Design and implementation of a model for life cycle simulation and optimization of industrial equipment

The transformation of advanced industries from a resource intensive to a sustainable knowledge-based industrial environment is a focal objective of the Western countries and institutions. However, the industrial experience shows how often the engineering design process is not tackled taking into account the reality of the future product life cycle, because product developers do not have adequate tools for considering the implications of their choices from a life cycle perspective. If on the one hand Life Cycle Simulation (LCS) can be seen as a new approach for supporting designers and engineers in their work for creating optimized and sustainable solutions, on the other hand an in-depth review of the state of the art has revealed how LCS system developed so far have been specific to particular research purposes and had limited functions. This research work proposes a model to simulate and optimize life cycle costs and environmental impacts of industrial equipment: simulation is implemented by means of Discrete Event Simulation, while a genetic algorithm performs optimization. The developed model has been applied to a real case study: the Comau Short Block SDE (Small Diesel Engine) assembly line has been analyzed. Results have been validated and the model has been regarded as an interesting support tool during the early design stages.

Il processo di transizione della produzione industriale verso modelli sempre più sostenibili è uno degli obiettivi principali dei Paesi e delle Istituzioni occidentali. La pratica industriale, tuttavia, mostra come spesso la progettazione sia affrontata senza avere un'adeguata consapevolezza del futuro ciclo di vita del prodotto. Questo si deve in buona misura alla mancanza di strumenti che consentano ai progettisti di valutare quali impatti e conseguenze possano avere le loro decisioni sul futuro ciclo di vita del prodotto. Se da una parte la Life Cycle Simulation (LCS) è universalmente riconosciuta come un nuovo approccio per supportare progettisti e ingegneri durante la ricerca di soluzioni ottimizzate e sostenibili, dall’altra, a fronte di un'attenta analisi dello stato dell'arte, si può affermare che gli strumenti ad oggi sviluppati presentano funzionalità limitate. Questa tesi propone un modello per simulare e ottimizzare i costi e gli impatti ambientali di impianti industriali, tenendo in considerazione tutto il loro ciclo di vita: il modello viene implementato usando la simulazione ad eventi discreti, mentre l’ottimizzazione è realizzata con un algoritmo genetico. Come caso studio applicativo si è analizzata una linea di assemblaggio reale, la Short Block SDE (Small Diesel Engine) di Comau. I risultati sono stati validati ed il modello sviluppato è stato giudicato come un interessante supporto alle prime fasi della progettazione.