Development of a circular business model through Industry 4.0 technologies

The aim of this work is to develop a business model focused on the implementation of Circular Economy. In doing so, the authors have conducted a systematic literature review on Circular Economy, Industry 4.0 and on the relationship between these two topics. The analysis of Circular Economy has been further developed through a detailed comparison with the previous economic paradigms and by following the 6R’s model: Reduce, Reuse, Recycle, Recover, Redesign and Remanufacture. While the analysis of Industry 4.0 has been carried out by investigating the differences with Industry 3.0 and by focusing on the relevant technologies that characterize the fourth industrial revolution: CPS, Digital Twin, Advanced Human-machine Interface, Advanced Automation, Additive Manufacturing, Cloud Manufacturing, Advanced Analytics and IoT. Subsequently, an extensive analysis of the link between Circular Economy and Industry 4.0 have been performed. The second part of the work is based on the analysis of existing gaps in literature as well as business and the development of a circular business model based on the technologies mentioned. Taking as reference the 6R’s model, the authors have focused on: Reduce, Redesign, Recycling and Remanufacturing. Regarding the use of the technologies of Industry 4.0, the authors have exploited mainly Cloud Manufacturing and Additive Manufacturing. The framework is supported by a quantitative analysis of the economic and environmental impacts that results in the definition of a MOILP. In conclusion, the model has been validated in a real business context. The focus of the authors has been on the discrete manufacturing Industry.

Lo scopo di questo lavoro è sviluppare un modello di business incentrato sull’implementazione dell’Economia Circolare. Nel fare ciò, gli autori hanno condotto una revisione sistematica della letteratura su Economia Circolare, Industria 4.0 e sulla relazione tra questi due argomenti. L'analisi dell'Economia circolare è stata ulteriormente sviluppata attraverso un confronto dettagliato con i precedenti paradigmi economici e seguendo il modello 6R: Riduzione, Riutilizzo, Riciclo, Ripristino, Riprogettazione e Rigenerazione. Mentre l'analisi di Industria 4.0 è stata condotta studiando le differenze con l’Industria 3.0 e concentrandosi sulle tecnologie rilevanti che caratterizzano la quarta rivoluzione industriale: CPS, Digital Twin, Advanced Human-machine Interface, Advanced Automation, Additive Manufacturing, Cloud Manufacturing, Advanced Analytics ed IoT. Successivamente, è stata eseguita un'analisi approfondita del collegamento tra Economia Circolare ed Industria 4.0. La seconda parte del lavoro si basa sull'analisi dei gap esistenti nella letteratura, così come nel business e sullo sviluppo di un modello di business circolare basato sulle tecnologie menzionate. Prendendo come riferimento il modello della 6R, gli autori si sono concentrati su: Riduzione, Riprogettazione, Riciclaggio e Rigenerazione. Per quanto riguarda l'uso delle tecnologie dell'Industria 4.0, gli autori hanno sfruttato principalmente Cloud Manufacturing ed Additive Manufacturing. Il modello è supportato da un'analisi quantitativa degli impatti economici ed ambientali la quale porta alla definizione di un Problema di programmazione Lineare Intera Multi-Obiettivo. In conclusione, il modello è stato validato in un contesto aziendale reale. Il focus degli autori è stato sull'industria manifatturiera discreta.