Abstract
Both sustainability and Industry 4.0, including a set of technologies such as the Internet of Things (IoT), the cloud, big data analytics and artificial intelligence, have gained momentum in the academic, managerial and policy debate. Despite the relevance of the topic, the relation between the two concepts, as revealed by many authors, is still unclear and the literature is fragmented. The thesis seeks to overcome this limitation. More in detail, three objectives have been set: (1) provide a systematic understanding on Industry 4.0 and sustainability, (2) explore the relationship between Industry 4.0 and sustainability in the food industry, and (3) holistically examine the relationship between a key technology to Industry 4.0, the Internet of Things, and sustainability performance. Addressing research objective (1), the thesis starts with a systematic literature review of 117 peer-reviewed journal articles. Descriptive and content analyses allowed to identify and summarize the main research streams and to highlight some relevant gaps. Overall, the results underline that further empirical research is needed to enhance current understanding on Industry 4.0 and sustainability and should be studied from the perspective of different countries and industries. In response to this call and addressing research objective (2), multiple case studies are conducted in the food industry, since research in this industry and on the topic is at an early stage. Six companies in Italy that have adopted Industry 4.0 technologies and measure sustainability performance or adopt sustainability practices have been selected. Addressing research objective (3), this thesis focuses on a single and key technology of Industry 4.0 - the IoT. The IoT is gaining importance among scholars, technology experts, managers and policy makers and could significantly provide implications for sustainability. However, since comprehensive empirical studies on the topic are limited, a patent analysis(265 patents) is performed to holistically examine the relationship between IoT and sustainability. The contribution of this dissertation to both theory and practice is at least threefold. First, it presents a theoretical framework and seven testable propositions on the link between single technologies, sustainability performance and sustainability practices. Second, it provides a deeper understanding on how individual Industry 4.0 technologies and sustainability performance indicators are linked through capabilities based on empirical evidence. Third, it contributes to the literature streams on IoT and sustainability and shows what opportunities and application areas can arise for sustainable development with the adoption of IoT.
Sowohl das Thema Nachhaltigkeit als auch das Konzept Industrie 4.0, welches eine Vielzahl von Technologien wie das Internet der Dinge (IdD), die Cloud, Big Data Analytics und künstliche Intelligenz umfasst, haben in den letzten Jahren in der wissenschaftlichen, betriebswirtschaftlichen und politischen Debatte an Bedeutung gewonnen. Trotz der Wichtigkeit des Themas wurden der Zusammenhang und die Wechselwirkungen zwischen den beiden Konzepten noch nicht umfassend genug untersucht. Wie von einigen Autoren aufgezeigt ist die Literatur diesbezüglich fragmentiert und unklar. Die vorliegende Arbeit versucht einen Beitrag zur Lösung dieser Unklarheiten zu leisten. Hierzu wurden drei Ziele festgelegt: (1) Schaffung eines systematischen Verständnisses von Industrie 4.0 und Nachhaltigkeit, (2) Erforschung der Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen In dustrie 4.0 und Nachhaltigkeit in der Lebensmittelindustrie und (3) ganzheitliche Untersuchung der Beziehungen zwischen einer Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0, dem Internet der Dinge, und der Nachhaltigkeitsindikatoren. Um das Forschungsziel (1) zu erreichen, beginnt die Arbeit mit einer systematischen Literaturauswertung von 117 wissenschaftlichen Artikeln (peer-reviewed). Anhand der deskriptiven und inhaltlichen Analysen konnten die wichtigsten Forschungsbereiche ermittelt und zusammengefasst,sowie einige relevante Lücken aufgezeigt werden. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse, dass, um das derzeitige Verständnis von Industrie 4.0 und Nachhaltigkeit zu verbessern, weitere empirische Forschung erforderlich ist. Zusätzlich sollte die Thematik aus der Perspektive verschiedener Länder und Branchen untersucht werden. Um einen Beitrag zur Schließung dieser Lücken zu leisten und um das Forschungsziel (2) zu erreichen werden mehrere Fallstudien in der Lebensmittelindustrie durchgeführt, da sich die Forschung in dieser Branche und zu diesem Thema noch in einem frühen Stadium befindet. Es wurden sechs italienische Unternehmen ausgewählt, die Industrie 4.0 Technologien einsetzen und die Nachhaltigkeitsperformance messen oder Nachhaltigkeitspraktiken anwenden. Um das Forschungsziel (3) zu erreichen, konzentriert sich dieser dritte Teil der Arbeit auf eine einzige Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0 - das IdD. Das IdD gewinnt unter Wissenschaftlern, Technologieexperten, Managern und politischen Entscheidungsträgern zunehmend an Bedeutung und könnte erhebliche Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit haben. Da es jedoch nur wenige umfassende empirische Studien zu diesem Thema gibt, wird eine Patentanalyse (265 Patente) durchgeführt, die die Beziehungen zwischen IdD und Nachhaltigkeit untersuchen. iii Diese Dissertation leistet zu Theorie und Praxis in mindestens dreifacher Weise einen Beitrag. Erstens stellt sie einen theoretischen Rahmen und sieben überprüfbare Thesen, die einen Zusammenhang zwischen einzelnen Technologien, Nachhaltigkeitsperformance und Nachhaltigkeitspraktiken darlegen. Zweitens bietet sie ein tieferes, empirisch fundiertes Verständnis dafür, wie einzelne Industrie 4.0 Technologien und Nachhaltigkeitsindikatoren durch technologiebezogene Fähigkeiten miteinander verbunden sind. Drittens leistet sie einen Beitrag zur Literatur über IdD und Nachhaltigkeit und zeigt auf, welche Möglichkeiten und Anwendungsbereiche sich durch die Einführung des IdD für eine nachhaltige Entwicklung ergeben können.
Il tema della sostenibilità e dell’ Industria 4.0, che include un insieme di tecnologie come l'Internet of Things (IoT), il cloud, i big data analytics e l'intelligenza artificiale, hanno ricevuto una crescente attenzione nel dibattito academico, manageriale e politico. Nonostante la rilevanza delle tematiche, la relazione tra i due concetti, come rilevato da molti autori, è ancora poco chiara e la letteratura è frammentata. La tesi cerca di superare questo limite. Più in dettaglio, sono stati definiti tre obiettivi: (1) fornire un’analisi sistematica della ricerca su Industria 4.0 e sostenibilità, (2) esplorare la relazione tra Industria 4.0 e sostenibilità nell'industria alimentare, e (3) esaminare in modo olistico la relazione tra una tecnologia chiave per l’Industria 4.0, l'Internet of Things, e le performance della sostenibilità. Per affrontare l'obiettivo (1), la tesi si è basata su una revisione sistematica della letteratura esaminando 117 articoli scientifici. Dalle analisi è stato possibile identificare e riassumere le principali aree di ricerca ed evidenziare alcuni gap rilevanti. Nel complesso i risultati sottolineano che per migliorare la comprensione attuale dell’Industria 4.0 e della sostenibilità è necessaria ulteriore ricerca empirica e un ampliamento delle prospettive di analisi in termini di paesi ed industrie. Per esaminare l'obiettivo (2) ed in risposta ai gap evidenziati, sono stati condotti diversi casi studio nell'industria alimentare, poiché la ricerca in questo settore e su questo argomento è in una fase iniziale. Sono state selezionate sei aziende italiane che hanno adottato tecnologie di Industria 4.0 e misurano le performance di sostenibilità o adottano pratiche di sostenibilità. Affrontando l'obiettivo (3), questa tesi si concentra su una singola e fondamentale tecnologia dell'Industria 4.0 - l'IoT. L'IoT sta guadagnando importanza tra gli studiosi, gli esperti di tecnologia, i manager e i responsabili politici e potrebbe comportare implicazioni significative per la sostenibilità. Tuttavia, poiché gli studi empirici che trattano l'argomento complessivamente sono limitati, è stata eseguita un'analisi dei brevetti (265 brevetti) per esaminare in modo olistico la relazione tra IoT e sostenibilità. La presente tesi contribuisce alla teoria e alla pratica manageriale in tre principali modi. In primo luogo, presenta un framework concettuale e sette proposition sul legame tra le singole tecnologie, le performance di sostenibilità e le pratiche di sostenibilità. In secondo luogo, fornisce una comprensione più approfondita e basata sull'evidenza empirica su come le singole tecnologie dell'Industria 4.0 e gli indicatori di performance di sostenibilità siano collegati attraverso delle capability legate alle tecnologie. In terzo luogo, contribuisce alla letteratura su IoT e sostenibilità e mostra quali opportunità e aree di applicazione possono emergere per ottenere uno sviluppo sostenibile tramite l’adozione dell’IoT.