Date of Award

10-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical and Aerospace Engineering

First Advisor

Hussien Hegab

Abstract

In the pursuit of sustainable development, the concept of the Circular Economy (CE) has emerged as a compelling and transformative alternative to the traditional linear economic model (i.e., take, make, use, dispose). The limitations of the linear economy in addressing contemporary global challenges have highlighted the urgency of adopting a more regenerative approach. Simply put, the circular economy aims to maximize the value extracted from available resources over their lifecycle, thereby ensuring the fulfillment of both current and future generations' needs. This thesis sheds light on a pivotal solution for effectively integrating circular economy principles into enterprises, thereby reinforcing sustainability. The principal objective of this thesis is to comprehensively explore and analyze Key Performance Indicators (KPIs) associated with the circular economy, specifically within the manufacturing industry. This research serves as a valuable compass for the manufacturing sector, encapsulating KPIs that holistically embrace the triple bottom lines of sustainability: environmental, economic, and social dimensions. The framework for this guideline is meticulously constructed through a systematic process that involves the judicious selection of pertinent KPIs. Furthermore, the interrelationships among these selected KPIs are meticulously examined through an exhaustive literature review. Additionally, the study employs Social Network Analysis (SNA) through an executed code in R programming language to ascertain centrality measures for each KPI, thereby identifying the most influential circular economy KPIs within the manufacturing industry. Drawing from the core findings, this thesis furnishes actionable recommendations for manufacturers and stakeholders to optimize the identified significant KPIs effectively.

The current work presents promising outcomes by leveraging SNA within the proposed framework. Noteworthy KPIs that encapsulate various facets of circular economy development are identified within each perspective. In the realm of environmental aspects, the significant KPIs encompass product/design upgradability (PU), material efficiency (ME), eco-innovation (EI), solid waste intensity (SW), and pollutant emissions (PE). From an economic standpoint, pivotal KPIs include the productivity of remanufacturing (OR), economic motivation (EM), product level circularity metric (PM), technology investment (ROR), and sorting process (SP). Addressing the social dimension, the significant KPIs encompass social fairness (SF), strategies and initiatives (SI), remanufacturing training (RT), community complaints (CC), and documentation of products (DP). The comprehensive analysis of these fifteen KPIs culminates in aggregated circular economy indicators, primarily strategies and initiatives (SI), material efficiency (ME), productivity of remanufacturing (OR), technology investment (ROR), and ecoinnovation (EI). Notably, the research offers practical industrial recommendations derived from an extensive literature review to optimize these aggregated KPIs.

This thesis significantly highlights manufacturers' influence on shaping a sustainable future aligned with development goals. Its proposed guideline and results rectify gaps in current circular economy frameworks.

Arabic Abstract


استكشاف وتحليل مؤشرات الأداء الرئيسة للاقتصاد الدائري في قطاع التصنيع

في السعي الدؤوب نحو التنمية المستدامة، تجلت فكرة الاقتصاد الدائري (Circular Economy) كبديل فعال للاقتصاد الخطي (linear economy) المعنى باستخراج المواد الخام من الطبيعة ومن تم إنتاج السلع وتصديرها للمستهلك وفي نهاية المطاف يتم ردمها والتخلص منها. برهن النموذج الاقتصادي الخطي عجزه في مجابهة التحديات العالمية المعاصرة؛ مما يستدعي وجوب التحول نحو نهج أكثر تجدداً. يمثل الاقتصاد الدائري نموذجا حيًّا يهدف إلى تسليط الضوء على تحقيق الاستدامة بواسطة المحافظة على قيمة الموارد المتاحة لأطول مدة ممكنة. إن تحقيق أهداف التنمية المستدامة عن طريق زرع مفهوم الاقتصاد الدائري على المدى البعيد، يؤدي دورا بارزا في تلبية متطلبات الجيل الحالي دون المساومة على احتياجات الأجيال المستقبلية.

الهدف الرئيس من هذه الأطروحة هو الغوص لاستكشاف وتحليل مؤشرات الأداء الرئيسة (Key Performance Indicators) التي تقيس التأثيرات البيئية والاجتماعية والاقتصادية تحت ظل التحول إلى الاقتصاد الدائري في مجال التصنيع. حيث تشكل هذه الأطروحة دليلا فيما وبوصلة توجه الحكومات الحريصة على التنمية المستدامة والشركات المصنعة للسلع وصناع القرار في قطاع الصناعة يهدف هذا الدليل المقترح إلى تسليط الضوء على ركائز التنمية المستدامة الثلاث (triple bottom lines of sustainability) - أي البيئية والاقتصادية والاجتماعية. حيث يتم تطوير هذا الدليل الموجه عبر اتباع منهجية دقيقة تستند على الاختيار الصحيح لمؤشرات أداء رئيسة تعكس أثر تطبيق الاقتصاد الدائري على البيئة والمجتمع والنمو الاقتصادي. يتم اختيار مجموعة من مؤشرات الأداء الرئيسة التي تلبي المعايير بواسطة المراجعة الشاملة لبحوث سابقة في الاقتصاد الدائري. بناءً على مؤشرات الأداء المختارة، يتم استكشاف وتحليل العلاقة بين كل زوج من مؤشرات الأداء الرئيسة ذلك يمهد الطريق لتحليل الشبكات الاجتماعية (Social Network Analysis) حيث يتم توظيف لغة البرمجة (R programming) للحصول على ثلاثة مقاييس مركزية (measures of centrality) لكل مؤشر أداء. هذه المقاييس المركزية تؤدي دورا أساسيا في تحديد مؤشرات الأداء الرئيسة للاقتصاد الدائري الأكثر هيمنة في قطاع الصناعة.

تقدم هذه الأطروحة في ثناياها نتائج واعدة تم الوصول إليها بعد اتباع الدليل المنهجي المقترح، حيث تم الحصول على أهم مؤشرات الأداء لكل منظور مؤثر على الاقتصاد الدائري حيث إن مؤشرات الأداء الرئيسية المهمة التي تعكس الجوانب البيئية لتطوير الاقتصاد الدائري هي كما يلي: قابلية ترقية المنتج أو التصميم، وكفاءة المواد والابتكار البيئي، وكثافة النفايات الصلبة، وانبعاثات الملوثات إلى جانب ذلك، يتم قياس المنظور الاقتصادي للتحول إلى الاقتصاد الدائري عبر مؤشرات أداء رئيسية حيوية يندرج تحتها ما يلي: إنتاجية إعادة التصنيع، والدافع الاقتصادي، والاستثمار التكنولوجي، وعملية فرز المواد، ومقياس التحول للاقتصاد الدائري لكل منتج. أما مؤشرات الأداء الرئيسية الاجتماعية المهمة هي العدالة الاجتماعية، والإستراتيجيات والمبادرات الموجهة للاقتصاد الدائري، والتدريب على إعادة التصنيع والشكاوى المجتمعية، وتوثيق معلومات المواد والمنتجات في كتيبات إلكترونية. تم تحليل مؤشرات الأداء الرئيسية الخمسة عشر هذه ونتج عنها مؤشرات أداء مهيمنة تدمج بين ركائز التنمية المستدامة الثلاث في المرحلة النهائية للتحليل وهي كالتالي: الاستراتيجيات والمبادرات، وكفاءة المواد، وإنتاجية إعادة التصنيع والاستثمار التكنولوجي، والابتكار البيئي.

وفقا للنتائج الأساسية التي تم الحصول عليها ومؤشرات الأداء التي برز أثرها في التنمية المستدامة، تقدم هذه الأطروحة توصيات للمصنعين وصناع القرار ورواد الأعمال لتحسين مؤشرات الأداء الرئيسية ذات الأهمية البارزة وتوظيفها في مشاريعهم لدعم الاستدامة. تساهم هذه الأطروحة بشكل أساسي في تفعيل دور الشركات المصنعة التي تؤدي دورًا أساسيًا في صنع القرار لتشكيل وبناء مستقبل مستدام يلبي رؤية وأهداف التنمية المستدامة. حيث تسعى هذه الأطروحة إلى ردم أوجه القصور في أطر واستراتيجيات الاقتصاد الدائري في البحوث التي تم نشرها سابقًا.

Download
COinS