Scheduling for sustainable manufacturing : a methodology proposal

The development of a more economically, socially, and environmentally sustainable society is one of the greatest and most urgent challenges of the 21st century. The manufacturing sector plays a key role in achieving the goals of sustainable development, at a time when the industrial revolution dictated by the new Industry 4.0 technologies is a powerful tool available to companies. In this context, there is growing attention in the academic world toward the inclusion of energy and resource management considerations in scheduling problems. With the systematic literature review carried out in this thesis, the aim is to offer an examination of the application of sustainability concepts to scheduling problems and to investigate how decision-making at the scheduling level can support the achievement of improved sustainability performance in a manufacturing system. The 52 articles found are classified in a research framework according to the machine environment adopted, the type of optimisation proposed, the performance and sustainability metrics used, and the inclusion of Industry 4.0 technologies. Among the gaps, it emerged that there are limited approaches in which several environmental sustainability metrics are taken into account simultaneously in the model. For this reason, a methodology is proposed for setting up a scheduling problem that includes an overall assessment of environmental sustainability performance. The proposed approach involves the identification of appropriate metrics dependent on scheduling decisions that are then aggregated into a single indicator to be included in the objective function of the optimisation problem.

Lo sviluppo di una società più sostenibile dal punto di vista economico, sociale e ambientale rappresenta una delle più grandi ed urgenti sfide del ventunesimo secolo. Il settore manifatturiero gioca un ruolo chiave nel raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile, in un momento in cui la rivoluzione industriale dettata dalle nuove tecnologie di industria 4.0 rappresenta un potente strumento a disposizione delle imprese. In questo contesto vi è una crescente attenzione del mondo accademico verso l’inclusione di considerazioni sulla gestione dell’energia e delle risorse in problemi di scheduling. Con l’analisi sistematica della letteratura effettuata in questa tesi si vuole offrire una disamina dell'applicazione dei concetti di sostenibilità ai problemi di scheduling e indagare come il processo decisionale a livello dello scheduling possa supportare il raggiungimento di migliori prestazioni di sostenibilità in un sistema manufatturiero. I 52 articoli trovati sono classificati in un research framework in base alla configurazione delle macchine adottata, il tipo di ottimizzazione proposto, le metriche di performance e sostenibilità utilizzate, la trattazione del tema di industria 4.0. Tra i gap è emerso che sono limitati gli approcci in cui diverse metriche di sostenibilità ambientale sono tenute in considerazione contemporaneamente nel modello. Per questo motivo è proposta una metodologia per l’impostazione di un problema di scheduling che includa una valutazione complessiva delle prestazioni di sostenibilità ambientale. L’approccio proposto prevede l’identificazione di opportune metriche dipendenti dalle decisioni di scheduling che sono poi aggregate in un unico indicatore da includere nella funzione obiettivo del problema di ottimizzazione.