Energy management in the era of Industry 4.0 : analysis of the enabling effects of digitalization on the implementation of energy management practices in Swedish manufacturing companies

Due to the increasingly stringent energy efficiency regulations, manufacturing companies are facing challenges in reducing their energy consumption and improving their Energy Management strategies. Many are the opportunities offered in this field by novel Industry 4.0 technologies and services. Based on a thorough literature review, this study aims to identify the Industry 4.0 solutions applied in the manufacturing context, describe their common uses and scopes, and define the impacts on the energy management strategies of companies towards the assessment of their enabling effects on a set of Energy Management Practices. Once identified the main I4.0 technologies, such as the Internet of Things, Cyber-physical systems, Cybersecurity, Big Data Analysis, Cloud and Edge computing, Blockchain, Simulation, Virtual Reality and Augmented Reality, Additive Manufacturing, and Autonomous Robots, a novel definition and layout of the Smart Factory are proposed based on the typical uses of the I4.0 tools and services. In this context, the technologies are categorized according to their common scopes and applications, and for each category several Dimensions of Impacts are identified. After that, the effects of the Dimensions of Impact on a defined set of Energy Management Practices are analysed, thus finalizing the investigation model. The last step of the work consists of an on-field validation performed through semi-structured interviews in Swedish manufacturing and I4.0 service provider companies. The validation allowed to confirm or discard the model findings and to assess the actual level of digitalization in companies. The most adopted technologies in Swedish industries are mostly related to data collection, analysis, and visualization; the main improved features of the smart production systems are awareness, connectivity and integration, and visualization; and the most enabled energy management practices are technology and operation ones, followed by energy-performance, engineering, and staff related practices. The findings of the study could help organizations to better understand the importance of digital and smart technologies in manufacturing, allowing them to enhance their investments in digitalization strategies and interventions. Furthermore, additional information on how to reduce energy consumption in manufacturing could be gained.

A causa delle normative sempre più severe sull'efficienza energetica, le aziende manifatturiere sono chiamate ad affrontare nuove sfide per ridurre il consumo di energia e migliorare le strategie di Energy Management. Molte sono le opportunità offerte in questo campo dalle nuove tecnologie e servizi dell'Industria 4.0. Sulla base di un'approfondita revisione della letteratura, questo studio mira a identificare le tecnologie e i servizi dell'Industria 4.0 applicati nel contesto manifatturiero, a descrivere i loro usi e scopi, e a definire gli impatti sulle strategie di gestione energetica al fine di individuare gli effetti abilitanti su un set di pratiche di gestione energetica. Una volta identificate le principali tecnologie I4.0, come l'Internet of Things, i sistemi Cyber-fisici, la Cybersecurity, l'analisi dei Big Data, il Cloud e l'Edge computing, la Blockchain, la Simulazione, la Realtà Virtuale e la Realtà Aumentata, l'Additive Manufacturing e i Robot Autonomi, vengono proposti una nuova definizione e un nuovo layout della Smart Factory basato sugli usi tipici delle soluzioni di I4.0. In questo contesto, le tecnologie sono categorizzate secondo i loro scopi e applicazioni, e per ogni categoria vengono identificate diverse Dimensioni di Impatto. In seguito, si analizza l'effetto delle Dimensioni di Impatto su un insieme definito di Pratiche di Gestione dell'Energia, finalizzando così il modello di indagine. L'ultima fase del lavoro consiste in una valutazione sul campo eseguita mediante interviste semi-strutturate in aziende manifatturiere e fornitori di servizi I4.0 svedesi. La validazione ha permesso di confermare o scartare i risultati del modello e di valutare il livello reale di digitalizzazione nelle aziende. Le tecnologie più adottate nelle industrie svedesi sono per lo più legate alla raccolta dei dati, all'analisi e alla visualizzazione; le principali capacità che contraddistinguono tali sistemi di produzione intelligenti sono la consapevolezza, la connettività e l'integrazione, e la visualizzazione legati all’analisi di dati; e tali soluzioni influenzano maggiormente le pratiche di gestione energetica tecnologica e operativa, ma anche le pratiche relative al rendimento energetico, all'ingegneria e al personale. I risultati del presente studio potrebbero aiutare le aziende a comprendere meglio l'importanza delle tecnologie digitali e intelligenti nelle attività manufatturiere, permettendo loro di implementare e gestire gli investimenti in strategie e interventi di digitalizzazione. Inoltre, le imprese potrebbero ottenere ulteriori informazioni su come ridurre il consumo di energia.