Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12823
Title: Analysis, design, and development of advanced product-service systems in the era of digitalized manufacturing : a collaborative approach
Authors: Μπόλη, Νικολέτα
Keywords: Product–Service Systems (PSS)
Digital manufacturing
Advanced manufacturing systems
Customization
Servitization
Small and medium-sized enterprises (SMEs)
Complexity
Keywords (translated): Ψηφιοποιημένης βιομηχανίας
Συστήματα προϊόντος-υπηρεσίας
Μικρομεσαίες επιχειρήσεις
Abstract: A new generation of collaborative manufacturing systems where all the components are connected exploiting the Internet of Things is envisioned in the era of Digitalized Manufacturing. Industries nowadays try their best to adapt to digitalized manufacturing paradigm in order to remain competitive and to ensure their sustainability in a globalized world that undergoes a digital transformation driven by advanced technology and connected devices. Products up to now have been designed in every minimum detail to provide the best product experience. However, they are not, still, the most efficient and sustainable solutions. Solutions to fulfill our needs and not another products are mandatory. The phenomenon of manufacturers shifting their business models to add a services dimension to their product offering is widespread. Servitization has allowed manufacturers to maintain their competitive advantage in the face of competitive pressures arising from globalization, and at the same time create greater value for customers. The shift of profit margins from products to services, has transformed traditional production equipment supplier industries to providers of Product-Service Systems (PSS). PSS is a solution resulted from the synergetic integration of tangible and intangible elements coupled with supportive systems (resources and infrastructures) and heterogeneous knowledge describing stakeholders’ viewpoints. The design and planning of such a system involves a complex network of stakeholders coming from private or public Sector. More than that providing an integrated Product-Service System (PSS), as a smart solution, is increasingly offered by industrial machinery and also Energy sector strives to provide services on top of energy selling. In order to contribute to the realization of such a vision, the present thesis investigates the analysis, design, and development of advanced Product-Service Systems in the era of digitalized manufacturing following a collaborative approach. This thesis contributes in three directions. The first one is the Analysis, Design, and Development of advanced PSSs. The analyzed, designed and provided services on top of the provided products can be grouped into three categories namely: Process and health monitoring of manufacturing equipment, Remote maintenance assistance for the preventive and unscheduled maintenance of manufacturing equipment and Energy Management Services which are reflecting to three industrial cases. In particular, following the trends of the digitalized manufacturing and considering that Manufacturing, SMEs and Energy Utilities are at the first positions of the EU agenda, a Machinery Equipment Provider (Original equipment manufacturer - OEM), a Mold Making Small and medium-sized enterprise (SME) and an Energy Supplier are the three industrial cases of this thesis. The PSS “value co-creation” to improve the firm’s capabilities is established by network’s actors collaboration through the whole lifecycle. Due to this complexity, a central point is to support the development process of PSS as such the second contribution of this thesis is the analysis and design of a resource planning tool for Product-service systems production and installation supported by a procurement module as a part of collaborative PSS production. This part explores the consequent changes in production planning in order to tightly integrate products and services and as a result, delivers a Planner capable to support every PSS type. Following that, considering the PSS Complexity, the third direction is the creation of a decision making support methodology for the quantification of PSS customization complexity, considering Industry 4.0 aspects based on the fact that the design and evaluation of Product-Service Systems (PSS) constitute a challenging problem due to its multidimensionality. This challenge becomes bigger when the PSS customization is required, within the new manufacturing paradigm of Industry 4.0. Nevertheless, the literature work regarding the customization of PSS and the PSS investigation within the Industry 4.0 is rare. The proposed PSSs and tools are validated using real data from the aforementioned cases. The opportunity to follow these studies driven by real case studies under the Horizon 2020 “An Integrated Collaborative Platform for Managing the Product-Service Engineering Lifecycle” - ICP4Life project makes this work more interesting and challenging. To this end, the present thesis is divided into 9 chapters. After an introduction (Chapter 1) which examines the vision and motivations behind this work, Chapter 2 reviews the literature related to the main aspects of this study. Accordingly, Chapter 3 presents the methodology followed and also the collaborative approach of the present work. Chapter 4-7 are the core of the thesis and present the four main outcomes including the related industrial applications. In particular, a) the developed Energy Based Offered PSSs, b) the developed Manufacturing Equipment PSSs for process and health monitoring and also for Remote maintenance assistance, c) the PSS production and installation planning methodology and finally d) the Product-Service System complexity calculation methodology are presented. Accordingly, an overview of the results and a discussion of them is given in Chapter 8. Finally, Chapter 9 draws the conclusions, summarizing the main outcomes and pointing out some possible future works.
Abstract (translated): Το όραμα της Ψηφιοποιημένης Βιομηχανίας εσωκλείεται σε μια νέα γενιά συνεργατικών συστημάτων παραγωγής, όπου όλα τα επιμέρους τμήματα είναι διασυνδεμένα χάρη στο Βιομηχανικό Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IOT) και τα Ευφυή Περιβάλλοντα. Σήμερα οι βιομηχανίες προσπαθούν να προσαρμοστούν στο νέο ψηφιακό πρότυπο, προκειμένου να παραμείνουν ανταγωνιστικές και να εξασφαλίσουν τη βιωσιμότητά τους σε έναν παγκοσμιοποιημένο περιβάλλον ανταγωνιστικότητας. Όλα αυτά υπό τον ψηφιακό μετασχηματισμό που οδηγείται από προηγμένες, καινοτόμες τεχνολογίες και διασυνδεδεμένες συσκευές. Τα προϊόντα έως τώρα έχουν σχεδιαστεί με κάθε λεπτομέρεια ούτως ώστε να παρέχουν την καλύτερη δυνατή εμπειρία προϊόντος. Ωστόσο, δεν καθίστανται παραταύτα οι πιο αποτελεσματικές και βιώσιμες λύσεις. Επιτακτική είναι η ύπαρξη λύσεων ικανών για την κάλυψη των ολοένα αυξανόμενων αναγκών και όχι πρόσθετα προϊόντα. Ολοένα μεγαλύτερη είναι η τάση των βιομηχανιών προς την αλλαγή του επιχειρηματικού τους μοντέλου προς την προσθήκη μια νέας διάστασης υπηρεσιών στην προσφορά των προϊόντων τους. Η υπηρεσιοποίηση, επιτρέπει στις βιομηχανίες να διατηρήσουν και να ενισχύσουν το ανταγωνιστικό τους πλεονέκτημα και να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις που απορρέουν από το παγκοσμιοποιημένο περιβάλλον ανταγωνισμού, δημιουργώντας ταυτόχρονα μεγαλύτερη αξία για τους πελάτες τους. Η μετακίνηση των περιθωρίων κέρδους από προϊόντα σε υπηρεσίες έχει μετατρέψει τον παραδοσιακό τρόπο λειτουργίας των βιομηχανιών και των προμηθευτών εξοπλισμού παραγωγής σε παρόχους Συστημάτων Προϊόντων – Υπηρεσιών. Ένα σύστημα προϊόντος-υπηρεσίας (PSS) είναι μια λύση που απορρέει από την συνεργατική ενσωμάτωση υλικών και αύλων στοιχείων σε συνδυασμό με υποστηρικτικά συστήματα (πόρους και υποδομές). Ο σχεδιασμός και προγραμματισμός ενός τέτοιου συστήματος συνεπάγεται ένα πολύπλοκο δίκτυο ενδιαφερομένων τόσο από τον ιδιωτικό όσο και από τον δημόσιο τομέα. Αξιοσημείωτη είναι η αύξηση προσφοράς τέτοιων συστημάτων προϊόντος-υπηρεσίας ως έξυπνες λύσεις τόσο από προμηθευτές εξοπλισμού παραγωγής μέχρι και εταιρείες παροχής ενέργειας. Προκειμένου να συμβάλει στην υλοποίηση ενός τέτοιου οράματος, η παρούσα εργασία διερευνά την ανάλυση, το σχεδιασμό και την ανάπτυξη προηγμένων Συστημάτων Προϊόντος - Υπηρεσίας στην εποχή της ψηφιοποιημένης βιομηχανίας ακολουθώντας μια συνεργατική προσέγγιση. Αυτή η εργασία συμβάλλει σε τρεις κατευθύνσεις. Η πρώτη είναι η Ανάλυση, Σχεδιασμός και Ανάπτυξη προηγμένων PSS. Οι υπηρεσίες που αναλύονται, σχεδιάζονται και παρέχονται έχοντας ως βάση τα εκάστοτε παρεχόμενα προϊόντα, μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κατηγορίες: Παρακολούθηση της Υγείας του εξοπλισμού παραγωγής, Υποστήριξη Απομακρυσμένης Συντήρησης για την προληπτική και μη προγραμματισμένη συντήρηση του εξοπλισμού και Υπηρεσίες Διαχείρισης Ενέργειας. Αυτές οι κατηγορίες παρουσιάζονται σε τρεις βιομηχανικές περιπτώσεις. Συγκεκριμένα, ακολουθώντας τις τάσεις της ψηφιακής εποχής και λαμβάνοντας υπόψη ότι η Βιομηχανία, οι Μικρομεσαίες επιχειρήσεις και η Ενέργεια βρίσκονται στις πρώτες θέσεις της ατζέντας της ΕΕ, ένας Πάροχος Εξοπλισμού Μηχανημάτων (Original Equipment Manufacturer - OEM), μια Μεσαίας Επιχείρησης κατασκευής καλουπιών (ΜΜΕ) και ένας Πάροχος Ενέργειας είναι οι τρεις βιομηχανικές περιπτώσεις που παρουσιάζονται στα πλαίσια αυτής της εργασίας. Η "συν-δημιουργία αξίας" μέσω της παροχής PSS για τη βελτίωση της ανταγωνιστικότητας και της βιωσιμότητας της επιχείρησης καθορίζεται από τη συνεργασία των διάφορων εμπλεκόμενων φορέων του δικτύου καθ’ όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Λόγω αυτής της πολυπλοκότητας, ένα κεντρικό σημείο είναι η υποστήριξη της φάσης ανάπτυξης του PSS Η δεύτερη συμβολή της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση και ο σχεδιασμός ενός εργαλείου διαχείρισης πόρων για την παραγωγή και εγκατάσταση συστημάτων προϊόντων- υπηρεσίας, υποστηριζόμενου από ένα σύστημα προμηθειών ως μέρος μιας συνεργατικής παραγωγής PSS. Αυτό το τμήμα, εξετάζει τις επακόλουθες αλλαγές στον προγραμματισμό παραγωγής προκειμένου να ενσωματωθούν τα προϊόντα και τις υπηρεσίες και ως εκ τούτου, παρέχει ένα Planner ικανό να υποστηρίζει την ανάπτυξη κάθε τύπου PSS. Ακολούθως, λαμβάνοντας υπόψη την πολυπλοκότητα των συστημάτων προϊόντος-υπηρεσίας, τρίτη κατεύθυνση αποτελεί η δημιουργία μιας μεθόδου υποστήριξης της διαδικασίας λήψης αποφάσεων μέσο της ποσοτικοποίησης της πολυπλοκότητας του PSS, λαμβάνοντας υπόψη πτυχές της ψηφιοποιημένης βιομηχανίας. Τα προτεινόμενα PSSs και τα υποστηρικτικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν έχουν αξιολογηθεί με χρήση πραγματικών δεδομένων από τις προαναφερθείσες βιομηχανικές περιπτώσεις. Οι μελέτες περιπτώσεων προέρχονται από το Horizon 2020 ΕΕ πρόγραμμα ICP4Life. H παρούσα εργασία χωρίζεται σε 9 κεφάλαια. Μετά από μια εισαγωγή (Κεφάλαιο 1) που εξετάζει το όραμα και τα κίνητρα πίσω από αυτή την μελέτη, το Κεφάλαιο 2 εξετάζει τη βιβλιογραφία σχετικά με τις κύριες πτυχές αυτής της μελέτης. Ακολούθως, το Κεφάλαιο 3 παρουσιάζει τη μεθοδολογία που ακολουθείται και επίσης τη συνεργατική προσέγγιση της παρούσας εργασίας. Τα κεφάλαια 4-7 αποτελούν τον πυρήνα της εργασίας και παρουσιάζουν τα τέσσερα κύρια αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένων των αντίστοιχων πιλοτικών βιομηχανικών εφαρμογών. Συγκεκριμένα, α) τα ανεπτυγμένα Ενεργειακά PSSs, β) τα ανεπτυγμένα PSSs για την παρακολούθηση της της υγείας, καθώς και για την απομακρυσμένη συντήρηση βιομηχανικού εξοπλισμού, γ) την μεθοδολογία παραγωγής και εγκατάστασης PSSs και τέλος δ) την μεθοδολογία υπολογισμού της πολυπλοκότητας του συστήματος προϊόντος- υπηρεσίας. Έπειτα, στο Κεφάλαιο 8 δίδεται μια επισκόπηση των αποτελεσμάτων και μια συζήτηση σχετικά με αυτά. Τέλος, το Κεφάλαιο 9 συνοψίζει τα κυριότερα αποτελέσματα και επισημαίνει πιθανές μελλοντικές εργασίες.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
BOLI Nikoletta 1026342 _MSc Final.pdf11.24 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons