Pay-per-use business model for automated assembly systems

The manufacturing sector is facing major changes driven by the circular economy, environmental sustainability, product customization, and the shortening of the lifecycle of consumer products, which in turn causes a shortening of the lifecycle of the manufacturing or assembly systems. To survive in a rapidly evolving market, companies propose new solutions to their customers, which in many cases involve the transition of companies from product sellers to service providers. This thesis focuses on the possibility of implementing the pay-per-use business model in the sector of automated assembly systems. In this business model the customer uses an assembly machine without owning it and paying a fee based on the actual use of the machine. At the end of the contract, the assembly machine returns to the manufacturer who must face the problem of reconfiguring the assembly machine and therefore reusing the modules that compose it. An automated assembly machine is a highly customized product, and for this reason it’s very difficult to rent it to different customers during its lifecycle. Reconfigurability, which in turn requires a modular design of the assembly machine and the standardization of its modules, is essential to enable the rental of an assembly machine to different customers. Three pillars must be considered to analyze the feasibility of introducing the pay-per-use business model: the technical configurations of the standard modules; the definition of the quality of the returned modules; the impact of this new business model on a company’s business. The main goal of the thesis is to understand the impact of the pay-per-use model and compare it with the traditional sale. Therefore, considering the manufacturer's point of view, I developed three different simulation models on the reuse of standard modules of assembly machines, which differ in the rule that is used to manage the warehouse of returned standard modules, and a simulation model on the traditional sale. It’s possible to obtain as results the discounted margin, the annual margin, the annual inventory level, and the annual number of modules rented with the pay-per-use model. Finally, an experimental campaign was carried out to understand how different parameters and sources of variability influence the results. All these analyses were carried out by studying the real case of Cosberg, an Italian company that produces automated assembly machines.

Il settore manifatturiero si trova ad affrontare importanti cambiamenti guidati dall’economia circolare, dalla sostenibilità ambientale, dalla personalizzazione dei prodotti e dall’accorciamento del ciclo di vita dei prodotti di consumo, che a sua volta provoca un accorciamento del ciclo di vita dei sistemi di produzione o di assemblaggio. Per sopravvivere in un mercato in rapida evoluzione, le aziende propongono nuove soluzioni ai propri clienti, che in molti casi comportano la transizione delle aziende da venditori di prodotti a fornitori di servizi. Questa tesi si concentra sulla possibilità di implementare il modello di business pay-per-use nel settore dei sistemi di assemblaggio automatizzati. In questo modello di business il cliente utilizza una macchina di assemblaggio senza possederla e pagando una tariffa in base all'effettivo utilizzo della macchina. Al termine del contratto, la macchina di assemblaggio ritorna al produttore che deve affrontare il problema di riconfigurarla e quindi di riutilizzare i moduli che la compongono. Una macchina di assemblaggio è un prodotto altamente personalizzato e per questo motivo è molto difficile affittarla a clienti diversi durante il suo ciclo di vita. La riconfigurabilità, che a sua volta richiede una progettazione modulare della macchina di assemblaggio e la standardizzazione dei suoi moduli, è essenziale per consentire l’affitto di una macchina di assemblaggio a clienti diversi. Tre pilastri devono essere considerati per analizzare la fattibilità dell'introduzione del modello di business pay-per-use: le configurazioni tecniche dei moduli standard; la definizione della qualità dei moduli restituiti; l’impatto di questo nuovo modello di business sul business di un’azienda. L'obiettivo principale della tesi è comprendere l’impatto del modello pay-per-use e confrontarlo con la vendita tradizionale. Considerando quindi il punto di vista del produttore, ho sviluppato tre diversi modelli di simulazione sul riutilizzo dei moduli standard delle macchine di assemblaggio, che differiscono per la regola che viene utilizzata per gestire il magazzino dei moduli standard restituiti, e un modello di simulazione sulla vendita tradizionale. È possibile ottenere come risultati il margine attualizzato, il margine annuale, il livello annuale delle scorte e il numero annuale di moduli affittati con il modello pay-per-use. Infine, è stata condotta una campagna sperimentale per comprendere come diversi parametri e fonti di variabilità influenzino i risultati. Tutte queste analisi sono state effettuate studiando il caso reale di Cosberg, un'azienda italiana che produce macchine automatizzate per l'assemblaggio.