Από τις έξυπνες συσκευές στις έξυπνες κατασκευές: ο ανασχεδιασμός επιχειρησιακών λειτουργιών μέσω της τεχνολογίας του 3D printing (προσθετική κατασκευή)

Abstract

Technological development has pushed businesses to produce new products and services while using strategies that will give them a competitive advantage. The development of technology creates new needs in the demand for products and services, products with a shorter life cycle and consumers who increasingly seek customized products and services that will be designed specifically for their needs. The production of these products is based on the existence of resources and the recording of production processes. The basic tripartite "Design - Manufacture - Sale" of products is being reshaped and creates the research framework for the adoption of these new technological products and services as well as the changes brought about by the digital era in the production processes. The purpose of this PhD thesis is to study and redesign the production process of digital products and services that are developed in today's era of information and communication technologies, smart products-devices and 3D printed products, which are produced through smart manufacturing. The aim is to record their development, to determine the changes they bring to the production process and to economic and social relations, as well as to investigate the acceptance of these technological products by customers. In this research, we determine the factors that influence the adoption of the new technological applications by Internet users. A model for predicting consumer behavior regarding the use of smart devices and the types of services provided is developed, while one more component is added to the technology acceptance model (TAM), which describes the intensity of the use of smart devices (Smart Intense of Use). Next, we study the adoption of 3D printing technology by individuals for personal use. It presents the way in which consumers are aware of the technology and identifies the factors that influence someone's behavior to use 3D printers as well as the awareness (socially and economically) that this innovation offers to society. Changes in the value chain and the value system of 3D printed products are then studied, and a network of additive manufacturing processes, with multiple entities and connections between entities, is presented. The proposed network includes all natural and non-natural stakeholders (customers, additive manufacturing industries) and presents all phases of this network. The proposed network applies to the initiatives developed by 3D printing industries and hobbyists against the COVID-19 pandemic. The above initiatives are studied in terms of work structure, cost and product performance. Following, we determine the cost of 3D printed items. The study focuses on the cost of setting up a "small smart factory", the 3D printing factory and the cost of solid production. Marginal production cost and total manufacturing cost (investment cost, operating cost, energy cost) are studied while production speed and quality of printed products are investigated in relation to the characteristics of 3D printers. Finally, a linear model is developed in order to minimize the cost of producing a printed product after determining the parameters affecting the price of the product. The problem is formulated through a mixed integer linear programming (MILP) model.

Η τεχνολογική ανάπτυξη ώθησε τις επιχειρήσεις στην παραγωγή νέων προϊόντων και υπηρεσιών, αναζητώντας στρατηγικές που θα τους προσφέρουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας δημιουργεί νέες ανάγκες στη ζήτηση προϊόντων και υπηρεσιών, προϊόντα με μικρότερο κύκλο ζωής και καταναλωτές που ολοένα και επιδιώκουν εξατομικευμένα προϊόντα και υπηρεσίες που θα σχεδιαστούν ειδικά για τις ανάγκες τους. Η παραγωγή αυτών των προϊόντων βασίζεται στην ύπαρξη πόρων και στην καταγραφή διαδικασιών παραγωγής. Το βασικό τρίπτυχο «Σχεδιασμός - Κατασκευή - Πώληση» προϊόντων αναδιαμορφώνεται, αλλάζει περιεχόμενο αλλά και μορφή και δημιουργεί το πλαίσιο έρευνας για την υιοθέτηση των νέων τεχνολογικά προϊόντων και υπηρεσιών αλλά και τις αλλαγές που επιφέρει η ψηφιακή εποχή στις παραγωγικές διαδικασίες. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και ο ανασχεδιασμός της παραγωγικής διαδικασίας των ψηφιακών προϊόντων και υπηρεσιών που αναπτύσσονται στη σημερινή εποχή των τεχνολογιών πληροφοριών και επικοινωνιών, των έξυπνων προϊόντων-συσκευών και των τρισδιάστατα εκτυπωμένων προϊόντων, τα οποία παράγονται μέσω της έξυπνης κατασκευής. Στόχος είναι η καταγραφή του τρόπου ανάπτυξής τους, ο προσδιορισμός των αλλαγών που φέρνουν στην παραγωγική διαδικασία και στις οικονομικές και κοινωνικές σχέσεις, όπως και η διερεύνηση της αποδοχής των εν λόγω τεχνολογικών προϊόντων από τους καταναλωτές. Στην παρούσα έρευνα προσδιορίζονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την υιοθέτηση ή μη των νέων τεχνολογικών εφαρμογών από τους χρήστες του Διαδικτύου. Αναπτύσσεται ένα μοντέλο πρόβλεψης της συμπεριφοράς των καταναλωτών σχετικά με τη χρήση έξυπνων συσκευών και τις παρεχόμενες μορφές εξυπηρέτησης, ενώ στο μοντέλο τεχνολογικής αποδοχής (ΤΑΜ) προσθέτεται μία ακόμη συνιστώσα, η οποία περιγράφει την ένταση της χρήσης των έξυπνων συσκευών (Smart Intense of Use). Ακολούθως μελετάται η υιοθέτηση της τεχνολογίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης από τους ιδιώτες για προσωπική χρήση. Παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο οι καταναλωτές συνειδητοποιούν την εν λόγω τεχνολογία και προσδιορίζονται οι παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά κάποιου να χρησιμοποιεί ή όχι τους τρισδιάστατους εκτυπωτές αλλά και η ευαισθητοποίηση (κοινωνικά και οικονομικά) που η καινοτομία αυτή προσφέρει στην κοινωνία. Στη συνέχεια μελετώνται οι αλλαγές στην αλυσίδα αξίας και στο σύστημα αξίας των τρισδιάστατα εκτυπωμένων προϊόντων και παρουσιάζεται ένα δίκτυο διεργασιών προσθετικής κατασκευής, με πολλαπλές οντότητες και συνδέσεις μεταξύ οντοτήτων. Το προτεινόμενο δίκτυο περιλαμβάνει όλους τους φυσικούς και μη φυσικούς ενδιαφερόμενους φορείς (πελάτες, βιομηχανίες προσθετικής κατασκευής) και παρουσιάζει όλες τις φάσεις αυτού του δικτύου. Το προτεινόμενο δίκτυο εφαρμόζεται στις πρωτοβουλίες που αναπτύχθηκαν από τους πάροχους και ιδιώτες τρισδιάστατων εκτυπωτών κατά της πανδημίας COVID-19. Οι ανωτέρω πρωτοβουλίες μελετώνται ως προς τη δομή των εργασιών, το κόστος και την απόδοση των προϊόντων. Ακολούθως, προσδιορίζεται το κόστος κατασκευής των τυπωμένων αντικειμένων. Η μελέτη επικεντρώνεται στο κόστος εγκατάστασης «ενός μικρού έξυπνου εργοστασίου», του εργοστασίου τρισδιάστατης εκτύπωσης και στο κόστος της στερεάς παραγωγής. Μελετάται το οριακό κόστος παραγωγής και το συνολικό κόστος κατασκευής (κόστος επένδυσης, λειτουργικό κόστος, κόστος ενέργειας) ενώ διερευνάται η ταχύτητα παραγωγής και η ποιότητα των εκτυπωμένων προϊόντων σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των τρισδιάστατων εκτυπωτών. Τέλος, αναπτύσσεται ένα γραμμικό μοντέλο προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το κόστος παραγωγής ενός τυπωμένου προϊόντος αφού καθοριστούν οι παράμετροι που επηρεάζουν την τιμή του προϊόντος. Το πρόβλημα διατυπώνεται μέσω ενός μοντέλου μικτού ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού (MILP).