Development of an automatic sizing methodology for an industrial sterilization machine

The advances in industrial automation applications are improving manufacturing companies considerably, as they provide a higher efficiency and an optimized production mode. This thesis presents the development of an automatic sizing methodology, from a structural point of view, intended for sterilization machines of an industrial manufacturing company. The work aims to automate the process of determining the optimal sterilization machine configuration in order to satisfy the needs of each customer. At first, some properties and principles of moist-heat sterilization are introduced and the main categories of autoclaves are described. Subsequently, a literature evaluation of existing dimensioning approaches is performed after which the purpose and methodology of the work is presented. A detailed description of the problem is carried out to define the data, the parameters and the constraints that describe the system, in order to define the sizing procedure. For this purpose, a graphical user interface has been designed and programmed, through the use of MATLAB and App Designer. Two sizing methodologies have been analyzed: in the first one, an automatic sizing process has been performed by taking into account the structural constraints related to the cassettes and the trolleys of the sterilization machine; in the second methodology a relaxation of the constraints has been evaluated, therefore additional degrees of freedom have been added in the automatic sizing procedure.The input data entered by the user are processed by the sizing algorithm which establishes the possible solutions and the optimal configuration of the machine and displays them through the user interface. The results obtained demonstrate that the developed algorithm made it possible to automate and speed up the company’s sizing process, thus making it more efficient. A comparison is made between the two sizing procedures, and the possibility of obtaining an optimized sizing, by relaxing the constraints, is shown. Thus, in the case of the less constrained sizing, it is possible to obtain further advantageous results, as it allows a better use of the available spaces while respecting at the same time the imposed weight limits. Concluding, considerations are made on the possibility of integrating an automatic generation of the machine drawings through the use of the Inventor and Microsoft Excel. Finally, it is proposed as a perspective for future work, the possibility of expanding the present sizing technique to the other existing types of sterilization machines manufactured by the company.

Sviluppo di una metodologia di dimensionamento automatico per una macchina di sterilizzazione industriale. I progressi nelle applicazioni di automazione industriale stanno migliorando notevolmente le aziende manifatturiere, poiché forniscono una maggiore efficienza e una modalità di produzione ottimizzata. Questa tesi presenta lo sviluppo di una metodologia di dimensionamento automatico, dal punto di vista strutturale, destinata alle macchine di sterilizzazione di un’azienda manifatturiera industriale. Il lavoro mira ad automatizzare il processo di determinazione della configurazione ottimale della macchina al fine di soddisfare le esigenze di ogni cliente. Inizialmente vengono introdotte alcune proprietà e principi della sterilizzazione a calore umido e vengono descritte le principali categorie di autoclavi. Successivamente, viene eseguita una valutazione in letteratura degli approcci di dimensionamento esistenti, dopodiché vengono presentati lo scopo e la metodologia del lavoro. Si effettua una descrizione dettagliata del problema per definire i dati, i parametri ed i vincoli che descrivono il sistema, al fine di definire la procedura di dimensionamento. A tale scopo è stata progettata e programmata un’interfaccia utente grafica, attraverso l’utilizzo di MATLAB e App Designer. Sono state analizzate due metodologie di dimensionamento: nella prima è stato eseguito un processo di dimensionamento automatico tenendo conto dei vincoli strutturali relativi alle cassette e ai carrelli della macchina di sterilizzazione; nella seconda metodologia è stato valutato un allentamento dei vincoli, pertanto sono stati aggiunti ulteriori gradi di libertà nella procedura di dimensionamento automatico.I dati di input inseriti dall’utente vengono elaborati dall’algoritmo di dimensionamento che stabilisce le possibili soluzioni e la configurazione ottimale la macchina e li visualizza attraverso l’interfaccia utente. I risultati ottenuti dimostrano che l’algoritmo sviluppato ha permesso di automatizzare e velocizzare il processo di dimensionamento dell’azienda, rendendolo così più efficiente. Viene effettuato un confronto tra le due procedure di dimensionamento e viene mostrata la possibilità di ottenere un dimensionamento ottimizzato allentando i vincoli. In questo modo, nel caso del dimensionamento meno vincolato, è possibile ottenere ulteriori risultati vantaggiosi, in quanto consente un migliore utilizzo degli spazi disponibili rispettando allo stesso tempo i limiti di peso imposti. In conclusione, si considera la possibilità di integrare una generazione automatica dei disegni della macchina attraverso l’utilizzo di Inventor e Microsoft Excel. Infine, si propone come prospettiva di lavoro futuro, la possibilità di ampliare l’attuale tecnica di dimensionamento alle altre tipologie esistenti di macchine di sterilizzazione prodotte dall’azienda.