Inclusive Manufacturing: What it means and How It

1 downloads 0 Views 304KB Size Report
Inclusive Manufacturing: What it means and How It Can Accelerate Growth of .... motorised rice puffing (Muri) machine (Figure 2)that is used in a rural setting to ...
RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Inclusive Manufacturing: What it means and How It Can Accelerate Growth of India  BALDEV RAJ  DIRECTOR, NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED STUDIES, BENGALURU, INDIA 

RAJKUMAR ROY  DIRECTOR OF MANUFACTURING, CRANFIELD UNIVERSITY, UK 

V BHUJANGA RAO  ISRO CHAIR PROFESSOR, NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED STUDIES, BENGALURU, INDIA 

AMARESH CHAKRABARTI  PROFESSOR AND CHAIRMAN, CENTRE FOR PRODUCT DESIGN & MANUFACTURING, INDIAN INSTITUTE OF SCIENCE, BENGALURU,  INDIA 

B RAVI  INSTITUTE CHAIR PROFESSOR, INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY, POWAI, INDIA 

MANOJ K TIWARI  PROFESSOR, DEPARTMENT OF INDUSTRIAL ENGINEERING & MANAGEMENT, INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY, KHARAGPUR, INDIA 

PVM RAO  PROFESSOR AND HEAD, DEPARTMENT OF DESIGN, INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY, DELHI, INDIA 

MUKESH KUMAR  UNIVERSITY LECTURER IN OPERATIONS MANAGEMENT, INSTITUTE FOR MANUFACTURING, UNIVERSITY OF CAMBRIDGE, UK 

MURALIDHAR LAKKANNA  SECRETARY, INCLUSIVE MANUFACTURING FORUM, NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED STUDIES, BENGALURU, INDIA   

 

Volume 20, Issue 1

 

12.1

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

ABSTRACT  Inclusive Manufacturing is a new paradigm concept, where all parts of the lifecycle of a manufactured  product is made accessible to people from all strata of the society, so as to accelerate sustainable  development and dignified well‐being for all. Inclusive Manufacturing aims at empowering people,  especially those who are spatially, temporally, physically, economically and culturally disadvantaged,  to  actively  participate  in  the  conception,  creation,  distribution,  transaction,  use  and  retirement  of  products and systems.   This paper discusses the key features of Inclusive Manufacturing, some of its key areas of application,  and six major thematic areas are significant for supporting Inclusive Manufacturing. The paper also  provides a brief discussion on how each thematic area could support Inclusive Manufacturing, some  of its key enablers and drivers that need to be integrated to make this possible, and suggests several  major policy directions.  1. Introduction  The  vision  of  manufacturing  has  gone  through  a  paradigm  shift.  In  its  traditional  definition,  manufacturing was viewed as the production process in which  raw  materials are transformed  into  physical  products  through  processes  involving  people  and  other  resources[1].  In  the  subsequent  definition, physical production was at the centre of a wider manufacturing value chain[2].The present  era  of  manufacturing  is  marked  by  highly  agile,  networked  enterprises  that  use  information  and  analytics as skilfully as they employ talent and machinery to deliver products and services to diverse  global markets[3].  With  ‘Make  in  India’,  ‘Digital  India’  and  other  initiatives,  India  aims  to  become  the  third  largest  manufacturing hub in the world, with the goal of creating 100 million jobs by 2022. This needs major  investment in R&D and training with the aim of developing sustainable technology and re‐skilling of  people.  Digital  manufacturing  and  Industry  4.0  are  directions  of  global  resurgence  of  several  manufacturing  centres  of  excellence  in  which  advanced  countries  like  Germany,  USA  and  UK  have  invested  heavily.  A  major  challenge  that  countries  like  India  need  to  address  is:  How  to  achieve  economic growth that is aligned with creation of jobs and empowerment of people, across all spatial,  temporal,  physical,  economic  and  cultural  boundaries  of  the  society?    Inclusive  Manufacturing  promises to be one possible solution, as discussed in this paper.  This paper discusses the key features of inclusive manufacturing, some of its key areas of application,  and six major thematic areas that should play a significant role in supporting Inclusive Manufacturing.  The  paper  also  provides  a  brief  discussion  on  how  each  thematic  area  could  support  Inclusive  Manufacturing, and some  of the key enablers and  drivers that need to be integrated to  make this  possible.  The  paper  is  largely  based  on  the  deliberations  from  and  report  on  the  Inclusive  Manufacturing Forum – IMF 2017 [4].  2. Inclusive Manufacturing 

Volume 20, Issue 1

12.2

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Inclusive Manufacturing (IM) is a new and next paradigm concept, where manufacturing, in its broader  definition, is made accessible to people from all strata of the society, so as to accelerate sustainable  development and dignified well‐being for all. There are three major dimensions of IM as depicted in  Figure 1:    

It should enable participation of people from all strata of the society, especially those who  have been marginalized so far, including rural, poor, under‐privileged, specially‐abled, women  and senior citizens.  It should provide people access to all parts of the technology/product/solution lifecycle.  It should use technology of all kinds as appropriate, including high technology, which should  be  environmentally  friendly  and  efficient,  reducing  drudgery  while  creating  new  jobs  and  incomes. 

IM  should  provide  dignified  well‐being  and  sustainable  development  for  all,  by  democratizing  and  distributing manufacturing, empowering local production with local resources and marketing links as  shown in Figure 2, Figure 3, Figure 4 and Figure 5. The focus of any interventions should be people,  and not products. IM should lead to higher income as well as pride and dignity for all. IM should use  its dimensions to: 

  Figure 1 Inclusive Manufacturing Cube     

Support a large and heterogeneous population; creating jobs for millions;  so as to generate and(re‐)distribute wealth; make manufacturing socially relevant; and develop a  knowledge economy  In line with the UN Millennium goals: for prosperity, health, sanitation, water, infra, energy, etc.  Focus on continuous expansion of all forms of, including gender and inter‐generational, equity. 

3. Key Application Areas  Some of the major application areas for IM are the following:    Precision  farming  (soil  health  monitoring),  water  management,  crop  yield),  value‐added  agriculture  (making plates, bowls, ropes, etc.),  food processing  (making  fruit  juice,  puffed rice,  etc.); 

Volume 20, Issue 1

12.3

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

   

Textiles, pottery, rural appliances, craft and small scale manufacturing;  Affordable healthcare, focusing on early diagnosis and prevention of diseases;  Affordable energy (alternative energy, rural stoves, lighting, heating, cooling etc.); and   Water and sanitation.  

4. Major Thematic Areas for IM  Six thematic areas are seen to be of critical importance to IM. These are: design, manufacturing, digital  supply chain, quality and validation, transition of academic research to industry, and education. A brief  description of each is provided below.  Design  is  planning  to  identify  and  transform  “existing  situations  to  preferred  ones”  [5].  Design,  therefore, involves both problem finding and problem solving, and is a generic trait that distinguishes  and underlies evolutionary success of humans and other intelligent organisms and their communities  in their survival and growth. Design thinking, along with its creative, systematic and human‐centric  processes, methods and tools, is expected to play a central role in conception of new, disruptive IM  lifecycles.  As discussed earlier, manufacturing, in its broader, modern interpretation, encompasses all processes  through  which  a  product  or  system  undergoes  during  its  lifecycle,  including  those  that  transform  materials into the product. Consequently, the ambit of manufacturing has expanded backward, in the  creation  of  materials  with  which  making  can  happen,  as  well  as  forward,  in  the  distribution,  maintenance, repair, and after‐use processes with which the product or system is moved sustainably  from cradle to cradle. Therefore, manufacturing is critical to the success of IM.  Supply chain is the framework that supports the manufacturing lifecycle. It is the connectedness of  the supply chain that is critical for success of any area of manufacturing, including that of IM. Digital  supply  chain,  which  provides digital  connectivity among  the elements  of the  supply chain, has  the  potential for fast, affordable and ubiquitous connectivity that promises to overcome spatial, temporal,  and cultural barriers better than a physical supply chain. This is particularly significant for IM, the prime  mandate of which is provide access to the product lifecycle, for all, despite and beyond the above  barriers.   Quality its and validation are essential for any manufacturing lifecycle, including that for IM. According  to modern definitions, quality is synonymous with stakeholder satisfaction. Being able to identify the  aspects that constitute quality and being able to assess these are critical for ascertaining how good a  product or system is, and what its areas of improvements are. Democratising assessment of quality is  crucial for IM, which must be possible to be identified and assessed by a wider variety of people than  currently possible.  Research  takes  place  primarily  in  academia,  while  implementation  through  industrial  practice.  However, there are discernible gaps between the two: the fruits of research require substantial, non‐ trivial  translation  before  these  become  ready  for  implementation  in  practice.  The  processes  and  enablers for transition of ideas from academia to industry will, therefore, play a significant role for IM, 

Volume 20, Issue 1

12.4

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

which  will  require  major  linkages  for  engagement  to  be  formed,  not  only  between  academia  and  industry, but also with policy and societal entities.  Education, at all levels, will play a significant role. One reason is the variety of stakeholders involved:  people  from  all  strata  of  the  society  with  all  their  differences  in  location,  age,  culture  and  so  on;  another is the different roles for which education is to be imparted; yet another is the challenge of  providing the education to an enormous population with substantially less resources.  5. Key Drivers and Enablers of IM  Some of the major enablers and drivers for IM are summarised below.  5.1. Inclusive Innovation is a key driver  Inclusive Innovation is a key driver, which should be enabled by domain immersion. Academics and  researchers  currently  have  little  incentives  to  engage  with  end‐users  and  take  up  immediately  practical problems. Extreme affordable engineering from ground up is necessary, not merely making  cheaper  versions  of  existing  products.  Many  champions  and  change‐agents  are  needed  to  breakthrough these mind sets. Achieving goals of IM requires exploring every aspect of product life  cycle and manufacturing value‐chain, and planning and deploying optimum ways of transforming raw  materials into goods by integration of people, processes, systems  and enterprises,  so as to deliver  value  to  society.  An  example  of  inclusive  innovation  for  IM  is  the  empowerment  brought  by  a  motorised rice puffing (Muri) machine (Figure 2)that is used in a rural setting to reduce drudgery while  increasing productivity at uniform quality to 45‐50 kg/hr, by using only 30 kg of biomass to produce  100 kg of rice[6].  5.2. Technology enablers  Technology enablers include open designs, mobile/micro factories, tele‐services, digital‐platforms to  connect design, manufacturing and supply chain, and digital/online market‐places, in particular last  mile  connectivity.  Further  technology  enablers  include  additive  manufacturing,  Internet  of  Things,  smart phones, GPS and GIS, which can spur inclusive innovation in rural areas for local applications.  However, automation should be judicious – it should aim at eliminating drudgery, not jobs!   

Volume 20, Issue 1

12.5

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

  Figure 2: Motorised rice puffing (Muri) machine[6] 5.3. Quality and the process for its validation in products  IM products are often produced, especially in resource‐strapped settings, by people with relatively  less technical knowledge as in Figure 5. This raises questions related to quality and the processes for  its validation of products. Quality influences the value of a product at every level: starting from raw  material to displays at shops. There is a need to develop processes with which quality can be produced  and validated at every level, in the context of IM, where quality measures must be simple, easy to use,  easy  to  adopt  and  understandable  by  the  workers  in  terms  of  the  Dos  and  Don’ts  in  a  simple  but  effective manner. An example of incorporating quality to deliver IM is the motorised potter's wheel in  Figure 33[7]that ensures constant wheel speed and renders consistency in quality and productivity. 

Figure 3: Motorized Potter's wheel[7]  5.4. Design is a key enabler 

Volume 20, Issue 1

12.6

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Design  is  a  key  enabler  for  IM,  since  it  is  the  engine  for  innovation,  where  major  decisions  about  manufacturing  are  taken  affordably.  It  is  important  to  communicate  the  importance  of  design,  especially to MSMEs that can act as the change provider. The power of the generic process of design  thinking  (i.e.  the  iterative  and  synergistic  process  to  identify  problems,  develop  ideas,  consolidate  ideas and test them for selection), along with key elements of a designer (empathy, user immersion,  dreaming, getting hands dirty, failing fast and learning  from the failure) etc. should be taught  in  a  scalable manner. Tools and techniques used in formal design should be adapted for informal sectors,  made  available,  and  mentored  on  using  free,  open‐source  platforms.  A  successful  example  of  the  power of design is in NARI's lanstove, which combines the functions of cooking and lighting in one  device(Figure 44), while being efficient at both the functions[8]. 

  Figure 4: NARI Lanstove for rural household[8]  5.5. Education is a key Enabler  Education  is  a  key  intervention  to  spur  IM.  Education  should  encourage  engineering  and  other  students to immerse in real world environments (preferably rural areas) to identify grand challenges  facing the society, and co‐create solutions involving all stakeholders. Universities should also provide  physical, financial and intellectual resources to implement potentials solutions in the field. Introducing  successful case studies of IM should be a part of curricula. People in rural areas should have access to  appropriate training content (e.g. with videos in regional languages) related to manufacturing, testing  and managing of intellectual property rights and business.  5.6. Sustainability is a key Driver  Sustainability,  including  environmental  sustainability,  is  a  key  driver  of  IM,  which,  among  others,  implies  preventing  waste,  minimizing  use  of  resources  (e.g.  materials,  energy,  water,  etc.),  and  maximising use of renewable resources. Digital tools and platforms for product lifecycle engineering  and  management  are  a  key  enabler.  Consumerism  and  unchecked  growth  are  enemies  of  sustainability. Science must be combined with spirituality and service to ensure sustainability. Charity  is neither scalable nor sustainable.   5.7. Research is a Key Enabler 

Volume 20, Issue 1

12.7

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Research to develop processes/business models with the dual goal of financial sustainability and social  impact should be taken up. Innovations where value created benefits primarily the society rather than  private individuals & organizations need to be supported.  Given that many good ideas and actions are available as exemplars for IM, it deserves analysis and  introspection as to why progress is slow to meet basic needs. There is a need to understand what  stakeholders want. Hence, the Voice of the Customer needs to be better understood. There is a need  to conduct studies that compare social‐economic impact of alternative models to promote IM. We  must study how to scale up, focusing on low‐hanging fruits. An example of successful scale‐up is the  development of the cage fishing concept that has demonstrably facilitated alternative livelihood for  1253 tribal families that were displaced by the construction of the Dimbhe dam[9], see Figure 5. 

  Figure 5: Cage Fishing for in‐Land Communities[9]. 5.8. Need for Supporting design‐led manufacturing innovation and entrepreneurship   Design‐led manufacturing innovation and entrepreneurship needs to be supported, so as to connect  prototypes from entrepreneurs to manufacturing capabilities, and incentivize entrepreneurs to set up  manufacturing, e.g. via IM Incubators. Design‐led innovation can be strengthened by making design  and designs  open‐source  for widest use, transferring not only solution,  but also how to solve; this  should lead to democratisation of design education, include that for children, grass‐root innovators as  well as traditional engineers who have little training in design thinking. Design thinking should be used  to  design  inclusive  programme/policy,  and  train  people  on  how  to  design  for  sustainability  and  manufacturability.  5.9. Need to Empower Micro, Small & Medium Enterprises  MSMEs, start‐ups and non‐profit organisations engaged in IM normally do not have seamless access  to resources  available  at  educational  institutions.  Since  a  large part of IM  happens  in  unorganized  sector, there is a clear engagement gap between this sector and educational institutions that needs  to be addressed, e.g. by setting up mentoring support for IM, including initiatives for skill building and  vocational training for non‐formal sectors. 

Volume 20, Issue 1

12.8

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Digital  supply  chain  platforms  need  to  be  developed  particularly  for  supporting  MSMEs,  where  all  parts  of  the  supply  chain  are  supported,  e.g.  through  MSMEs  in  design,  manufacturing,  packaging  &logistics.  5.10. Need to Support Networking and Ecosystem for IM   There  is  a  need  for  supporting  networking  among  stakeholders,  and  sharing  and  dissemination  of  knowledge.  An  ecosystem  for  IM  community,  including  a  dynamically  growing  web‐portal,  which  shares  and  grows  collective  knowledge  is  needed.  This  would  provide  the  stakeholders  to  share  success  stories  from  around  the  world,  increase  co‐ordination  of  knowledge  that  is  currently  fragmented, for inputting needs and choosing solutions, for classification of types of manufacturing  across  locations,  and  for  connecting  people  with  similar  or  complementary  needs  and  expertise,  creating possibilities for training, innovation and entrepreneurship.  5.11. Foundation for IM  A formal body may be needed to carry out the activities of IM at the global level, e.g. a Foundation for  IM.  The  foundation  should  have  corporates,  NGOs,  academia  and  public  organisations  as  key  members. Many local education institutes could be act as resources to support the activities of the  foundation, by translating results from R&D into local meanings, and attaching manufacturing units  into local universities and colleges to connect IM to conventional education in institutions.  6. Policy Directions   It is worth pursuing a policy framework in which manufacturers and entrepreneurs are developed to  satisfy new and next paradigm change relevant in IM. IM has clear possibilities of providing second  income to small farmers and enhanced wealth to crafts people, thus, retaining the next generation of  youth in villages by giving them better quality of life and satisfaction. Mitigation of migration to cities  is sustainable and a highly desirable solution in the context of India as it can prevent the otherwise  enormous pressure on infrastructure and employment generation needs in cities.  IM could work with school curricula to include ‘product development and manufacturing’ as a subject,  and engage with all BRICS and other developed and emerging countries to strengthen and propagate  the movement. Setting up many dedicated enabling centres in India and abroad to champion Inclusive  Manufacturing  through  linked  research,  education,  product  development  and  entrepreneurship  would be an effective pathway with this fusion of technologies for which time has come as it shall be  a catalyst and right push to achieve sustainable development goals.  Acknowledgements  The  authors  gratefully  acknowledge  contributions  of  all  presenters,  participants,  organisers  and  sponsors  of  IMF  2017,  and  of  IMF  and  its  website  (http://nias.res.in/inclusivemanufacturing/).  IMF(inclusive  Manufacturing  Forum)  is  a  platform  for  supporting  national  and  international  intellectual dialogues on IM. IMF 2017was an international workshop, conducted jointly by National 

Volume 20, Issue 1

12.9

RITES Journal, Research, Review and Retrospective

Institute  of  Advanced  Studies,  Bangalore,  India,  Indian  Institute  of  Science  Bangalore,  India,  and  Cranfield University UK, that brought together over one hundred invited participants, including fifty  thought leaders from engineering, social sciences, the rural sector and the government to deliberate  and debate on the nature, enablers, drivers of and directions for IM.  References  [1] E. M. Porter (1985)“Competitive advantage: creating and sustaining superior performance”, New  York Free Press, London.  [2] P. Marsh (2012), “The New Industrial Revolution: Consumers, Globalisation and the End of Mass  Production”, Yale University Press.  [3] J. Manyika, J. Sinclair, R. Dobbs, G. Strube, L. Rassey, J. Mischke, J. Remes, C. Roxburgh, K. George,  D. O'Halloran and S. Ramaswamy (2013) “Manufacturing the future: the next era of global growth  and innovation”, McKinsey Global Institute.  [4] B.  Raj,  R.  Roy,  B.  V.  Rao,  A.  Chakrabarti,  B.  Ravi  and  M.  K.  Tiwari  (6‐8  April  2017),  "Inclusive  Manufacturing Forum 2017 report", NIAS Bengaluru.  [5] H. A. Simon (1996)“The Sciences of the Artificial”, 3ed., MIT Press, Cambridge, Mass.  [6] P.  Bhadoria  (2017)  "Technological  Interventions  for  rural  development,"  in  Inclusive  Manufacturing Forum, Bengaluru.   [7] P. Bahdoria (2017) "Pottery Wheel for Smaller and larger products," in Inclusive Manufacturing  Forum, Bengaluru.   [8] A. K. Rajvanshi (2017) "Inclusive Innovation," in Inclusive Manufacturing Forum, Bengaluru.  [9] K. Bapat (2017) "RuTAG & Technology delivery to rural areas," in Inclusive Manufacturing Forum,  Bengaluru.   

Volume 20, Issue 1

12.10