¿Cómo afecta la Industria 4.0 a la organización en la gestión de sus operaciones?

La transformación digital del negocio contribuye positivamente a la creación de nuevas oportunidades y desafíos para la Gestión de Operaciones. Las nuevas tecnologías han permitido a los administradores acceder, almacenar y procesar grandes cantidades de datos, recogidos de diferentes fuentes complementarias, tanto internas como externas, a los procesos. No obstante, aunque la disponibilidad de esos datos puede ser de gran contribución para la gestión a nivel operacional, su potencial de creación de valor a nivel de la estrategia de operaciones sigue sin estar claro. El propósito de este documento es explorar los impactos de las tendencias y características recientes relacionadas con la transformación digital en el campo de la gestión de operaciones, a saber, entender mejor cómo esta transformación digital va a afectar la definición de la estrategia de operaciones.

1 INTRODUCCIÓN

La industria 4.0 se basa en la integración de tecnologías innovadoras de la información y la comunicación en la cadena de valor mediante la interconexión y la informatización de los procesos tradicionales [ 1 , 2 ]. Este nuevo paradigma disruptivo tiene por objeto fomentar una red inteligente de productos y procesos a fin de reducir la complejidad de las operaciones, aumentando al mismo tiempo la eficiencia y la eficacia con la reducción de los costos a largo plazo y la mejora de los procesos [ 3 ].

Mientras que la digitalización es un motor clave de la cuarta revolución industrial [ 4 ], la continua integración de Internet de Todo (IoE) en las operaciones industriales permite a las organizaciones diseñar diferentes enfoques y explorar oportunidades y desafíos relacionados con esta transformación digital. Además, una competitividad cada vez mayor entre las empresas conduce a procesos empresariales de presión para un aumento efectivo de la eficiencia. Con este fin, la convergencia de los medios de producción innovadores con las tecnologías digitales de la información y las comunicaciones promete un aumento sustancial de la eficacia operativa [ 5 ].

El campo de gestión de operaciones proporciona un rico terreno para la investigación con los desarrollos de la Industria 4.0, ya que permite establecer estrategias de operaciones adecuadas al mercado. Basado en escenarios complejos permite establecer modelos basados en recursos más eficientes. Teniendo en cuenta que estas estrategias se aplican a través de procesos que definen cómo se hacen las cosas, es importante garantizar que dichos procesos se ejecuten de manera eficiente, cumpliendo al mismo tiempo los objetivos y requisitos operativos. Así pues, la aplicación de la Industria 4.0 plantea problemas no sólo a nivel local, sino que también tiene repercusiones generalizadas en la cadena de suministro mundial. A tal fin, aunque las consecuencias de la globalización para la gestión de las operaciones son importantes para la práctica, se reconoce ampliamente que se trata de un tema que aún no han sido investigados por los estudiosos [ 6 ].

Con el fin de contribuir a una mejor comprensión de los impactos resultantes de la implementación de escenarios de la Industria 4.0 en organizaciones actuales y futuras, este trabajo tiene como objetivo contribuir a cerrar esta brecha en la investigación relacionada con tales tendencias y desafíos en el campo de la gestión de operaciones.

2 INDUSTRIA 4.0: UN NUEVO PARADIGO DE FABRICACIÓN Y ORGANIZACIÓN

Se refiere a que el término Industria 4.0 fue acuñado en 2011 como parte de una hoja de ruta estratégica de fabricación diseñada por una asociación alemana de representantes de los negocios, la política y el mundo académico para fortalecer la competitividad de la industria manufacturera mediante la digitalización de procesos [ 3 ]. Sin embargo, aunque los términos «industria 4.0» o «cuarta revolución industrial» pueden no ser plenamente aceptados tanto por el mundo académico como por la industria [ 2 , 5 ], no hay duda de que un cambio disruptivo de procesos y operaciones está a punto de tener lugar a escala global debido a tal transformación digital.

Estos cambios se traducen en una nueva tendencia de operaciones basada en la integración de un conjunto de tecnologías que permiten a los ecosistemas de innovación en fábricas y organizaciones inteligentes interconectarse en tiempo real a escala mundial. Es esa interconectividad e intercambio mundial de datos e información lo que permite a las organizaciones adaptar o crear nuevos modelos y conceptos institucionales dentro de su esfera de actividad [ 6 ] para ser más competitivos, o simplemente para sobrevivir en un panorama global cada vez más complejo. Considerando el paradigma Industria 4.0, cuatro principios clave de diseño y tendencias tecnológicas [ 5 Se puede identificar la actual transformación digital de las operaciones, a saber: interconexión, información, descentralización y flexibilidad.

2.1 Interconectividad Ciber-Física de los Sistemas

Teniendo en cuenta el amplio alcance de la interconectividad digital, el IoE resulta de la combinación de IoT (Internet de las cosas) y IoP (Internet de las personas). Es un principio clave del nuevo paradigma digital que la interconectividad ciberfísica tiene lugar entre sistemas de personas, dispositivos y/o máquinas [ 7 ]. Esta comunicación digital en tiempo real sólo puede tener lugar debido a la característica de la comunicación inalámbrica de banda ancha del acceso a Internet ubicuo actual. A través de los objetos interconectados de IoE y las personas pueden compartir información mediante tres tipos de colaboración, a saber, la colaboración humano-humana, la colaboración hombre-máquina y la colaboración máquina-máquina [ 8 ].

2.2................................................................................................................................. Transparencia de la información y el uso de gemelos digitales de sistemas del mundo real

La interconectividad ciberfísica de los sistemas mencionada anteriormente permite una nueva forma de transparencia de la información [ 9 ]. Los gemelos digitales resultantes de la copia virtual de sistemas del mundo real permiten la simulación y optimización de procesos (soportando la toma de decisiones en tiempo real), así como el monitoreo y control de sistemas. La información consciente del contexto es indispensable para apoyar la adopción de decisiones apropiadas [ 5 ], ya que los sistemas de conocimiento de contexto permiten combinar información procedente tanto de sistemas físicos como de sus gemelos digitales. Para crear transparencia, los resultados de los análisis de datos deben recopilarse y procesarse mediante soluciones de software adecuadas [ 10 [ ], permitiendo el suministro de información en tiempo real de información crítica de funcionamiento [ 11 ].

2.3 Descentralización de la toma de decisiones

Tanto la interconexión de los sistemas como la transparencia en materia de información conducen a la capacidad de producir decisiones descentralizadas [ 5 ]. Esa descentralización, apoyada con información local y mundial, permite adoptar modelos de decisión y soluciones informáticas más sólidos, lo que aumenta la productividad y la eficiencia generales. La información de contexto alimentada en tiempo real también permite la toma de decisiones automatizada y la supervisión y el control autónomos de los sistemas del mundo real.

2.4 Mayor autonomía y flexibilidad de los sistemas cibernéticos

La información y comunicación en tiempo real con conocimiento de contexto permiten a las máquinas y/o dispositivos inteligentes adaptarse de manera flexible a los datos dinámicos del mundo real (flexibilidad de máquinas o dispositivos). El mismo concepto se aplica a las fábricas inteligentes y a las demandas fluctuantes del mercado en tiempo real, o a los pedidos personalizados (flexibilidad de la producción). Además, para el aspecto humano, la automatización y la descentralización de la toma de decisiones permiten un cambio en el papel de la fuerza de trabajo actual y futura. Así, desde una posición de mero operador de máquinas, las personas pueden actuar como supervisores del sistema o responsables estratégicos de la toma de decisiones y solucionadores de problemas flexibles, lo que da lugar a flexibilidad humana y a una mayor interacción y participación en los procesos. Así, una interconectividad ciberfísica general de personas, dispositivos y máquinas puede contribuir a la agilidad y flexibilidad de los sistemas de producción, aumentando la eficiencia de las futuras fábricas inteligentes.

3 CONVERTIR LOS SISTEMAS DE FABRICACIÓN ACTUAL EN FACTORÍAS AMBIENTALES

Teniendo en cuenta todas las características y atributos previstos para las fábricas inteligentes, se puede observar que la mayoría de los sistemas de producción existentes aún no están preparados para la industria 4.0. Según Kagerman et al. [ 9 ], las fábricas futuras necesitan ser desarrolladas teniendo en cuenta la necesidad de personalización ágil e individualización flexible.

La futura interconectividad de los Sistemas de Producción Ciber-Físico será la base de las Fábricas Inteligentes [ 7 ], permitiendo la gestión combinada de datos desde el sistema general, así como desde cada uno de sus componentes integrados. Estos datos pueden ser gestionados eficazmente por los sistemas de producción inteligentes para adaptarse a cada uno de los requisitos y atributos de la pieza, influyendo en la carga de trabajo futura del sistema mientras se ajustan a través de una transmisión en vivo de datos directamente del cliente.

En la actualidad, desde el punto de vista de la gestión de datos, la mayoría de las fábricas están estructuradas jerárquicamente desde el nivel del taller hasta el nivel de planificación de los recursos institucionales según la pirámide de información de la automatización [ 12 ] presentado en la Fig. 1 . Esta arquitectura muestra que en tal arreglo, sólo los miembros de segmentos adyacentes pueden intercambiar información, lo que conduce a una disminución del tiempo de ciclo de los datos de arriba a abajo, en consecuencia a la cantidad de información transferida.

Sin embargo, teniendo en cuenta que en un paradigma de la Industria 4.0 todos los miembros de la cadena de valor son capaces de conectarse e intercambiar información entre sí, se requieren numerosos nodos intermedios de contacto para que el flujo de estos datos ocurra en tiempo real. Vogel-Heuser et al. [ 13 ] proponer un modelo de comunicación para el nuevo paradigma de fabricación digital basado en una arquitectura de malla. En este modelo, la pirámide de comunicación (Fig. 1) se transformará para integrar nodos intermedios y mecanismos para detectar y conectar personas, productos y dispositivos para intercambiar datos e información. En este modelo de información (Fig. 2), las interfaces intermedias de comunicación permiten la comunicación y el procesamiento de datos en una arquitectura de malla dedicada.

En un modelo de arquitectura de malla, los sistemas de producción necesitan interfaces de comunicación dedicadas para adquirir e intercambiar datos con todos los usuarios y dispositivos Cyber-Physical conectados. Las interfaces externas se utilizan en sitios de producción que permiten la interacción de los usuarios como interfaces hombre-máquina (HMI), mientras que las interfaces internas se utilizan generalmente para funcionalidades de proceso y control [ 13 ].

El modelo Industry 4.0 requiere que los Sistemas de Producción tengan funcionalidades específicas para gestionar y controlar todos los procesos y recursos relacionados con la fabricación. La plantilla para cada funcionalidad en el nuevo paradigma de producción necesita ser predefinida para asegurar una semántica estandarizada [ 13 ]. Esto demuestra ser clave para que la Gestión de Operaciones de Fábricas Inteligentes tenga lugar en un nuevo entorno de producción global digitalizado.

4 IMPACTOS DE LA INDUSTRIA 4.0 EN LA GESTIÓN DE LAS OPERACIONES

Las operaciones son una función importante dentro de cualquier tipo de organización que es responsable de crear y entregar bienes o/y proporcionar servicios a los clientes. La gestión de las operaciones (OM) es la actividad de gestión de estos procesos y recursos asociados. Por lo tanto, las operaciones son un elemento clave para que las empresas obtengan una ventaja competitiva y mejoren el crecimiento [ 15 ]. Considerando un modelo de negocio como un proceso de transformación que toma recursos y los transforma en bienes o servicios, OM es el conjunto de actividades de creación de valor. Según Slack et al. [ 16 ], estas actividades pueden agruparse en cuatro grandes categorías: Directo, Diseño, Entrega y Desarrollo. El propósito de esta investigación es explorar los impactos de los desarrollos de la Industria 4.0 en estas cuatro categorías de OM e identificar retos y oportunidades relacionados tanto para la investigación como para la práctica.

4.1 Operaciones y procesos de dirección

La función de operaciones tiene una dimensión estratégica, dirigiendo la estrategia general que rige la dirección de la operación y afecta a todas las demás decisiones de operaciones. La dirección incluye el establecimiento de una estrategia de operaciones, la definición de objetivos de rendimiento, la toma de decisiones sobre el diseño y la innovación de productos y servicios, y la gestión del alcance de la operación. Estas decisiones estratégicas están fuertemente influenciadas por el mercado, en particular por los clientes y competidores, que cambian muy rápidamente. Por lo tanto, las empresas necesitan establecer un proceso que permita una reacción rápida a estos cambios de mercado, haga la adaptación de la estrategia ágil y acelere las modificaciones de operación [ 16 ]. Por lo tanto, será esencial interconectar todas las actividades de este proceso y mejorar las corrientes de información. Teniendo en cuenta los principios de la Industria 4.0 y las tendencias tecnológicas, es importante estudiar el potencial de la OM en la búsqueda de la definición de la estrategia más eficaz de las organizaciones. Esto es particularmente relevante en los escenarios de mercado actuales, considerando que es clave tener modificaciones de operación rápidas y ágiles, ya que están fuertemente influenciadas por la rápida evolución de las demandas del mercado y la presión de los competidores.

4.2 Operaciones y procesos de conformación

Diseñar el proceso de transformación es la actividad de determinar la forma física, la forma y la composición de las operaciones y procesos, junto con los recursos que contienen, responsables de la creación de productos y servicios. El diseño incluye diseño de procesos, definición de diseño y selección de tecnología y personas. Cada una de estas actividades se define de acuerdo con la estrategia de la organización, es decir, el tipo de operación y los objetivos de rendimiento, y normalmente incluye cambios estructurales e inversiones significativas. Así, las modificaciones en el diseño de operaciones y procesos, resultantes de los cambios en el mercado, tienden a ser lentas y a veces imposibles. Por lo tanto, las empresas podrían obtener una ventaja competitiva si tuvieran un sistema flexible y dinámico [ 17 ] y el proceso de transformación descentralizada, y la posibilidad de probar los diseños antes de la implementación. Para ello, los principios de la Industria 4.0 pueden aportar una gran contribución, ya que promueven la descentralización y permiten la flexibilidad de los sistemas del mundo real. Por otro lado, la transformación digital permite la provisión de información en tiempo real de variables críticas de operación. La cuestión sigue siendo la idoneidad de los modelos actuales de OM para abarcar el paradigma de la Industria 4.0.

4.3 Operaciones de planificación y control

Una vez diseñadas las operaciones y los procesos, los productos y servicios deben ser creados y entregados a los clientes. Para garantizar la eficacia de este proceso, deben planificarse y controlarse todas las actividades de la cadena de suministro. La eficiencia del proceso está garantizada por la gestión de la capacidad (optimizando la reacción a la fluctuación de la demanda), la cadena de suministro (analizando el impacto de todas las decisiones de la cadena de suministro en la rentabilidad) y los inventarios (aplicando modelos para equilibrar los costos). Las actividades de ejecución se apoyan en métodos y técnicas que necesitan datos e información sobre el proceso. Estos datos e información se recogen comúnmente con un tiempo de retraso y a veces en contextos diferentes, en relación con el punto de decisión, y se basan en análisis estadísticos. Este proceso puede comprometer la precisión y fiabilidad de las decisiones. Así pues, las empresas podrían mejorar la prestación de servicios si se reunieran datos en tiempo real y se facilitaran al proceso de adopción de decisiones. Sin embargo, los modelos actuales de OM todavía necesitan ser probados por su capacidad para recibir datos en tiempo real.

4.4 Mejora de las operaciones

El papel de la gestión de operaciones no termina con la entrega. Se trata de un proceso dinámico con oportunidades de desarrollo y mejora. La cadena de proceso de valor no puede funcionar siempre con los mismos estándares porque las condiciones cambian, como las necesidades del cliente y la oferta de los competidores. Así pues, las empresas deberían establecer una estrategia de mejora, radical o gradual, que podría apoyarse con métodos como la gestión de la calidad (prevención de errores) y la gestión de proyectos (mejora de las actividades de los proyectos). Al igual que las actividades de ejecución, las actividades de mejora del rendimiento dependen de datos precisos y actualizados del proceso. En cuanto a lo anterior, los modelos actuales de OM necesitan ser estudiados por su adecuación a este tipo de demandas.

5 RETOS PARA LA ESTRATEGIA DE OPERACIONES

La transformación digital de las empresas está creando nuevas oportunidades y desafíos para la gestión. Las nuevas tecnologías han permitido a los administradores acceder, almacenar y procesar una gran cantidad de datos, recogidos de diferentes fuentes, tanto internas como externas (Fig. 2 ). Estos datos son de gran contribución para la gestión a nivel operativo. Por ejemplo, utilizando estas tecnologías, las empresas manufactureras pueden obtener acceso a datos de clientes individualizados que permiten personalizar el proceso de ventas, el diseño del producto y el servicio. Además, pueden proporcionar datos en tiempo real que mejoran tanto la previsión de la demanda como la exactitud de los productos del mercado, y ayudan a predecir el comportamiento del consumidor [ 18 ].

Si bien los datos facilitados a lo largo de las tecnologías de transformación digital han permitido obtener estos beneficios, su potencial de creación de valor a nivel de la estrategia de operaciones sigue sin estar claro. La aplicación y utilización de esos datos a nivel estratégico plantea algunos problemas a la administración. Uno de los retos clave es saber automatizar la extracción de conocimientos de los datos. Otro reto es equilibrar el conocimiento explícito (resultado de los datos recogidos), con el conocimiento tácito (de la experiencia del gerente), al tomar decisiones estratégicas. La investigación actual aún no ha dado respuesta a la pregunta de cómo la transformación digital va a impactar en la definición de la estrategia de operaciones.

Las empresas, incluso antes de la transformación digital, consideraron la experiencia cotidiana al utilizar un enfoque ascendente para definir su estrategia de operaciones. Las nuevas tecnologías digitales permiten que este proceso sea más ágil y genere más volúmenes de datos. Puesto que algunos autores argumentan que los gerentes deben ser separados de las distracciones de las actividades cotidianas al definir la estrategia de operaciones [ 19 ], estos altos volúmenes de datos pueden tener un efecto negativo al definir una estrategia. Por otra parte, considerando que los mercados son intrínsecamente inestables a largo plazo, puede ser más importante mantenerse cerca de lo que está sucediendo en el mercado y adaptarse a cualquier circunstancia que se desarrolle [ 17 ] A pesar de las complejidades y perturbaciones que los datos reales pueden causar en el proceso de decisión, se cree que un modelo que considere estos datos, puede ayudar a la mayoría de los gerentes a entender lo que creen que deben estar haciendo. El propósito de estos datos no es cambiar la estrategia, sino introducir una mejora continua e incremental [ 19 ].

La definición de la estrategia de operaciones es esencial para producir y prestar productos y servicios de manera eficiente y obtener una ventaja competitiva [ 20 ]. Por lo tanto, establecer objetivos empresariales que dirijan a una empresa hacia su objetivo general, es crucial para que las empresas definan su proceso de transformaciones y la forma en que gestionan las operaciones. Estos objetivos estratégicos definen las prioridades competitivas y se utilizan para aplicar la estrategia de operaciones. Por otra parte, la estrategia se define de acuerdo con el propósito de las empresas, que podrían ser impulsadas por la tecnología, intensivas en comercialización, de bajo costo, entre otros [ 21 ], y están influenciados por los competidores, el mercado y la tecnología. Esto plantea otra cuestión que es saber cómo las tecnologías de transformación digital van a impactar en la definición de los objetivos estratégicos de una empresa, ya que promueven un flujo continuo de datos reales del mercado y de los competidores. ¿Necesitarían las empresas en el futuro una flexibilidad que les permita adaptarse y cambiar los objetivos estratégicos en consecuencia a los datos que se están alimentando de las tecnologías de transformación digital? Por ejemplo, una empresa que busca ofrecer productos y servicios a un precio competitivo, su objetivo estratégico sería la reducción de costos y la eficiencia del proceso. Si esta empresa recibe datos de mercado y de competencia que indiquen una tendencia para los productos de calidad, ¿cambiará eso su objetivo estratégico? Se cree que la respuesta es sí. Las empresas están obligadas a configurar continuamente su estrategia de operaciones con respecto a los cambios continuos en el mercado, con el fin de mantener una ventaja competitiva [ 22 ]. Por otra parte, la definición de los objetivos estratégicos de una empresa, como costo, calidad, ejecución y flexibilidad, está influida por los conocimientos específicos de la organización [ 23 ]. Así pues, la adquisición continua de conocimientos sobre el entorno empresarial interno y externo mediante tecnologías de transformación digital (por ejemplo, competidores, clientes y proveedores) es esencial para el rendimiento competitivo general de una empresa [ 24 ]. Además, las empresas que ofrecen productos y servicios competitivos que se ajustan a las necesidades y deseos del cliente están en una posición superior para crear una ventaja competitiva sostenible [ 25 ]. Sin embargo, si bien las empresas pueden adquirir, compartir y aplicar conocimientos para mejorar la estrategia de operaciones, tal vez necesiten poseer un modelo conceptual para asegurar resultados eficaces de esa integración.

Aunque se sugiere que las nuevas tecnologías de la transformación digital pueden tener un impacto positivo en la definición de la estrategia de operaciones, todavía faltan pruebas empíricas para demostrarlo. Desde el punto de vista de la gestión, las empresas deben considerar cuidadosamente cómo pueden utilizarse con éxito los datos de las tecnologías de transformación digital. Los gerentes necesitan estimular la adquisición, el intercambio y la aplicación de datos, y asegurar su alineación con la estrategia de negocio. También deben reconocer su importancia para la definición de la estrategia de operaciones. Además, deben garantizar una conversión dinámica entre conocimientos tácitos y explícitos, de modo que los valores que los altos directivos tienen de su experiencia y práctica puedan integrarse en el proceso de decisión. Esta es una cuestión clave, ya que la investigación demostró que los gerentes al tomar una decisión sobre las prioridades competitivas de estrategia de una empresa, considerado si se ajusta a su cultura organizacional específica [ 26 ]. Pero aún así, hay poca evidencia para concluir cómo los altos directivos reaccionarían a la integración de la transformación digital.

6 RESUMEN Y FUTUROS ACONTECIMIENTOS

El artículo discute los impactos de la Industria 4.0 en el campo OM, proporcionando evidencia de los beneficios de explorar este nuevo paradigma, y destaca por un marco y lentes alternativos. También argumenta que las tendencias y los retos relacionados con la Industria 4.0 deben ser probados y adaptados en el campo de la OM. Finalmente, permite sugerir la siguiente pregunta de investigación: «¿Son los actuales modelos y enfoques de Gestión de Operaciones adecuados para los paradigmas, tendencias y desafíos de la Industria 4.0? ».

Se demostró que la Industria 4.0 se basa en la integración de las tecnologías de la información y la comunicación en la cadena de valor de los productos y servicios innovadores a través de la interconectividad de las personas, los productos y los procesos. Sin embargo, este nuevo paradigma operacional requiere tener funcionalidades específicas para gestionar y controlar todos los procesos y recursos relacionados con la producción mediante un modelo específico. Esto demuestra ser clave para que la Gestión de Operaciones sea eficaz en un nuevo entorno de producción mundial digitalizado.

Aunque la transformación digital actual hace posible que los administradores accedan, almacenen y analicen grandes cantidades de datos relacionados con el proceso, su potencial de creación de valor a nivel de la estrategia de operaciones sigue sin estar claro. Los desafíos surgen a nivel de la estrategia de operaciones, como la necesidad de equilibrar el conocimiento explícito con el conocimiento tácito. Por lo tanto, aunque la investigación actual todavía no proporcione una respuesta a tal demanda, se necesita más investigación para comprender plenamente las implicaciones del paradigma de la Industria 4.0 sobre el OM, y, más específicamente, para entender aún más cómo esta transformación digital va a afectar la definición de la estrategia de operaciones.