A study of the energy behaviours of a manufacturing system

The work proposed in this thesis has the aim of studying the manufacturing system from a perspective able to join the traditional productive performances assessment with the energy efficiency oriented ones. The attention toward the energy consumption in the manufacturing environment has become a theme that the firms cannot neglect and which needs to be considered in terms of trade-off among productivity and energy efficiency. From a detailed analysis of the works already present in the literature the research direction has been defined and put into practice. The main activity of the thesis has been represented by modelling each one of the entities composing the manufacturing system in terms of energy consumption, developing an approach which could allow bringing the continuous power profiles of the entities inside discrete event simulation software. In addiction a procedure for the modelling of the periphery system based on thermodynamic equations has been deployed. The thesis has been articulated following a methodology which starting from the literature review, the formulation of the research questions and the development of the simulation requirements, has flown then into the model development phase, firstly from the conceptual point of view and then from the practical point of view within the communicative model. With the support of KPIs, the approach developed and the models of the entities have been applied to a real case provided by ITIA-CNR. The work presented in this thesis constitutes a step forward the works available in the literature because it combines production discrete event simulation with the energy assessment, including also elements, in this case the compressed air system, which are not directly involved into the production processes.

Il lavoro presentato in questa tesi ha come scopo lo studio dei sistemi produttivi da un doppio punto di vista in grado di considerare al contempo i tradizionali indicatori di produttività con quelli orientati alla massimizzazione dell’efficienza energetica. Il trend che negli ultimi anni ha visto crescere l’importanza riconosciuta all’efficienza energetica in ambito manifatturiero è testimone del fatto che oggi come mai il consumo energetico non può essere trascurato dalle imprese che al contrario sono chiamate a valutare i propri risultati come un compromesso tra le tradizionali performance produttive e quelle invece orientate alla sostenibilità. Partendo da una dettagliata analisi dello stato dell’arte concernente la simulazione e la modellazione dell’efficienza energetica, la direzione della ricerca svolta in questa tesi è stata definita e attuata. La parte che maggior rilievo riveste in questa tesi è rappresentata dalla modellazione di ciascuna delle entità che compone il sistema manifatturiero, modellazione realizzata dal punto di vista del consumo energetico, sviluppando parallelamente un approccio in grado di importare i profili di potenza, continui, che caratterizzano gli elementi del sistema produttivo, in un software di simulazione ad eventi discreti. Inoltre una procedura per la modellazione dei sistemi di ausilio alla produzione è stata sviluppata sulla base di equazioni termodinamiche. La tesi è inoltre articolata secondo una metodologia che partendo dall’analisi dello stato dell’arte, dalla formulazione delle domande di ricerca e dallo sviluppo dei requisiti di simulazione, sfocia nello sviluppo del modello, in prima istanza per quel che concerne lo sviluppo concettuale per poi passare alla messa in pratica all’interno dell’ambiente di simulazione. Con il supporto di un ventaglio di indicatori, l’approccio proposto e i modelli delle singole entità che compongono il sistema produttivo sono stati applicati ad un vero caso fornito da ITIA-CNR. Il lavoro presentato da questa tesi costituisce un significativo passo in avanti rispetto allo stato dell’arte perché combina la simulazione ad eventi discreti orientata alla produzione con valutazioni di carattere energetico, includendo elementi, nella fattispecie il sistema di aria compressa, che non sono direttamente coinvolti nei processi produttivi.