Sustainable Production Through Advanced Manufacturing Intelligent Automation And Work Integrated Learning

Collaboration between those working in product development and production is essential for successful product realization. The Swedish Production Academy (SPA) was founded in 2006 with the aim of driving and developing production research and higher education in Sweden, and increasing national cooperation in research and education within the area of production. This book presents the proceedings of SPS2024, the 11th Swedish Production Symposium, held from 23 to 26 April 2024 in Trollhättan, Sweden. The conference provided a platform for SPA members, as well as for professionals from industry and academia interested in production research and education from around the world, to share insights and ideas. The title and overarching theme of SPS2024 was Sustainable Production through Advanced Manufacturing, Intelligent Automation and Work Integrated Learning, and the conference emphasized stakeholder value, the societal role of industry, worker wellbeing, and environmental sustainability, in alignment with the European Commission's vision for the future of manufacturing. The 59 papers included here were accepted for publication and presentation at the symposium after a thorough review process. They are divided into 6 sections reflecting the thematic areas of the conference, which were: sustainable manufacturing, smart production and automation, digitalization for efficient product realization, circular production, industrial transformation for sustainability, and the integration of education and research. Highlighting the latest developments and advances in automation and sustainable production, the book will be of interest to all those working in the field.

Developments in AI are occurring rapidly, with new applications constantly on the increase, and one of the areas in which interesting developments are always taking place is that of intelligent equipment and special robots. This book presents papers from ICIESR 2023, the 2nd International Conference on Intelligent Equipment and Special Robots, held from 20 to 22 October 2023 in Qingdao, China. The conference series has established a platform for experts, researchers, and students working in related fields to present, exchange, and discuss the latest advances and developments, linking various branches of science and technology. It promotes innovation in, and the application of, intelligent equipment and special robots, and fosters the development of related industries, and this year’s conference brought together 180 participants. A total of 206 submissions was received for the conference, of which 185 were selected for peer review, in the course of which they were evaluated for theme, structure, method, content, language, and format. Of these, 80 papers were accepted for presentation and publication, resulting in an acceptance rate of 39%. Topics covered include intelligent detection technology, smart manufacturing, artificial intelligence, mechatronics technology, and creative and entertaining robots, among others. Providing a current overview of recent developments in the field, the book will be of interest to all those whose work relates to intelligent equipment and special robots.

Remanufacturing is an industrial process in which a core – a used, discarded, or broken product – is transformed into a product with a like-new specification and condition. However, to this date, remanufacturing activities on the market are few compared to manufacturing. There are several types of remanufacturers; the least common type is the original equipment remanufacturer, an original equipment manufacturer that not only manufactures new products but also remanufactures cores of its own products. Remanufacturing is potentially becoming a more widely used industrial process for original equipment manufacturers, and increased remanufacturing activities can positively contribute to the environment. The contribution comes from a reduction of raw material and energy consumption compared to manufacturing. Therefore, remanufacturing has the potential to decouple environmental impact from economic growth, thus contributing to more sustainable societies. However, assessing the benefits of remanufacturing does not directly correlate to growth within the remanufacturing industry. To encapsulate the environmental, social, and economic benefits of remanufacturing, manufacturers need to be aware of how remanufacturing can be initiated and implemented in practice. Therefore, the objective of this dissertation is to develop support measures for original equipment manufacturers to initiate profitable remanufacturing. This research takes a stand in case study and transdisciplinary research where the initiation of profitable remanufacturing is studied at two original equipment manufacturers. The research study developed knowledge of how remanufacturing could be incorporated into existing operations at original equipment manufacturers. In parallel, financial assessments based on cost-benefit analysis were built to measure how well the case companies could perform remanufacturing. For the case study research, seven remanufacturing scenarios were developed, ranging from centralised remanufacturing performed by the original equipment manufacturer to decentralised performed at multiple locations using a retail network. Which scenario is preferable depends on, for example, risk-consciousness, cooperation between actors, and volume targets. However, given ideal circumstances, remanufacturing in-house in a centralised scenario was shown to be the most beneficial for the investigated original equipment manufacturer since the fewer middle hands and economies of scale also potentially enable lower costs. For the transdisciplinary research, the remanufacturing initiation was business model-centric, meaning that the remanufacturing system was a consequence of a decision for a specific business model. Here, a scenario-based analysis was developed to understand under which circumstances the business model with remanufacturing was more lucrative for the provider – the original equipment manufacturer – and less costly for the users – the customers. For this, a systematic assessment approach was developed consisting of three steps: (1) provide a cost overview for each business model, (2) create scenarios by modifying the cost drivers, and (3) combine scenarios to reach synergetic effects. Based on the case study, two sets of four prerequisites for initiating remanufacturing were derived. These are divided into essential and supporting prerequisites and illustrated through a framework called the Remanufacturing Rocket. The essential prerequisites highlight fundamental requirements to perform remanufacturing. Should one of these four factors be missing, remanufacturing cannot be successfully initiated. The supporting prerequisites are valuable to enhance the effectiveness and efficiency of the process, such as through streamlined operations, organisational change, or information exchange. Hence, to reach the fullest potential of remanufacturing, both the essential and the supporting prerequisites are needed. Furthermore, the area of financial assessments was explored in a systematic literature review to identify insights for developing such assessments tailored for individual original equipment manufacturers in initiating remanufacturing. For this, six perspectives for framing financial assessments are proposed. These cover the system boundaries for the assessments as well as the individual needs and visions of original equipment manufacturers. Additionally, a framework was developed to select financial assessment models for remanufacturing initiations based on ease of use and capability to handle complex datasets. Conclusively, it is proposed to apply the prerequisites for initiating remanufacturing together with a financial assessment in an iterative manner to investigate the profitability for original equipment manufacturers to initiate remanufacturing. The essential prerequisites influence the first iteration of the financial assessment, which then contributes to refinements of how the essential prerequisites should be aligned in an economically preferable way. Once satisfactory, another iterative process could be initiated between the supporting prerequisites and the financial assessment. By using the proposed approach, the prospects of profitable remanufacturing could be thoroughly investigated before attempting to initiate a process in practice, thus reducing the number of resources spent in vain. Additionally, the iterative process was integrated into a 5-step Approach For Initiating Remanufacturing (5AFIR) to guide original equipment manufacturers towards initiating profitable remanufacturing. Refabrikation (oder Wiederaufbereitung, engl. Remanufacturing) ist ein industrieller Prozess, bei dem ein Altteil – ein gebrauchtes, ausrangiertes, verschlissenes oder defektes Produkt – gemäß den Herstellerspezifikationen in einen neuwertigen Zustand gebracht wird. Heutzutage macht Refabrikation allerdings nur einen kleinen Teil der Fertigungsindustrie aus. Verschiedene Arten von Unternehmen betreiben Refabrikation, wobei Originalgerätehersteller, sogenannte OEMs (engl. für Original Equipment Manufacturer), am seltensten sind. Solche OEMs betreiben neben Produktion auch eine Wiederaufbereitung ihrer eigenen Produkte. Refabrikation kann sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bringen und hat somit grundsätzlich hohes Marktpotential. Der geringere Rohstoff- und Energieverbrauch von Refabrikation im Vergleich zu Neuproduktion ist ein Beispiel für ökologischen Vorteil. Refabrikation ermöglicht außerdem, negative Umweltauswirkungen durch Produktion und Wirtschaftswachstum voneinander unabhängig zu machen und trägt somit zu nachhaltigem Wachstum bei. Allerdings hängt der Nutzen von Refabrikation nicht direkt mit dem Wachstum innerhalb der Refabrikationsbranche zusammen. Um die ökologischen, sozialen und ökonomischen Vorteile nutzen zu können, müssen Hersteller Kompetenz zur praktischen Umsetzung von Refabrikation aufbauen. Ziel dieser Dissertation ist daher die Entwicklung von Unterstützungsmaßnahmen und -konzepten für OEMs, die zu profitabler Refabrikation führen. Diese Arbeit basiert auf einer Fallstudie und auf transdisziplinärer Forschung, bei der die Einführung von profitabler Refabrikation bei zwei OEMs untersucht wurde. Die Fallstudie lieferte Erkenntnisse darüber, wie Refabrikation in bestehende Abläufe bei OEMs integriert werden kann. Außerdem wurden finanzielle Bewertungskriterien auf der Grundlage einer Kosten-Nutzen-Analyse erstellt, um messen zu können, wie erfolgreich die untersuchten Unternehmen Refabrikation implementieren könnten. Für die Fallstudie wurden sieben Refabrikationsszenarien entwickelt, die von zentraler Refabrikation durch das OEM bis zu dezentraler Refabrikation an mehreren Standorten durch ein Netzwerk von Niederlassungen reichen. Welches der Szenarien vorzuziehen ist, hängt beispielsweise vom Risikobewusstsein, der Zusammenarbeit der Akteure und den angestrebten Stückzahlen ab. Unter idealen Umständen erwies sich die unternehmensinterne Refabrikation mit zentralisierter Struktur als das vorteilhafteste Szenario. Für die untersuchten OEMs führten weniger Zwischenhändler und Größenvorteile zu geringeren Kosten. In der transdisziplinären Forschung dieser Dissertation wurde davon ausgegangen, dass das Refabrikationssystem aus der Entscheidung für ein bestimmtes Geschäftsmodell folgt. Basierend auf verschiedenen Szenarien wurde analysiert, unter welchen Umständen das Geschäftsmodell inklusive Refabrikation für den Anbieter (OEM) lukrativer und für die Anwender (Kunden) kostengünstiger war. Hierzu wurde ein systematisches Bewertungsschema entwickelt, das aus drei Schritten besteht: (1) Bereitstellung einer Kostenübersicht für jedes Geschäftsmodell, (2) Erstellung von Szenarien durch Modifikation der Kostentreiber und (3) Kombination von Szenarien, um Synergieeffekte zu erzielen. Anforderungen für die Einführung von Refabrikation wurden auf Basis der Fallstudie abgeleitet. Diese sind in vier essentielle und vier unterstützende Anforderungen eingeteilt und werden durch ein Modell namens Refabrikationsrakete veranschaulicht. Die essentiellen Anforderungen sind grundlegend für die Durchführung von Refabrikation. Ist eine dieser vier Anforderungen nicht erfüllt, kann Refabrikation nicht erfolgreich umgesetzt werden. Die unterstützenden Anforderungen steigern die Effektivität und Effizienz des Einführungsprozesses, beispielsweise durch optimierte Abläufe, organisatorische Änderungen oder Informationsaustausch. Um das volle Potenzial von Refabrikation auszuschöpfen, müssen sowohl die essentiellen als auch die unterstützenden Anforderungen erfüllt werden. Wirtschaftliche Bewertungskriterien wurden im Rahmen einer systematischen Literaturrecherche betrachtet. Ziel der Recherche war es, Erkenntnisse für die Entwicklung solcher Bewertungskriterien zu erlangen. Die Kriterien sollen dabei auf einzelne OEMs und die Einführung von Refabrikation zugeschnitten sein. In dieser Arbeit werden sechs Ansätze für die Entwicklung wirtschaftlicher Bewertungskriterien vorgeschlagen. Diese Ansätze behandeln sowohl Systemgrenzen für die Bewertungskriterien als auch individuelle Bedürfnisse und Ziele der OEM. Darüber hinaus wurde ein Rahmenwerk entwickelt, um wirtschaftliche Bewertungskriterien auf Basis ihrer Benutzerfreundlichkeit und ihrer Fähigkeit zur Bewältigung komplexer Datenmengen auszuwählen. Abschließend wird vorgeschlagen, die Anforderungen für die Einführung von Refabrikation zusammen mit einer wirtschaftlichen Bewertung iterativ zu prüfen, um die Rentabilität von Refabrikation für OEMs zu analysieren. Die essentiellen Anforderungen beeinflussen die erste Iterationsschleife der wirtschaftlichen Bewertung. In dieser ersten Schleife wird verfeinert, wie die Grundanforderungen wirtschaftlich sinnvoll kombiniert werden können. Es folgt eine zweite Iterationsschleife zwischen den unterstützenden Anforderungen und der finanziellen Bewertung. Mit diesem Vorgehen kann das Potential einer rentablen Refabrikation gründlich untersucht werden bevor mit der Realisierung begonnen wird. Dadurch können eventuell erfolglose Einführungsversuche vermieden und vergeblich aufgewendete Ressourcen reduziert werden. Der iterative Prozess wurde in einen 5-stufigen Modell zur Einführung von Refabrikation (5AFIR) zusammengefasst. Återtillverkning är en industriell process där en stomme – en använd, uttjänt eller trasig produkt – omformas till en produkt vars specifikation och kvalitet motsvarar nyskick. Idag utgör återtillverkning endast en liten del av den totala tillverkningsindustrin. Det finns flera typer av återtillverkare; den ovanligaste är originaltillverkande återtillverkare, det vill säga, ett tillverkande företag som även återtillverkar sina egna produkter. Genom den låga grad av återtillverkning bland originaltillverkare idag finns det utrymme för att verka för en ökning. En sådan ökning kan bidra till miljömässiga fördelar genom att mängden råmaterial och energi reduceras jämfört med nytillverkning. Det finns därför en möjlighet för återtillverkning att bidra till en frikoppling av miljömässig påverkan från ekonomisk tillväxt, vilket i sin tur bidrar till ett mer hållbart samhälle. Fast att endast värdera nyttan av återtillverkning leder inte direkt till en tillväxt inom återtillverkningsindustrin. För att omfamna de miljömässiga, sociala och ekonomiska nyttor som återtillverkning kan bidra med måste originaltillverkare vara medvetna om hur återtillverkning kan initieras och implementeras i praktiken på ett ekonomiskt lönsamt sätt. Denna doktorsavhandlings syfte är därför att utveckla stöd för originaltillverkare att initiera lönsam återtillverkning. Forskningen utgår från en fallstudie och transdisciplinär forskningsmetodik där initieringen av lönsam återtillverkning studeras vid två originaltillverkare. Den utförda forskningen utvecklade kunskap om hur återtillverkning kan integrerats i en originaltillverkares befintliga verksamhet. Parallellt med detta utvecklades ekonomiska utvärderingsmetoder för att tillhandahålla ett mått på hur väl fallföretagen skulle kunna utföra återtillverkning. För fallstudien utvecklades det sju återtillverkningsscenarion som sträcker sig från centraliserad återtillverkning, som utförs av originaltillverkaren, till decentraliserad, som utförs vid flertalet platser inom ett återförsäljarnätverk. Vilket scenario som var mest fördelaktigt berodde exempelvis på riskmedvetenhet, samarbete mellan aktörer, och tillverkningsvolym. Men givet ideala förhållanden visades det att centraliserad återtillverkning vore potentiellt mest fördelaktigt för fallföretaget, eftersom färre mellanhänder och stordriftsfördelar möjliggör lägre kostnader. För det andra fallföretagets initieringen av återtillverkning vid tillämpning av den transdisciplinära forskningsmetodiken var det ett affärsmodellsfokus, vilket innebar att återtillverkningssystemet var en konsekvens av ett beslut för en viss affärsmodell. I denna del av forskningen utvecklades en scenariobaserad analysmetod för att förstå under vilka förhållanden som affärsmodellen tillsammans med återtillverkning vore mer lukrativt för företaget – originaltillverkaren – och mindre kostsamt för användaren – kunden. För detta utvecklades en systematisk ansats för ekonomiska utvärderingar bestående av tre steg: (1) tillhandahåll en kostnadsöverblick för varje affärsmodell, (2) skapa scenarion genom att modifiera kostnadsdrivarna, och (3) kombinera scenarion för att uppnå synergieffekter. Med utgångspunkt i fallstudien utvecklades även faktorer för att forma krav för hur originaltillverkare kan initiera återtillverkning. Dessa faktorer delas upp i grundläggande och stödjande kravställningar, och de bygger tillsammans upp ett ramverk benämnt Återtillverkningsraketen. De grundläggande kravställningarna lyfter fram elementära krav vid utförandet av återtillverkning och om en av de fyra skulle saknas kan återtillverkning inte utföras på ett framgångsrikt sätt. De stödjande kravställningarna är av värde för att förbättra återtillverkningseffektiviteten genom exempelvis bekymmersfritt utförande av processer, organisationsförändringar, eller informationsutbyten. Därigenom, för att nå den fulla potentialen av återtillverkning, behövs både de grundläggande och de stödjande kravställningarna. Dessutom utforskades området för ekonomiska utvärderingsmetoder i en systematisk litteraturgenomgång för att identifiera insikter för att utveckla sådana metoder skräddarsydda för individuella originaltillverkare som initierar återtillverkning. För ändamålet föreslås sex perspektiv för att forma ekonomiska utvärderingsmetoder. Dessa täcker såväl systemgränserna för utvärderingarna som individuella behov och visioner hos originaltillverkare. För att vidare stödja företagen utvecklades ett ramverk för att välja ekonomiska utvärderingsmetoder för initieringar av återtillverkning baserat på användarvänlighet och förmåga att hantera komplexa datamängder. Slutligen föreslås det att tillämpa de framtagna kravställningarna tillsammans med ekonomisk utvärdering genom att iterativt undersöka möjligheterna för hur återtillverkning kan initieras för originaltillverkare. De grundläggande kravställningarna influerar upplägget för den första iterationen av den ekonomiska utvärderingen, vilken i sin tur nyttjas för att förfina hur de grundläggande kravställningarna kan läggas samman på ett ekonomiskt fördelaktigt sätt. När en godtagbar nivå uppnåtts kan ytterligare en iterativ process utföras mellan de stödjande kravställningarna och den ekonomiska värderingen. Genom att tillämpa det föreslagna tillvägagångssättet kan möjligheterna för återtillverkning undersökas på en detaljerad nivå innan initieringsförsök i praktiken, och såldes kan mängden slösade resurser minskas. Utöver detta integrerades det iterativa tillvägagångssättet med en 5-stegsansats för initiering av återtillverkning (5AFIR).

In Industry 4.0, industrial productions are adjusted to complete smart automation, which means introducing self-automation methods, self-configuration, self-diagnosis of problems and removal, cognition, and intelligent decision making. This implementation of Industry 4.0 brings about a change in business paradigms and production models, and this will be reflected at all levels of the production process including supply chains and will involve all workers in the production process from managers to cyber-physical systems designers and customers as end-users. The Handbook of Research on Integrating Industry 4.0 in Business and Manufacturing is an essential reference source that explores the development and integration of Industry 4.0 by examining changes and innovations to manufacturing processes as well as its applications in different industrial areas. Featuring coverage on a wide range of topics such as cyber physical systems, integration criteria, and artificial intelligence, this book is ideally designed for mechanical engineers, electrical engineers, manufacturers, supply chain managers, logistics specialists, investors, managers, policymakers, production scientists, researchers, academicians, and students at the postgraduate level.

Business innovation and industrial intelligence are paving the way for a future in which smart factories, intelligent machines, networked processes and Big Data are combined to foster industrial growth. The maturity and growth of instrumentation, monitoring and automation as key technology drivers support Industry 4.0 as a viable, competent and actionable business model. This book offers a primer, helping readers understand this paradigm shift from industry 1.0 to industry 4.0. The focus is on grasping the necessary pre-conditions, development & technological aspects that conceptually describe this transformation, along with the practices, models and real-time experience needed to achieve sustainable smart manufacturing technologies. The primary goal is to address significant questions of what, how and why in this context, such as:What is Industry 4.0?What is the current status of its implementation?What are the pillars of Industry 4.0?How can Industry 4.0 be effectively implemented?How are firms exploiting the Internet of Things (IoT), Big Data and other emerging technologies to improve their production and services?How can the implementation of Industry 4.0 be accelerated?How is Industry 4.0 changing the workplace landscape?Why is this melding of the virtual and physical world needed for smart production engineering environments?Why is smart production a game-changing new form of product design and manufacturing?

Industry 4.0 and the subsequent automation and digitalization of processes, including the tighter integration of machine-machine and human-machine intercommunication and collaboration, is adding additional complexity to future systems design and the capability to simulate, optimize, and adapt. Current solutions lack the ability to capture knowledge, techniques, and methods to create a sustainable and intelligent nerve system for enterprise systems. With the ability to innovate new designs and solutions, as well as automate processes and decision-making capabilities with heterogenous and holistic views of current and future challenges, there can be an increase in productivity and efficiency through sustainable automation. Therefore, better understandings of the underpinning knowledge and expertise of sustainable automation that can create a sustainable cycle that drives optimal automation and innovation in the field is needed Driving Innovation and Productivity Through Sustainable Automation enhances the understanding and the knowledge for the new ecosystems emerging in the Fourth Industrial Revolution. The chapters provide the knowledge and understanding of current challenges and new capabilities and solutions having been researched, developed, and applied within the industry to drive sustainable automation for innovation and productivity. This book is ideally intended for managers, executives, IT specialists, practitioners, stakeholders, researchers, academicians, and students who are interested in the current research on sustainable automation.

The manufacturing industries remain the foundation of local, regional, and global economies. Manufacturing plants operate in dynamic markets that demand upgrading with transformational technologies for maintaining profitability, competitiveness, and business sustainability. Yet most manufacturing plants currently use technologies that are no longer competitive, and industry leaders face an overwhelming array of operational challenges that require agile and enhanced transformational solutions. This book offers manufacturers effective strategies and tools for the adoption and implementation of advanced operational technologies to ensure long-term innovation, efficiency, and profitability. Covers advanced automation integration in manufacturing, including digitization, AI, machine learning, IIoT, and cybersecurity Describes innovation, development, and integration of control technologies for sustainable manufacturing Explains how to upgrade existing manufacturing plants for the global market Shows how to apply emerging technologies including asset optimization and process integration for product lifecycle improvements, plant operation and maintenance enhancement, and supply chain integration This book serves as a strategic guide to applying advanced operational technologies for engineers, industry professionals, and management in the manufacturing sector.