Characterization of a magnetic levitation transport system and behaviour prediction through machine learning

The state of the art automatic machines are the results of decades of researches. In recent years, the push for new technologies in the pharmaceutical field has begun to require compliance with certain standards aiming to make these processes more efficient and safer for human health. The application of linear motors in this sector could bring great benefits since, in addition to making their structure more versatile, it would allow to significantly remove the presence of particles generated by the friction between moving bodies inside the machines. In this thesis a new and innovative magnetic levitation transport system was studied, analysing its physical behaviour and the theoretical applications in the field of automatic machines, with a focus on the pharmaceutical sector. A few load configurations through experiments have been recreated based on models already employed in the sector, with the aim of study the behaviour of the system handling such loads. A first mapping of this configurations was carried out, highlighting its strengths and weaknesses, tracing them back to the known physical model. Subsequently, a machine learning model was created to identify a possible classification based on the weight of the input variables of the transport system. The aim was to identify a hierarchy of importance among the variables, in order to simplify future tests to study the applications of the technology within automatic machines. For this reason, the proposed machine learning models are not intended to replace practical experimentation, but to provide a useful procedure to simplify the experimentation phase, in order to generate a model able to perform a preliminary analysis on the feasibility of transporting a given configuration, without the need of testing.

Negli ultimi decenni il settore delle macchine automatiche ha riscontrato una fortissima crescita, per la sua capacità di aumentare l'efficenza e la sicurezza dei processi industriali. In particolare, il settore farmaceutico ha rappresentato un terreno fertile per lo sviluppo e l'applicazione di nuove tecnologie, spinte dalle normative sempre più stringenti del settore, finalizzate al fornire un prodotto ogni anno maggiormente sicuro e controllato. L'introduzione dei motori lineari rappresenterebbe una grande innovazione per il settore, in quanto permetterebbe di abbandonare la logica classica di costruire le macchine suddividendole in comparti e di ridurre, fino a poter teoricamente eliminare completamente, l'usura per contatto dei componenti in movimento, principale causa di generazione di pulviscolo all'interno delle macchine. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare e di comprendere se tale tecnologia fosse applicabile nelle macchine automatiche, concentrandosi sui parametri che ne influiscono maggiormente la stabilità. Per poter effettuare tali studi, sono state inizialmente fatte diverse misurazioni, finalizzate alla comprensione dei limiti della tecnologia ed incentrate sull'identificazione dei parametri più critici. Successivamente si è creato un modello di classificazione, con lo scopo di evidenziare le variabili più influenti sulla stabilità del sistema e finalizzato alla previsione del comportamento della tecnologia per configurazioni non ancora testate, per poter escludere a priori quei casi di carico che non sarebbero stabili. Pertanto, lo scopo di questa tesi non è quello di sostituire la futura sperimentazione pratica di futuri casi di carico, ma quello di fornire un'importante strumento di analisi preventiva delle configurazioni da testare, con un conseguente risparmio di tempo e di risorse durante la fase di progettazione e di test.