¿Cómo afectará la industria 4.0 a la cadena de suministro?

Una cadena de suministro es una red que une tecnología, actividades, recursos y organizaciones que participan en la fabricación y distribución de productos y servicios. El modelo de referencia de operaciones de la cadena de suministro (SCOR) define los procesos básicos de la cadena de suministro (SC) en cinco categorías: Plan, Fuente, Marca, Entrega y Retorno. La búsqueda de un sistema de producción y consumo más sostenible es tan pertinente hoy en día que las Naciones Unidas (ONU) lo han seleccionado como uno de sus objetivos sociales primordiales para el desarrollo sostenible. La implementación de la sostenibilidad en los procesos de producción y consumo tiene como objetivo mitigar las presiones negativas sobre el ecosistema generadas por los productos, servicios y transporte. Las tecnologías de la industria 4.0 (I40) han despertado interés en los últimos años. Las tecnologías digitales avanzadas de I40 como el análisis de big data (BDA), inteligencia artificial (AI), aprendizaje automático (ML), internet de cosas (IoT) y sensores, tecnología de cadena de bloques (BCT), sistemas robóticos (RS), computación en la nube (CC), sistema ciberfísico (CPS), fabricación aditiva (AM) impresión 3D (3D), realidad virtual (VR), realidad aumentada (AR), vehículos autónomos (AV), y drones han encontrado aplicaciones en muchos procesos de fabricación, logística y SC. Los beneficios son sostenibilidad, eficiencia, reducción de costos, transparencia, trazabilidad y colaboración. Además de los beneficios, la aplicación de la norma I40 no está exenta de desafíos.

1. Introducción de tecnologías de la industria 4.0

La industria 4.0, a menudo conocida como fabricación inteligente, se basa en procesos industriales impulsados por la tecnología de la información [ 1 ]. Combina fábricas y productos inteligentes con el Internet de las cosas [ 2 , 3 ], con el objetivo de proporcionar información en tiempo real sobre la producción, las máquinas y el flujo de componentes, e integrar estos datos para ayudar a los gerentes a tomar decisiones, monitorear el rendimiento y rastrear piezas y productos.

1.1 Industria 4.0 tecnologías

1.1.1 Análisis de grandes datos

Big data analytics (BDA) es la recopilación de datos en tiempo real, el uso de herramientas analíticas y el uso de algoritmos informáticos para obtener ideas y patrones relevantes para una mejor toma de decisiones utilizando datos, texto, audio, vídeo [ 4 ]. El marco de Big Data 6Vs describe volumen, una gran cantidad de datos; Velocity, los datos se generan muy rápidamente y deben procesarse en muy poco tiempo; Variedad, se procesa un gran número de tipos de datos estructurados y no estructurados; Valor, el objetivo es generar un valor significativo para la organización; Veracity, fiabilidad de los datos procesados; y Variabilidad, flexibilidad para adaptarse a los nuevos formatos de datos mediante la recopilación, almacenamiento y procesamiento de los mismos. BDA ayuda en el logro de éxito empresarial a largo plazo y ventaja competitiva [ 5 ].

1.1.2 Internet de las cosas

Internet de las cosas (IoT) permite que los dispositivos se comuniquen entre sí sin necesidad de participación humana [ 6 ]. Internet de las cosas se basa en una red de dispositivos, cada uno de los cuales tiene su propia identidad única al sistema informático al que se adjunta. Los sistemas industriales controlados por IoT son inteligentes porque pueden operar con precisión y eficiencia todos los equipos conectados desde lejos [ 7 ]. Por ejemplo, los macrodatos se han utilizado para mejorar el desarrollo de los productos [ 8 ], SC previsiones de la demanda [ 9 [ ], y estrategias de producción ecológica [ 8 , 10 ].

1.1.3 Tecnología de cadena de bloques

Blockchain es una estructura de datos distribuida —un libro mayor distribuido— en la que los datos se comparten en una red de pares. Los miembros y nodos de la red comunican y validan los datos siguiendo un protocolo predefinido sin una autoridad central. Los libros contables distribuidos pueden ser descentralizados, otorgando iguales derechos a todos los usuarios o centralizados, proporcionando a los usuarios específicos derechos especiales.

1.1.4 Inteligencia artificial

La inteligencia artificial (IA) es un campo de la informática que abarca el desarrollo de sistemas capaces de realizar tareas que normalmente requieren inteligencia humana. La ciencia de hacer que las máquinas hagan cosas que requerirían inteligencia si fueran hechas por hombres. Tres funciones principales son la detección e interacción, el aprendizaje de los datos y la toma de decisiones.

1.1.5 Vehículo robótico autónomo

Los vehículos autónomos, ya que los automóviles más respetuosos con el medio ambiente son capaces de detectar su navegación sin entrada humana, por lo que los costos, el nivel de emisión y el tiempo de trabajo pueden reducirse drásticamente. Pueden utilizarse no sólo para largas distancias, sino también para el nivel operativo de la cadena de suministro.

1.1.6 Fabricación de aditivos (3D)

La fabricación aditiva (AM) comienza con la creación de un modelo digital tridimensional utilizando software de diseño asistido por computadora, seguido por la formación del objeto terminado utilizando una impresora 3D [ 11 ]. AM ayuda a los objetivos de la industria 4.0 generando artículos personalizados en lotes pequeños y produciendo diseños complejos y ligeros con gran precisión [ 3 ].

1.1.7 Fabricación en la nube

La fabricación en la nube es un método para proporcionar una red compartida de recursos y capacidades de fabricación a través de Internet mediante el establecimiento de un entorno virtual y global. La lógica de la fabricación en nube se basa en los servicios, lo que significa que los proveedores y los consumidores interactúan para vender y adquirir servicios como el diseño de productos, la simulación, la producción y el montaje [ 12 ].

1.1.8 Computación en nube

Cloud computing (CC) es un proveedor de servicios de terceros basado en Internet para el almacenamiento de datos o bases de datos. La nube se encuentra en un lugar lejano, no en la zona donde se produce [ 12 ]. El CC tiene las ventajas de reducir los costos de funcionamiento, acelerar el servicio y facilitar la accesibilidad [ 13 ].

1.2 Sostenibilidad

La sostenibilidad es un concepto multidimensional que incorpora dimensiones económicas, ambientales y sociales de las empresas. El principal objetivo de cualquier empresa comercial es obtener beneficios para la sostenibilidad económica de larga duración equilibrando los costos y los ingresos en la obtención, producción y distribución de bienes y servicios. Debido a la presión mundial, el cambio climático y la contaminación, la sostenibilidad ambiental ha pasado a ocupar un lugar central en el negocio actual [ 14 ]. El objetivo es reducir al mínimo el uso de los recursos naturales, los residuos y la contaminación (aire, agua, tierra) y aumentar el uso de energías renovables en la producción y distribución. La sostenibilidad social incluye el entorno de trabajo, la moral y la satisfacción de los empleados, la equidad y la integración social de las comunidades. Las tecnologías de la industria 4.0 (I4T) ayudan a las empresas manufactureras a alcanzar objetivos a largo plazo reduciendo los plazos de entrega, proporcionando bienes personalizados, mejorando la calidad del producto, mejorando el entorno de trabajo y la moral de los empleados [ 15 ]. Las organizaciones se han visto obligadas a adaptar sistemas de producción inteligentes más adaptables, inteligentes y ágiles, y permiten atender las demandas de un mercado dinámico y global [ 16 ].

2. Revisión de la literatura

El desarrollo sostenible es una necesidad crucial para la supervivencia de la humanidad, que debe integrar la producción y el consumo sostenibles [ 17 ]. La sostenibilidad es un concepto tridimensional que abarca aspectos económicos, medioambientales y sociales (triple conclusión). La cadena de suministro sostenible permite la gestión de las corrientes de material, información y capital, así como la cooperación entre las empresas a lo largo de la cadena de suministro, teniendo en cuenta los objetivos de las tres dimensiones del desarrollo sostenible (económica, ambiental y social) derivados de las necesidades de los clientes y las partes interesadas [ 18 ]. Una de las características clave de la Industria 4.0 habilitada por CPS, IoT y big data analytics, es la accesibilidad de los datos y la información en tiempo real, lo que puede ayudar a las empresas a lograr un bajo costo, alta calidad, bajo riesgo compartido, una planificación SC más flexible y una toma de decisiones efectiva. La industria 4.0 permite la compra a largo plazo de artículos más personalizados [ 19 ]. I40 abre nuevas perspectivas comerciales a largo plazo maximizando la eficiencia de los recursos, mejorando la flexibilidad de fabricación y reduciendo el tiempo de comercialización [ 20 ]. Los sistemas industriales controlados por IoT son inteligentes, ya que pueden operar con precisión y eficiencia todos los equipos vinculados desde lejos [ 7 ]. Varias I4T han demostrado tener una buena influencia en el éxito a largo plazo de las organizaciones. Sin embargo, hay una escasez de evidencia empírica en la literatura para fundamentar la influencia de I4T en las prácticas operativas sostenibles en diversas industrias [ 15 ]. I4T contribuye a las opciones de gestión de operaciones a largo plazo y a los nuevos modelos empresariales mediante la conexión de las cadenas de valor mediante la recopilación y el intercambio de datos [ 3 , 21 ]. Como resultado, las decisiones de gestión de operaciones a largo plazo ayudan a establecer un vínculo entre los principios de economía circular (CE) y los conceptos de Industria 4.0.

La búsqueda de un sistema de producción y consumo más sostenible es tan importante ahora que la Organización de las Naciones Unidas (ONU) la ha convertido en uno de sus objetivos sociales más importantes para el desarrollo a largo plazo [ 22 ]. El objetivo final de implementar la sostenibilidad en la producción es llevar a la industria a un nivel de fabricación sostenible de clase mundial [ 23 ]. Moghaddam et al. [ 24 ] desarrolló varios diseños de referencia para las fábricas I40 inteligentes sostenibles para tratar con la producción de productos respetuosos con el medio ambiente. Nascimento et al. [ 25 ] propuso un modelo de negocio de economía circular (CE) utilizando I4T para reciclar basura. Kiel et al. [ 26 ] clasificados temas de Internet de las Cosas (IoT) y beneficios que se centraron en la creación de valor a largo plazo. Waibel et al. [ 20 ] investigó los efectos de los sistemas de producción inteligentes en términos de eficiencia de los recursos y sostenibilidad. Zambon et al. [ 27 ] propuso una Agricultura 4.0 a través de la virtualización de la cadena agroalimentaria. Ding [ 28 ] llevó a cabo una revisión de la literatura para identificar las barreras de la incorporación de la sostenibilidad en el SC farmacéutico y propuso la aplicación I40 en el SC conocido como Pharma 4.0. Bag et al. [ 29 ] desarrolló un marco que incorpora trece facilitadores I40 que afectan a la sostenibilidad de las SC. Tsai y Lu [ 30 ] desarrolló un marco de planificación y control de la producción basado en I40 usando un precio de carbono. Ghadimi et al. [ 31 ] sugirió un sistema multiagente para analizar automáticamente y elegir proveedores que contribuyan a una SC sostenible. Belaud et al. [ 32 ] desarrolló la agricultura 4.0 mediante la integración de I40 en un SC y la valorización de residuos utilizando big data para mejorar la gestión de la sostenibilidad. Se identificaron las tecnologías sensibles, inteligentes y sostenibles como aspectos cruciales de los bienes sostenibles futuros [ 33 ]. Bibaud-Alves et al. [ 34 ] utiliza I4T para establecer una relación entre el proceso de desarrollo de nuevos bienes, la transformación digital y el desarrollo sostenible. Paravizo y otros [ 35 ] ofreció un marco conceptual utilizando I40 para el desarrollo de aplicaciones gamificadas que se centran en la fabricación sostenible. Kamble et al. [ 15 ] revisó 85 artículos sobre I40 y estableció un marco de la industria sostenible 4.0. Stock et al. [ 36 ] llevó a cabo una evaluación cualitativa de la I40 que permite el desarrollo ecológico y social sostenible. Hidayatno et al. [ 37 ] propuso un modelo conceptual para evaluar el efecto de la tecnología I40 sobre la energía sostenible en las industrias indonesias. Bonilla et al. [ 38 ] utilizó múltiples escenarios de desarrollo para evaluar el impacto y los desafíos de la implementación de I40 en el desarrollo sostenible a largo plazo. Hombre y Strandhagen [ 21 ] presentó I40 y la adopción de la sostenibilidad en varias operaciones comerciales. Luthra y Mangla [ 39 ] llevó a cabo un análisis de la literatura y clasificó dieciocho desafíos de implementación I40 de SC sostenible en cuatro categorías: organizativa, estratégica, legal y ética. Ardanza et al. [ 40 ] demostró una interfaz humano-máquina utilizando I40 que permite a los operadores ser más productivos y más seguros. Meng et al. [ 41 ] llevó a cabo una revisión de la literatura sobre sostenibilidad y eficiencia energética en fábricas inteligentes, su interacción, beneficios y problemas. Chaim et al. [ 42 ] examinó la viabilidad de utilizar indicadores clave de rendimiento (KPI) para evaluar la sostenibilidad en el entorno virtual de aprendizaje I40. Kamble et al. [ 43 ] analizó las barreras de la adopción de I40 en la industria manufacturera.

3. Industria 4.0 tecnologías que permiten la sostenibilidad de la cadena de suministro

Industria 4.0 Las tecnologías están destinadas a desempeñar un papel clave en la orientación de las organizaciones industriales y sociales hacia la sostenibilidad a largo plazo [ 46 ]. I4T facilita el logro de un alto nivel de integración de procesos, lo que mejora el rendimiento organizativo en tres aspectos de la sostenibilidad [ 15 ]. Braccini y Margherita [ 62 [ ] exploró el impacto de la adopción de I40 en un estudio de caso de una empresa de fabricación de cerámica y encontró que la calidad del producto y la mejora de la productividad, el monitoreo energético y la reducción del consumo, ambiente de trabajo seguro y satisfacción laboral para los trabajadores. Birkel y Muller [ 63 ] proporcionó una revisión de la literatura sobre el potencial de I40 en SC triple línea de fondo de sostenibilidad en la planificación, abastecimiento, logística y logística de reciclaje. Es probable que los procesos, máquinas y dispositivos de fabricación digitales e inteligentes ofrezcan ventajas de la productividad de la fabricación, la eficiencia de los recursos y la reducción de los desechos [ 64 ].

3.2 Sostenibilidad medioambiental

Por lo que se refiere al medio ambiente, los datos en tiempo real obtenidos de diversos socios de la cadena de valor ayudan a las organizaciones a asignar eficazmente recursos industriales como materiales, energía, agua y productos [ 3 , 46 ]. I4T también apoya la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero [ 73 [ ], consumo de energía [ 74 ], reducción del consumo de combustible como resultado de una mejor planificación del transporte y la logística; y el uso de sistemas avanzados de seguimiento y vigilancia [ 75 ]. El Big data ofrece análisis predictivos que mejoran la sostenibilidad ambiental y social [ 76 , 77 ]. La inclusión de sensores en los bienes permite la supervisión del rendimiento, como el seguimiento de los requisitos de mantenimiento, permitiendo a las empresas prestar un servicio de alta calidad a los clientes de forma proactiva. Además, las organizaciones pueden invertir en ampliar la vida útil de los productos utilizando las 3R (reducir, reutilizar y reciclar) y supervisando los artículos durante todo el uso de los clientes. La fabricación en la nube y el IoT pueden recopilar datos de procesos y cosas, como maquinaria, permitiendo la detección de fallos que podrían resultar en desperdicios. Los administradores también pueden supervisar y regular el desempeño de las operaciones sobre la base de criterios de producción y consumo de recursos, como el uso de energía; el uso de sensores les permitiría intervenir en los procesos, incluso durante la fabricación de componentes/productos. La eficiencia de la máquina también podría vigilarse en tiempo real a fin de programar el mantenimiento y evitar el desperdicio de recursos [ 46 ]. Blockchain ofrece visibilidad, transparencia, gestión de relaciones y contratación inteligente, lo que a su vez ofrece beneficios medioambientales y económicos y desempeña un papel positivo en la economía circular [ 78 ]. Abdella y otros [ 79 ] propuso el aprendizaje automático utilizando un conjunto de criterios ambientales, sociales y de gobernanza para predecir el desempeño de la sostenibilidad en toda la cadena de suministro. La revolución de los vehículos autónomos puede proporcionar varios beneficios, particularmente en la parte de transporte de la cadena de suministro para reducir los productos dañados. Los vehículos guiados automatizados (AGV) ayudan en operaciones eficientes de manipulación de materiales mejorando la sostenibilidad ambiental y social. Krueger y otros, [ 80 ] analizó las posibilidades de implementación de vehículos autónomos compartidos implementados en un clúster logístico en la industria del transporte público para mejorar la utilización de activos y reducir el efecto ambiental. La fabricación aditiva resulta en menos material que se utiliza y requiere el reciclaje de pequeñas cantidades de basura debido a la movilidad de impresoras 3D [ 70 ]. El uso de AM también ayuda a mejorar la sostenibilidad de un proceso de fabricación reduciendo el uso de materiales y el consumo de energía. I40 ayuda en la vigilancia energética que dará lugar a un aumento de la eficiencia energética y a una reducción de las emisiones de CO2 [ 81 ]. AM e IoT pueden ayudar a mejorar las operaciones logísticas inversas, como el seguimiento y rastreo del final del uso y del final de la vida útil de los artículos y la supervisión de las actividades de reciclaje para allanar el camino hacia una ruta a largo plazo hacia la fabricación circular [ 82 ]. La tecnología de la nube permite la captura, el intercambio y el intercambio de datos dinámicos del ciclo de vida, así como asociaciones de SC para la evaluación de la huella ambiental [ 83 ]. La plataforma de servicios basada en la nube puede ayudar a mejorar la adopción de decisiones y, por lo tanto, reducir al mínimo las emisiones de gases de efecto invernadero en las industrias del transporte y la logística [ 84 ]. Análisis de grandes datos en el control de procesos, por ejemplo, podría ayudar en el control de la contaminación y la gestión de los recursos naturales [ 85 ]. Los sistemas ciberfísicos ayudan en la producción sin generar desechos ni consumir recursos innecesarios; la IoT permite la personalización y producción en masa que satisface la demanda sin producir excedentes de inventario; la fabricación en la nube permite el consumo controlado de recursos (por ejemplo, materias primas, energía, agua); y la fabricación de aditivos mantiene proactivamente los productos, ahorra energía y reduce los desechos de productos defectuosos [ 2 , 20 , 86 ]. Al diseñar bienes basados en datos de consumo precisos, los sistemas ciberfísicos mejoran la satisfacción del cliente. Como resultado, utilizando la técnica 5Rs (reducir, reparar, reutilizar, reciclar y refabricar) [ 86 , 87 ], es factible desarrollar bienes con una vida útil más larga. CPS e IoT ayudan en la planificación de rutas logísticas de eficiencia energética y de carbono, así como a ayudar a los proveedores a gestionar su propio rendimiento en términos de planificación de la producción, calidad y fiabilidad de la entrega y cumplimiento ambiental mediante la supervisión a distancia [ 88 ]. En una fábrica inteligente, la eficiencia de la comunicación, la transparencia, la vigilancia y el control minimizarán el tiempo de inactividad, los residuos, los defectos y el riesgo en todos los procesos de producción [ 89 ].

3.3 Sostenibilidad social

En el frente social, I4T ofrece una plétora de opciones para que los empleados aprendan nuevas tecnologías, impulsando la moral y la motivación [ 73 , 74 ]. I4T proporciona a los empleados un entorno de trabajo mejor y seguro [ 15 ]. La IA y el análisis de datos pueden ayudar en programas personalizados de desarrollo profesional basados en el comportamiento, la experiencia, las habilidades, la personalidad y los patrones de aprendizaje de cada empleado [ 90 ]. I4T creará nuevos trabajos en el área de informática, mecatrónica, ingeniería de procesos e integración de sistemas [ 91 ]. El impacto de las tecnologías 4.0 en la sostenibilidad de la cadena de suministro se resume en Cuadro 1 . Los beneficios de sostenibilidad de la industria 4.0 se muestran en Cuadro 2 .

Cuadro 2

4. Debate sobre la sostenibilidad de la industria 4.0

Industria 4.0 tecnologías como IA, ML, IoT, Big data, tecnología de cadena de bloques, VR, AR, CPS, robótica industrial autónoma, computación en nube, etc. se están adoptando en la cadena de producción y suministro en todo el mundo, pero lentamente. Los investigadores y los directivos profesionales creen que el I40 ofrece integración, interoperabilidad, capacidad en tiempo real, datos de calidad, modularidad, descentralización, personalización de productos, servitización, colaboración, transparencia y virtualización, lo que puede tener un impacto positivo en la sostenibilidad. En cuanto a la dimensión económica, la adopción de I4T en la cadena de suministro mejorará la eficiencia de la cadena de suministro, la calidad, la resiliencia, la planificación específica del cliente, la alineación de la producción y la logística, la entrega a tiempo, la exactitud del pedido, la predicción del tiempo de inactividad y la reparación y mantenimiento, la selección y adquisición de proveedores, y reducirá el tiempo de entrega. La sostenibilidad económica reducirá los costos y mejorará la rentabilidad. I40 actúa en favor del medio ambiente, ya que su adopción conducirá a la reducción de las materias primas y los recursos, el consumo de energía, las emisiones de GEI, los desechos y desechos, los prototipos físicos, la transparencia, el seguimiento y la trazabilidad. Mejorará los procesos de sostenibilidad y el transporte y la vigilancia del medio ambiente. En cuanto a la dimensión de sostenibilidad social, I4T puede ofrecer un entorno de trabajo seguro y flexibilidad, reducir el estrés y las tareas peligrosas, y mejorar el aprendizaje y el desarrollo. No está libre de desafíos. Las actividades humanas, como el seguimiento de inventarios, el control de calidad e incluso la distribución de productos, pueden ser realizadas por robots industriales, vehículos automatizados y máquinas inteligentes y se perderían puestos de trabajo [ 96 ]. Al mismo tiempo, brindará la oportunidad de nuevos puestos de trabajo en I4T. La mayoría de los estudios son teóricos. Por lo tanto, necesita ser apoyado por estudios cualitativos y de casos.

5. Conclusión

La recopilación y el seguimiento de datos, el intercambio de información, el seguimiento, la toma de decisiones y la coordinación entre las áreas organizativas y los socios del SC son factores técnicos y organizativos que podrían influir en la integración de la industria 4.0 y la toma de decisiones del SC ambientalmente sostenible. En este trabajo se aboga por un enfoque integrado de las cuestiones que las tecnologías de la Industria 4.0 pueden desencadenar todo el potencial de la SC ecológicamente sostenible. El impacto de las tecnologías de la Industria 4.0 en la dimensión económica de la triple línea de fondo es la eficiencia, flexibilidad, productividad y calidad, lo que mejorará el rendimiento económico. En cuanto a la dimensión medioambiental, una mejor utilización de los recursos, una mayor producción en cantidad, la reducción de los residuos y la energía se traducirán en resultados medioambientales. Por último, sobre la dimensión social, una mejor utilización de la mano de obra y unas condiciones de trabajo seguras gracias a la digitalización y la automatización. El objetivo de este trabajo es destacar la convergencia de dos temas importantes: Industria 4.0 y SC sostenible con consideraciones de triple resultado. Estos dos aspectos se han investigado principalmente por separado. La industria 4.0 tiene el potencial de aumentar la producción, la distribución y el consumo ecológicamente sostenibles al permitir la creación de productos verdes, procesos de fabricación verdes y SCM verdes de formas que nunca antes habían sido posibles. Por otra parte, la sinergia entre la Industria 4.0 y la producción y distribución ecológicamente sostenibles depende de una serie de factores de éxito importantes. La adopción en la industria 4.0 se enfrenta a pocos desafíos. I4T necesita estar conectado continuamente y los centros de datos masivos aumentarán el consumo de energía. Por lo tanto, es necesario equilibrar el ahorro de energía y las necesidades energéticas adicionales en la adopción de I40. El reemplazo del dispositivo I40 también puede crear residuos adicionales. En el reciclaje, el intercambio de información sobre el producto por el fabricante, el uso del producto y la transparencia también es motivo de preocupación que debe abordarse. También es necesario estudiar la alta inversión inicial y el rendimiento. La principal limitación del estudio es el aspecto teórico. Se sugiere que estas propuestas teóricas de investigación sean exploradas más a fondo, ya sea a través de la investigación cualitativa o a través de la metodología cuantitativa.

11. Oesterreich TD, Teuteberg F. Comprender las implicaciones de la digitalización y automatización en el contexto de la Industria 4.0: Un enfoque de triangulación y elementos de una agenda de investigación para la industria de la construcción. Computadoras en la industria. 2016; 83 :121-139