Circular Manufacturing Systems: Complex systems modelling and simulation for enhanced decision-making

• A transition towards circular manufacturing systems (CMS) has brought awareness of untapped economic and environmental benefits for the manufacturing industry. Despite this increased interest, the implementation of CMS is still in its infancy stage. To support the manufacturing industry in implementing CMS in practice, this research seeks to (1) explore the main characteristics of CMS and their needs for a successful implementation in the context of the manufacturing industry, and (2) develop quantitative analysis tools to support decision-making in implementing CMS with a concurrent focus on economic and environmental performance. By viewing CMS as complex adaptive systems (CAS), this research proposes to exploit complex system modelling and simulation used in the study of CAS to characterise, model, and analyse CMS. In this regard, a multi-method simulation model architecture that combines features of agent-based, discrete-event, and system dynamics modelling methods is proposed to model and simulate CMS as different abstraction levels are needed to capture the complex and dynamic interactions among the elements of the system. The resulting multi-method simulation tool aims at providing systemic quantification of CMS in terms of economic performance (e.g., lifecycle costs, lifecycle revenues, and lifecycle profits), environmental performance (e.g., lifecycle environmental impact), and technical performance (e.g., quality, quantity and timing of product return flows), and therefore, facilitates decision-making for industrial organizations implementing CMS in practice.

• En övergång till cirkulära tillverkningssystem (CMS) har skapat medvetenhet om outnyttjade ekonomiska och miljörelaterade fördelar för tillverkningsindustrin. Trots det ökade intresset är implementeringen av CMS fortfarande i sin linda. För att stödja tillverkningsindustrin med att implementera CMS i praktiken, strävar denna forskning efter att (1) utforska de viktigaste egenskaperna hos CMS och de behov som finns för att en framgångsrik implementering av CMS i tillverkningsindustrin ska kunna ske, och (2) utveckla kvantitativa analysverktyg som kan användas som beslutstöd vid implementering av CMS med samtidigt fokus på ekonomisk och miljömässig prestanda. Genom att behandla CMS som komplexa adaptiva system (CAS), föreslår denna forskning att utnyttja komplex systemmodellering och simulering som används i CAS för att karaktärisera, modellera och analysera CMS. I detta avseende föreslås en arkitektur för multimetodisk simuleringsmodell som kombinerar egenskaper från agentbaserade, diskret händelsestyrda, och systemdynamiska modelleringsmetoder för att modellera och simulera CMS. Denna kombination är nödvändig för att fånga de komplexa och ömsesidiga interaktionerna mellan delarna i systemet. Den resulterande multi-metodiska simuleringsmodellen syftar till att ge insikter om hur CMS beter sig i termer av ekonomi (t.ex. livscykelkostnader, livscykelintäkter och livscykelvinster), miljömässighet (t.ex. miljöpåverkan under livscykeln) och teknisk prestanda (t.ex. kvalitet, kvantitet och tidpunkt för produktreturflöden) och därigenom underlättar beslutsfattande för industriella organisationer som vill implementerar CMS.

Nyckelord

circular economy; circular manufacturing systems; complex adaptive systems; multi-method simulation modelling; lifecycle costing; lifecycle revenues; lifecycle environmental impact

Production Engineering

Industriell produktion

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)