הרצאות TED – מושב א’

ד”ר סיון קלס, המחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה

תחום המחקר: הנדסה סביבתית

שותפים למחקר: מר יעקב פרץ

תקציר: המדגה הישראלי חווה קשיים כלכליים עקב תחרות עם יבוא ומחירים גבוהים של מים ומזון. בשנים האחרונות גדל ייצור תמלחות ממתקני התפלה של מי תהום. תמלחות אלה הינן מקור מים פוטנציאלי לגידול דגי איכות של מי ים. אולם, מי התמלחת מכילים ריכוזים גבוהים של סידן אשר שוקע בבריכת הדגים ומהווה בעיה תפעולית ובריאותית. המחקר עוסק בפיתוח טכנולוגיה להרחקה חלקית של הסידן ללא כימיקלים מהתמלחת של מתקן ההתפלה של כפר מסריק לצורך שימוש במדגה. התהליך כולל אוורור המים בלבד ובסופו נוצר גיר טהור יחסית. המחקר כלל בחינה של קינטיקת התהליך והשפעת הטיפול במים על דגי לברק. התוצאות הראו שהקינטיקה נשלטת בעיקר ע”י קצב האוורור וכן ע”י ריכוז חלקיקי הגיבוש. הדגים שגודלו בתמלחת המטופלת הראו קצב גידול גבוה יותר מבטיפולי הביקורת. כמו כן, תוכנן ראקטור ייחודי ופשוט להרחקת הסידן. בשנה האחרונה פועל בכפר מסריק מתקן חלוץ בספיקה של 1 מק”ש המזין בריכה בנפח 250 מ”ק המכילה כ 4000 דגי דניס.

ד”ר נעמי אונקלוס-שפיגל, המחלקה להנדסת תוכנה

תחום המחקר: מוטיבציה ומעורבות בקרב מהנדסים

שותפים למחקר: ד”ר יעל פורמן-שהרבני

תקציר: בשנים האחרונות ישנה מגמה מתגברת של שינוי רוחבי בלימודי ההנדסה, כחלק מההבנה שיש להכשיר את מהנדסי המחר לעולם העבודה החדש אשר מתהווה בעקבות המהפכה התעשייתית הרביעית. עולם זה, המכונה תעשייה 4.0, מתבסס על שינויים מהירים מאד וטכנולוגיות חדשות הצצות חדשות לבקרים, ודורש מערך של מיומנויות ליבה מהמהנדסים המשתלבים בו.
בין השאר, מדובר במערך נרחב של מיומנויות אנושיות (לדוגמא –עבודה בצוות, אמפתיה, ויסות רגשי, ועוד), כמו גם מיומנויות חשיבה (כמו חשיבה ביקורתית), אשר אינן נלמדות באופן סדיר בקורסי ההנדסה, המתבססים על תוכן.
פיתוח מיומנויות אלו בקרב הסטודנטים, דורש בנייה של תוכנית מכללתית רב שנתית, אשר מאפשרת הכשרה הדרגתית של מרצים.ות. המרצים.ות, אשר התמקדו עד כה בתוכן , נדרשים כעת ליצור סביבת לימוד המפתחת מיומנויות אלו. על מנת לסייע למרצים.ות בתהליך, נדרש תחילה לרכז את מערך המיומנויות הנדרש, ולמפות מיומנויות אלו לפעילויות אשר ניתן לשלב באופן פרקטי בשיעור. בהמשך, נדרש תהליך איטרטיבי, של מיקוד המיומנויות המתאימות לכל קורס ולכל שיעור. מיומנויות אלו ימופו לפעילויות שונות במהלך השיעור, אשר יפתחו ויחזקו את המיומנות הספציפית. נדרש מגוון רחב של פעילויות כאלו על מנת לאפשר גמישות ואוטונומיה, ולאפשר חופש אקדמי למרצים.ות בתכנון הקורס.

הרצאה זו תציג את החזון שלנו לתהליך זה, ואת הצעדים שכבר ננקטו לצורך בניית מאגר מיומנויות המקושרות לפעילויות כאלו. כמו כן יוצגו שני סיפורי מקרה של קורסים שבהם כבר שולבו מיומנויות אלו בתכני הקורס, התוצרים של שילוב זה, והתגובות המעניינות של הסטודנטים.ות והמרצה בקורס.

ד”ר נירית גביש, ראשת המחלקה להנדסת תעשייה וניהול 

תחום המחקר: ממשק אדם-מחשב

שותפים למחקר: ולרי גליזר

תקציר: בשנים האחרונות אנו נחשפים לסוג חדש של עולמות שבהם אנו מתנהלים, חלק מעולמות אלו וירטואלי לגמרי, וחלק מערב אלמנטים מהעולם האמיתי בתוך עולם וירטואלי, או להיפך – אלמנטים וירטואליים בתוך העולם האמיתי. הנוכחות בעולמות וירטואליים מאפשרת לאדם לחוות תחושות שלא קיימות בעולם האמיתי. לדוגמה: הוא יכול להיות נוכח בכמה מקומות באותו זמן; הגוף הפיסי שלו יכול להשתנות לגוף של גיבור-על, למשל; חוקי הפיזיקה, כמו כוח המשיכה או אי-האפשרות לעבור דרך קירות יכולים שלא להתקיים; אלמנטים מוחשיים יכולים להיות וירטואליים, ומצד שני אלמנטים וירטואליים כגון רגשות יכולים להיות מוחשיים; הזמן יכול להיות מואץ או מואט; וכיו”ב. חוויות אלו גורמות לשינויים בהתנהלותו של האדם גם בעולם האמיתי. השינויים יכולים להיות באופן שבו הוא תופס דברים, בקבלת ההחלטות שלו, בכישוריו הבין-אישיים וביכולות שלו. בהרצאה אציג מספר מחקרים שלי ושל אחרים בתחום החדש והמרתק הזה.

ד”ר חוסיין נסראלדין, ראש התוכנית לתואר שני המחלקה להנדסת תעשייה וניהול

תחום המחקר: תעשייה 4.0, תאום דיגיטלי

שותפים למחקר: ד”ר אבי וייס, מיכאל בינדמן (תואר שני, מכונות)

תקציר: ייעול תהליכים בעולם התעשייה חשוב כדי להפחית את עלויות הייצור ולהגדיל את התפוקה, ובה בעת כדי לשפר את איכות המוצרים. אך המורכבות של מערכות הייצור הולכת וגדלה ולכן נדרשים כלים מתקדמים. תאום דיגיטלי הוא העתק של המערכת הפיזית שמחקה את הדינמיקה שלה. המערכת הפיזית והמערכת הווירטואלית מחוברות דרך חיישנים ואקטואטורים. נתונים שנאספים מהחיישנים מתעדכנים במודל הווירטואלי ולהיפך.

שימוש בטכנולוגיות מתקדמות כמו תאום דיגיטלי מאפשרים מעקב בזמן אמת אחר תהליך הייצור ותיקון או שיפור התהליך. בנוסף, על גבי התאום הדיגיטלי ניתן להריץ תרחישים שונים במודל הממוחשב של “קו הייצור” ללא הפרעה לקו הייצור הפעיל, ולבחור את התרחיש הטוב ביותר לאחר ביצוע אופטימיזציה.

בחברת TDK-Lambda, הוחלט לתכנן רובוט הברגה אשר ישולב בתחנת ההברגה של רכיבים על גבי צלעות קירור. הידוק הבורג במומנט הנכון משפיע על איכות המוצר. רובוט הברגה שולב בתחנה ויהווה כלי עזר לעובד בפעולת ההברגה, ישפר את איכות ההברגה וצפוי למנוע שחיקה של עובדים. בעבודה פותח תאום דיגיטלי לתחנת הברגה רובוטית בסביבה של MATLAB Simscape Multibody. כמו כן, הוצגו מספר מנגנונים עיקריים: מנגנון לייעול תהליך, מנגנון התראה, מנגנון זיהוי ומנגנון ניבוי כשל. בנוסף, הוצגו מספר תרחישים שונים לכל מנגנון.

התוצאות מראות שניתן לייצר התראה על: בורג בארוך שונה מהתקן, בורג עם תבריג פגום, זיהוי תקלות במתקן שמחזיק את הרכיב שגרם לכיפוף רגלי הרכיב החשמלי וכשל עתידי כתוצאה משחיקה של המברג. מסקנות העבודה מראות ששימוש בתאום דיגיטלי של תחנת הברגה הרובוטית יכול לשפר את איכות המוצרים, לנבא כשל עתידי ובה בעת לחסוך בעלויות הייצור.

ד”ר חגי כתריאל, המחלקה למתמטיקה שימושית

תחום המחקר: אקולוגיה מתמטית

תקציר:

Theoretical population ecology uses mathematical models in order to understand the mechanisms which govern the dynamics of populations of organisms. Exploring how the dispersal of organisms interacts with environmental heterogeneity, both spatial and temporal, to determine population growth, is a central theme in ecological theory, with important implications for environmental management and conservation. Much work has been devoted to studying models of populations of a species inhabiting distinct areas (“patches”), coupled by dispersal among them.

Dispersal-induced growth (DIG) is a surprising phenomenon that has been identified by theoretical ecologists, and has also been experimentally verified. DIG occurs when several populations inhabiting distinct patches, with time-varying growth rates, each of which, when isolated, would become extinct, are able to persist and grow exponentially when dispersal among the patches is present. This work provides a mathematical exploration of this surprising phenomenon, in the context of a deterministic model with periodic variation of growth rates, and characterizes the factors which are important in generating the DIG effect, and the corresponding conditions on the parameters involved. It is shown that for the DIG effect to occur, the frequency of the periodic environmental variations must be sufficiently small, and the rate of dispersal among patches must be neither too small nor too large. The mathematical results are based on the study of linear systems of differential equations with periodic coefficients (Floquet theory) and new results that have been obtained in this field in recent years.

ד”ר זכריה פרנקל, המחלקה להנדסת תוכנה

תחום המחקר: Bioinformatics

שותפים למחקר: ולרי גליזר

תקציר:

פרופ’ ולדמיר טורצקי, המחלקה למתמטיקה שימושית

תחום המחקר: בקרה רובוסטית

שותפים למחקר: ולרי גליזר

תקציר: העבודה שייכת לתחום בקרה רובוסטית ומשחקים דיפרנציאליים. הבעיה מהווה את המודל המתמטי לבעיות מעולם האמתי – בהנחיית טילים, ברובוטיקה ובתחומים אחרים. בניסוח מתמטי של הבעיה צריך להעביר את המערכת המתוארת על ידי משוואה דיפרנציאלית ליניארית מנקודה התחלתית הנתונה לקבוצת מתרה במשך זמן נתון. מניחים בנוסף לבקרה, על המערכת פועלת גם ההפרעה לא ידועה. גם הבקרה וגם ההפרעה הן חסומות בגודלן. העברה צריכה להיות רובוסטית, כלומר צריך לתכנן את הבקר כך שהוא יעביר את המערכת לקבוצת מתרה נגד הפרעה חסומה שרירותית. הפתרון מתקבל על ידי ניסוח הבעיה כמשחק דיפרנציאלי (במשחק מניחים שההפרעה היא “חכמה” ויכולה לפעול באופן הכי גרוע). פתרון המשחק כוללת שלושה רכיבים: האסטרטגיות האופטימליות של שני השחקנים והערך האופטימלי למרחק מקבוצת המתרה בסוף המשחק (ערך המשחק). אם ערך המשחק שווה לאפס, הבקרה האופטימלית במשחק פותרת גם את הבעיה המקורית. בפתרון המשחק הנקודה העקרונית היא בניית קבוצות סינגולריות עם ערך המשחק האפסי. התרומה המרכזית של העבודה הזאת היא אלגוריתם רקורסיבי לבניית קבוצות סינגולריות. דוגמה מתחום הנחיית טילים מראה את היעילות והרובוסטיות של הפתרון. 

פרופ’ ג’ורג’ ברגר, המחלקה לפיזיקה

תחום המחקר: פיזיקה

שותפים למחקר: 

תקציר: 

Due to thermal agitation, every resistor is also a source of fluctuating voltage. This effect was explained quantitatively by Nyquist in 1928. Nevertheless, Nyqist’s arguments don’t tell us what is the physical agent that produces this voltage. The accepted scenario is that this voltage is due to motion of the ions in the resistor itself; we argue that this voltage is induced by the electromagnetic field in the entire circuit. We propose an experiment to determine which is the correct scenario. If the scenario we propose is the correct one, we could take advantage of it to reduce the noise in measurements.

ד”ר איציק יפרח, המחלקה להנדסת מכונות 

תחום המחקר: חיזוי כוחות וטמפרטורה בשיבוב (בכרסום) במתכות

תקציר: 

Most of the energy of machining that passes from the cutting tool to the raw material is transformed to heat. The heat transfer from the cutting zone depends on the thermal properties of the raw material and on its configuration. Excess heat that is generated during cutting raw material may distort and damage the raw material and wear the cutting tool and limit its life. Control over the temperature at the cutting surface zone is therefore desired, based on the type of raw materials, cutting tool geometry, cutting conditions. Measurement of temperature in the cutting zone during routine operation is not practicable. A numeric analytical program was therefore developed for predicting the temperature at the cutting zone and its distribution along the cutting tool, based on measured power of cutting and some parameters and thermal properties of the raw material and cutting tool. Temperature measurement is required for validation and calibration of the analytic program. The cutting experiments were performed using a CNC vertical milling machine. The measurement of temperature in the experiments along the cutting tool was performed using a pyrometer that measured the temperature at several measurement points along the cutting tool. The measurement of temperature in the raw material was performed using some thermocouples on the upper surface. A good match was found between the results of the experiments and the temperature distribution along the cutting tools. Future research objective is to develop (finite element method) for predicting temperature and forces in cutting zone.

ד”ר זאב וולקוביץ, המחלקה להנדסת תוכנה

תחום המחקר: Machine Learning

שותפים למחקר: 

תקציר: