the level and source of salinity. Glutamate, pyroglutamate, L-proline, γ-aminobutyric acid (GABA), and sucrose were signatory metabolites enhanced by salinity stress in C. spinosum, which implies that they may be involved in intracellular osmoprotection mechanisms. For a pratical point of view, the results obtained in our research can help the growers in the crop management of these potential leafy vegetables; they can help the consumer in the knowledge of the overall quality of leafy vegetables under different preharvest factors; and they are a good basement for other researches

Importazioni e imitazioni etrusche nel KRATÉR KÒLPOS. Mobilità artigianale, correnti di traffici e relazioni socio-politiche tra Etruschi e Greci dallo scorcio dell'Orientalizzante medio alle soglie dell'Arcaismo

La tesi di Dottorato affronta lo studio dell’area del Golfo di Napoli a partire dalla rappresentazione geo-etnico-politica di fine VII-inizi VI, così come è stata ricostruita dalla critica storico-letteraria, dalla analisi epigrafico-linguistica, dalla lettura dei dati archeologici. In quella fase, ad una paralia ellenica, che dall'attuale linea immaginaria Cuma-Ischia giunge fino alla periferia orientale di Napoli, segue una paralia indigena corrispondente all'attuale costiera sorrentina; tra questi due tratti di costa vi è una fascia intermedia, incentrata sulla foce del Sarno, e che funge da cerniera. Gli insediamenti di quest'ultima area (cioè quelli prossimi alla foce del Sarno: Pompeii e Stabiae) sono stati presi in considerazione, sebbene sia ancora aperto il problema della loro fondazione (etrusca, ellenica, ausone/opicia); essi infatti, rappresentano un punto di transito obbligatorio, in un itinerario marittimo, che mette in collegamento i due restanti tratti costieri, quello "cumano" e quello "sorrentino". Si sono enucleati 135 reperti, relativi all'Orientalizzante medio e recente, riconducibili a contesti differenti (abitato, tomba, epineion, ecc.). Nell'analisi complessiva, si è però tenuto conto anche di quei frustuli delle medesime classi in esame, di esigua grandezza, e quindi riferibili ad un indeterminabile numero di oggetti, rinvenuti negli stessi contesti. Le conclusioni del lavoro vorrebbero offrire un quadro dell’area in età orientalizzante. Per l’Orientalizzante medio, questo tipo di analisi ha permesso di ricostruire un aspetto particolare della società cumana degli anni tra 660 e 630/620: alcuni individui di differenti livelli sociali fanno ricorso a prodotti etruschi, o a prodotti legati a scambi con l’area etrusca. In alcuni casi si tratta di scelte di natura ideologica; in altri di vere e proprie preferenze, come nel caso del ricorso, in qualche sepoltura, al profumo etrusco invece dell'ellenico. Inoltre, una lettura complessiva dei dati dal centro euboico del golfo di Napoli, comparata ad alcune evidenze dell'insediamento di Capua, potrebbe far alzare la cronologia delle prime importazioni di buccheri nella Piana campana. A partire dall'Orientalizzante recente, i dati permettono di riconoscere almeno due correnti di scambi che si stabilizzano tra il centro euboico e il mondo etrusco-latino: una legata al basso corso del Tevere e una alla direttrice di traffici tra Cuma e Tarquinia. Il consolidarsi di tali rapporti favorisce il fiorire nel centro euboico e nella sua chora di una sorta di koiné artigianale etrusco-cumana; almeno una bottega dà vita a manufatti di bucchero e a contenitori di unguenti profumati etrusco-corinzi. Continuano però, in quegli stessi anni, ad essere importati manufatti dall'Etruria propria e dalla piana del Volturno e dal Picentinum. Tutto ciò va connesso con un momento di grande floridezza sociale ed economica che sta vivendo il centro euboico; di esso si coglie un riflesso nell'erezione della mura monumentali a protezione della polis sullo scorcio dell'Orientalizzante recente e nell'affermarsi accanto agli hippobotai, in questa fase, di un ceto sociale ricco, che fa ricorso ad un rito di sepoltura affine a quello dei pithecusani. La documentazione etrusca dell'isola di Pithekoussai sembra in questi anni essere un semplice riflesso delle relazioni cumane; così come quanto restituito dall'epíneion più meridionale dei cumani nel kolpos: Parthenope. Sembra, in altri termini, che il controllo dalla Literna palus (area attuale del Lago di Patria) fino al Sebeto da parte di Cuma sia alla base delle importazioni etrusche ed etruschizzanti della fascia costiera settentrionale del Golfo di Napoli. La vivacità politico-economica di Cuma di questi anni e la necessità di sostare con le navi negli scali ubicati tra la foce del Sarno e Sorrento, giungendo dal kratér kolpos o provenendo dal Golfo di Salerno, prima, o dopo, la lunga attraversata dell'attuale costiera amalfitana, favoriscono l'arrivo di mercanzie etrusche presso i suddetti scali. La distribuzione dei manufatti del Pittore Senza Graffito e dal Pittore delle Teste di Lupo documentati a Cuma e a Pompeii viene individuata come esemplificativa della distribuzione dei prodotti in questa fase. La grande concentrazione di manufatti del Pittore Senza Graffito nel porto di Gravisca e la presenza di manufatti, decorati da questo ceramografo, a Cartagine e in Sardegna (Tharros) (quindi lungo un itinerario marittimo che prosegue a Sud di Cuma), a Populonia e nell'area urbana di Massalía e a Tartessós (quindi lungo un iter che risale a nord di Gravisca), nonché la presenza lungo quest'ultimo tratto di costa, a Saint-Blaise, di una brocca decorata dal Pittore delle Teste di Lupo, permette di riconoscere l'intera direttrice di traffico in cui è incluso il golfo oggetto di studio

Rainfall stochastic modeling for runoff forecasting

Rainfall fields estimation over a catchment area is an important stage in many hydrological application. In this context weather radars have several advantages since a single site is able to obtain coverage over a vast area with very high temporal and spatial resolution and the advent of weather radar systems with dual polarization capability allowed progress on radar rainfall estimation and its hydro-meteorological applications. For these applications of radar data it was necessary to remove the ground clutter contamination with an algorithm based on the backscattering signal variance of the differential reflectivity. The calibration of the GDSTM model (Gaussian Displacements Spatial-Temporal Model), a cluster stochastic generation model in continuous space and time, is presented. In this model storms arrive in a Poisson process in time with cells occurring in each storm that cluster in space and time. The model is calibrated, using data collected by the weather radar Polar 55C located in Rome, inside a square area of 132x132 km2, with the radar at the center. The GDSTM is fitted to sequences of radar images with a time interval between the PPIs scans of 5 minutes. A generalized method of moments procedure is used for parameters estimation. For the validation of the ability of the model to reproduce the internal structure of rain event a geomorphological rainfall-runoff model based on width function (WFIUH) was calibrated using data simulated and observed data. Several rainfall fields are generated with the stochastic model and then they are used as input of the WFIUH model so that the forecasted discharges can be compared to the observed ones

Remote sensing investigation techniques for the analysis of rocky slope stability in remote areas: a test from the Sierra Madre Occidental, Mexico

Direct field survey to assess slope stability in steep and remote rocky cliffs is time demanding and highly consuming in term of human and economic resources. However, evolving technologies allow remotely sensed data integrated with GIS to theoretically provide equivalent information. Here we present a case study comparison of these methods applied to the Eastern valley-side of the Chinipas River, Sierra Madre Occidental, Mexico. Results show that remote sensing procedures provides the same discontinuity sets and equivalent attitude information with respect to the data acquired during field survey