Production and social sustainability performances in cyber-physical production systems

Sustainability is and will be a crucial issue for the present and future generations and manufacturing, as one of the main pillars of the civilized lifestyle, is and will be strongly affected by sustainability issues. Taking into account the social importance of manufacturing in our societies, Sustainable Manufacturing can be considered as one of the most important lever for pursuing the big picture of Sustainable Development. This means that new behavioural models are needed, and manufacturing can lead this change redefining its way of being and placing sustainability at the very center of the concept (Garetti and Taisch, 2012). At the same time, manufacturing is going through an industrial revolution, based on smart devices, connectivity and embedded sensors, which is called “Industry 4.0” (Kagermann, Wahlster and Helbig, 2013). The common ground of this revolution is based on the development of Cyber-Physical Production Systems (CPPS). During the last years growing research attention has been paid both to social sustainability in manufacturing and CPPS, but many uncovered areas are still present. The identification and measurement of social aspects in manufacturing, and CPPS in particular, their interaction with production dimensions and the calculation of suitable production and social sustainability-related performance indicators are some of the main gaps (Searcy et al., 2016; Esmaeilian et al., 2016) related to the focus of this thesis. The objective of the thesis is, therefore, targeting these gaps by proposing and validating a framework, composed by tools with specific objectives, in order to provide management with an easy to integrate instrument that is able to give a comprehensive understanding on CPPS and its social sustainability aspects. The framework has been applied to the case of the Quality Control Stage in Whirlpool, with the aim of identifying, measuring and controlling the social sustainability and operative impacts of the implementation of a CPPS in the facility. By doing so, the thesis contributes to scientific knowledge and managerial practice, offering novel results that help stakeholders, such as managers and engineers, to foster social sustainability thinking for the Performance Management of CPPS, as called by several authors (e.g., Esmaeilian, Behdad and Wang, 2016; Romero, Stahre and Taisch, 2016).

La sostenibilità è e continuerà ad essere una questione fondamentale per le generazioni attuali e future, e il settore manifatturiero, essendo il pilastro dello stile di vita moderno, subirà un forte impatto dalle questioni riguardanti la sostenibilità. Considerando l’importanza sociale del settore manifatturiero all’interno della nostra società, il Manifatturiero Sostenibile può essere considerato come una delle priorità principali da affrontare per raggiungere la visione d’insieme dettata dallo sviluppo sostenibile. Questo significa che sono necessari nuovi modelli comportamentali, e il settore manifatturiero può guidare questo cambiamento andando a ridefinire il suo modo di essere ed operare e mettendo la sostenibilità al centro (Garetti and Taisch, 2012). Allo stesso tempo, il settore manifatturiero sta attraversando una rivoluzione industriale, basata su tecnologie quali dispositivi intelligenti, sensori integrati e connettività, e chiamata “Industria 4.0” (Kagermann, Wahlster and Helbig, 2013). Il punto condiviso di questa rivoluzione è l’introduzione e l’utilizzo dei Cyber-Physical Production Systems (CPPS). Durante gli ultimi anni è stata data grande attenzione da parte della ricerca a temi come la sostenibilità sociale nel manifatturiero e i CPPS, ma rimangono molte aree ancora non sviluppate. Alcune delle aree non sviluppate, coperte da questa Tesi, sono: l’identificazione e la misura di aspetti sociali nel manifatturiero, e specialmente nei CPPS; la loro interazione con la dimensione della produzione; il calcolo di indicatori di performance produttive e sociali adeguati e legati al concetto di sostenibilità (Searcy et al., 2016; Esmaeilian et al., 2016). L’obiettivo della Tesi è quindi quello di sviluppare queste aree proponendo e validando un framework, il quale sarà composto da strumenti rispondenti a specifici obiettivi, che sarà in grado di fornire ai dirigenti del manifatturiero uno strumento facile da integrare e che sia capace di creare un’estesa comprensione dei CPPS e dei loro aspetti legati alla sostenibilità sociale. Il framework è stato applicato a un caso di studio, che analizza in reparto di Controllo Statistico della Qualità a fine linea presso Whirlpool, con lo scopo di identificare, misurare e controllare gli impatti che l’implementazione di un CPPS nella fabbrica avrà sugli aspetti di produttività e sostenibilità sociale. Facendo ciò, questa tesi contribuisce alla conoscenza scientifica e alla pratica, offrendo nuovi risultati che aiuteranno gli stakeholder, come manager e ingegneri, a sviluppare un pensiero critico orientato alla sostenibilità per quello che riguarda la gestione delle performance dei Cyber Physical Production Systems (CPPS), così chiamati da diversi autori. (e.g., Esmaeilian, Behdad and Wang, 2016; Romero, Stahre and Taisch, 2016).