Assessment tool for measuring the sustainability effects of digital technologies in production systems

Digital transformation is often declared as a major driver of sustainable manufacturing, yet the influence of digital technologies on sustainability at the production level is frequently assumed but not analysed in a systematic manner. This research endeavours to fill this gap by developing and validating a causality-based sustainability assessment framework for manufacturing production systems, including a measurement tool. By establishing four distinct digital technology functional clusters, Monitoring & Visibility, Analytics & Prediction, Automation & Cyber-Physical Systems, and Human-Centric Digital Technologies, this research clearly associates each functional cluster with their corresponding environmental, economic, and social sustainability key performance indicators (KPIs) through defined enabling mechanisms. The scope of the cluster-KPI measurement relationship is confined to the extent to which causal logic can be reasonably established, thus providing analytical clarity and precluding the attribution of speculative impacts. The operationalised framework is then used to develop a measurement tool that employs before-and-after measurement logic, relative percentage changes, and threshold-based effect classifications. By not combining heterogeneous indicators into an aggregated composite score, the measurement tool produces complete transparency by providing cluster-specific and KPI-specific effect profiles, permitting structured interpretation within manufacturing production systems. The research methodology follows a design-oriented process consisting of systematic literature review, developing the sustainability assessment framework, establishing the operationalised collection of measurement variables, and empirical validation of the research findings through validation by expert interviews. The results of the validation process are reflective of the framework’s conceptual soundness, practical applicability, and feasibility while demonstrating the need for consistent classification and contextual verification when utilising the framework. This study contributes to the digital sustainability assessment literature theoretically by proposing a structured, causality-based approach to sustainability assessment and practically by providing a transparent decision support tool for practitioners to evaluate the sustainability impact of digital technologies in manufacturing production systems.

La trasformazione digitale è spesso dichiarata come uno dei principali motori della produzione sostenibile, tuttavia l'influenza delle tecnologie digitali sulla sostenibilità a livello produttivo è spesso data per scontata, ma non analizzata in modo sistematico. Questa ricerca si propone di colmare questa lacuna sviluppando e convalidando un quadro di valutazione della sostenibilità basato sulla causalità per i sistemi di produzione manifatturiera, che include uno strumento di misurazione. Definendo quattro distinti cluster funzionali di tecnologie digitali, Monitoraggio e Visibilità, Analisi e Previsione, Automazione e Sistemi Cyber-Fisici e Tecnologie Digitali incentrate sull'uomo, questa ricerca associa chiaramente ciascun cluster funzionale ai corrispondenti indicatori chiave di prestazione (KPI) di sostenibilità ambientale, economica e sociale attraverso meccanismi abilitanti definiti. L'ambito della relazione di misurazione cluster-KPI è limitato alla misura in cui è possibile stabilire ragionevolmente una logica causale, fornendo così chiarezza analitica ed escludendo l'attribuzione di impatti speculativi. Il quadro operazionalizzato viene quindi utilizzato per sviluppare uno strumento di misurazione che utilizza la logica di misurazione prima e dopo, le variazioni percentuali relative e le classificazioni degli effetti basate su soglie. Evitando di combinare indicatori eterogenei in un punteggio composito aggregato, lo strumento di misurazione garantisce una trasparenza completa, fornendo profili di effetto specifici per cluster e KPI, consentendo un'interpretazione strutturata all'interno dei sistemi di produzione manifatturiera. La metodologia di ricerca segue un processo orientato alla progettazione che consiste in una revisione sistematica della letteratura, nello sviluppo del framework di valutazione della sostenibilità, nella definizione della raccolta operativa delle variabili di misurazione e nella convalida empirica dei risultati della ricerca attraverso interviste con esperti. I risultati del processo di convalida riflettono la solidità concettuale, l'applicabilità pratica e la fattibilità del framework, dimostrando al contempo la necessità di una classificazione coerente e di una verifica contestuale durante l'utilizzo del framework. Questo studio contribuisce alla letteratura sulla valutazione della sostenibilità digitale, sia dal punto di vista teorico, proponendo un approccio strutturato e basato sulla causalità alla valutazione della sostenibilità, sia dal punto di vista pratico, fornendo uno strumento di supporto decisionale trasparente per i professionisti che desiderano valutare l'impatto delle tecnologie digitali sulla sostenibilità nei sistemi di produzione manifatturiera.