Optimization of energy efficiency in smart manufacturing through the application of cyber-physical systems and industry 4.0 technologies

Abstract

Resumo: Sustentabilidade é um tópico que vem sendo endereçado e aprimorado com as diversas oportunidades trazidas pela quarta revolução industrial, o que é uma estratégia essencial no médio e longo prazo para que as indústrias se adaptem a necessidades urgentes da sociedade como: manufatura competitiva e sustentável de bens. Nesse tema eficiência energética é um dos aspectos chave para industrias que querem alcançar um processo sustentável e de neutralidade de carbono em seus processos de produção. Esta dissertação analisa como a aplicação de tecnologias e metodologias pode melhorar substancialmente a eficiência de processos em relação ao consumo de energia. A dissertação foi dividida em uma pesquisa de três etapas, começando com: uma revisão sistemática para identificar como a manufatura inteligente e sistemas cyber-physical estão trazendo resultados para a eficiência energética dentro da manufatura; seguido por experimentos de monitoramento em tempo real e simulações do consumo de energia industrial com objetivo de reduzir o desperdício de energia e otimizar o processo. Como última etapa os resultados foram discutidos demonstrando ganhos no planejamento de produção e potenciais oportunidades de economia de energia e custos e manufatura.

Abstract: Sustainability is a topic that has been addressed and enhanced with significant improve opportunities by the fourth industrial revolution, which is an essential strategy in the medium- and long-term for industries to adapt to an urgent necessity from society: the competitive and sustainable manufacturing of goods. In that regard, energy efficiency is one of the key aspects for industries that want to achieve a sustainable and carbon neutral production process. This thesis approaches how the application of technologies and methodologies can substantially improve processes overall efficiency in terms of energy consumption. The work is divided in a three-step research, starting with: a systematic review to identify how smart manufacturing and cyber-physical systems are leveraging results in manufacturing energy efficiency; followed by experiments to make real time monitoring and simulation of industrial energy consumption to optimize processes and reduce energy waste and as a third and final step results are discussed showing gains in production planning and potential saving opportunities in manufacturing energy consumption and costs.