¿Cuál es el objetivo principal de la iniciativa Industria 4.0?

La Industria 4.0 describe la visión de un futuro sistema de producción; es una revolución inevitable y un cambio radical que abarca una amplia gama de tecnologías innovadoras y todos los sectores. La industria 4.0 aporta importantes ventajas a las organizaciones, como el análisis de datos en tiempo real, el aumento de la visibilidad, la supervisión autónoma, el aumento de la productividad y la competitividad.

Las características clave de la Industria 4.0 son la colaboración y la integración de los sistemas, tanto horizontales como verticales. La innovación desempeña un papel esencial en las organizaciones, los sectores y los países.

La industria 4.0 tiene un enorme efecto potencial en muchas áreas, y su aplicación tendrá un impacto en la transformación del entorno de trabajo. La industria 4.0 conduce a potenciales en tres dimensiones de sostenibilidad.

Fábricas inteligentes, M-2-M, robots inteligentes, etc., estas tecnologías ayudan a la industria 4.0 a separarse rápidamente del resto. En cambio, existen algunos obstáculos para la aplicación de la Industria 4.0, por ejemplo, limitaciones financieras, competencia técnica, restricciones organizativas.

1. Introducción

Los temas relacionados con la Industria 4.0 se discuten constantemente entre investigadores, empresarios, representantes de agencias gubernamentales y organizaciones públicas. Concretamente, los efectos del paradigma de la Industria 4.0 en las economías mundial y nacional, las industrias individuales, el empleo y los mercados de capital están atrayendo cada vez más la atención de los economistas. El entorno industrial mundial se ha transformado drásticamente en los últimos años como resultado de los avances tecnológicos y las invenciones. La industria 4.0 puede compararse con tres revoluciones industriales que ocurrieron en los siglos anteriores y representan los cambios disruptivos más significativos en la fabricación como resultado de los avances tecnológicos [ 1 ].

El advenimiento de la máquina de vapor aceleró la Primera Revolución Industrial, que comenzó en Gran Bretaña a mediados del siglo XVIII. La Segunda Revolución Industrial surgió en Europa y Estados Unidos a mediados del siglo XIX. Esta revolución se había caracterizado por la fabricación en masa y la sustitución de la energía química y eléctrica por el vapor. Se habían desarrollado muchas tecnologías y mecanización para satisfacer el aumento de la demanda, lo que permitía aumentar la productividad [ 2 ]. La Tercera Revolución Industrial fue desencadenada por la creación del Circuito Integrado (microchip). El uso de la electrónica y la tecnología de la información para lograr una mayor automatización en la fabricación es una característica significativa de esta revolución, que surgió en muchos países industrializados de todo el mundo en los últimos años del siglo XX [ 1 ].

Cada revolución industrial se centró en impulsar la productividad. Las tres primeras revoluciones industriales tuvieron un impacto significativo en las operaciones industriales, permitiendo una mayor productividad y eficiencia mediante la utilización de avances tecnológicos innovadores, como los motores de vapor, la electricidad y la tecnología digital [ 3 ]. La industria 4.0, que en última instancia podría denominarse la cuarta revolución industrial, es un marco muy complejo que se ha debatido y descubierto con frecuencia. Tiene un impacto significativo en el sector industrial porque introduce mejoras relevantes relacionadas con las fábricas inteligentes y futuras. Este concepto en desarrollo de la Industria 4.0 es un término general para un nuevo paradigma industrial que incluye los Sistemas Ciber-Físicos (CPS), Internet de las Cosas (IoT), Internet de los Servicios (IoS), Robótica, Big Data, Fabricación en Nube y Realidad Aumentada, etc. [ 4 ].

La adopción de estas tecnologías, que reunirán a los mundos digital y físico mediante la adopción de un conjunto de futuros desarrollos industriales, es esencial para el desarrollo de nuevos procesos industriales inteligentes. Esta adopción incluye dispositivos, máquinas, módulos de producción y productos que pueden intercambiar información y controlarse mutuamente de forma independiente, lo que resulta en un entorno de fabricación inteligente [ 5 ]. Este nuevo enfoque permitirá la mejora de la productividad y la eficiencia, con enormes efectos potenciales, y apoyará un conjunto de oportunidades económicas y sociales entre las empresas que están adoptando este nuevo paradigma manufacturero [ 1 ].

Este capítulo pretende proporcionar una visión clara de la evolución actual dentro del fenómeno Industria 4.0, debido a la inconsistencia dentro de la literatura existente, algunos subrayan los efectos positivos de Industria 4.0, mientras que otros, negativos. Como resultado, el propósito de nuestra investigación es proporcionar una explicación completa del paradigma de la Industria 4.0, así como determinar si es apropiado o no que las empresas, accionistas y países adopten este nuevo enfoque. Este capítulo da una revisión de la Industria 4.0 y las definiciones en la literatura, así como introduce un resumen sobre los principales componentes de la Industria 4.0. Además, la metodología de investigación de este capítulo se basó en trabajos relacionados con la Industria 4.0, que son las referencias más recientes y citadas. Así como este estudio difiere de estudios anteriores en varios aspectos, como se muestra en 1) Lleva a cabo un estudio exhaustivo de todas las tecnologías o aplicaciones de la Cuarta Revolución Industrial, mientras que la literatura anterior se centró en una o unas pocas tecnologías. 2) Realiza un estudio de caso de KUKA Corporation, una empresa pionera en las tecnologías de fabricación y aplicaciones de la Cuarta Revolución Industrial.

Por lo tanto, este capítulo está estructurado en siete secciones. Después de esta introducción sobre el fenómeno Industria 4.0. La sección 2 responde a la pregunta “¿Qué es la industria 4.0?”, presentando dos puntos: una visión general o antecedentes sobre la industria 4.0, y proporciona una definición completa de este concepto, sus visiones. Los principales facilitadores de tecnología de la Industria 4.0 o componentes de las características de la Industria 4.0 se describen en la sección 3, que se divide en diez partes. Las características de la Industria 4.0 figuran en la sección 4. En la sección 5 se analizan los efectos y la influencia de este nuevo paradigma industrial: el sector industrial, los modelos y mercados empresariales, el entorno laboral, las aptitudes laborales, la economía y la sostenibilidad, las cadenas de valor y las cadenas de suministro. Mientras que la Sección 6 presenta los principales impulsores y obstáculos o barreras del concepto Industria 4.0; también, esta parte presenta una experiencia pionera en la implementación de las aplicaciones de la tecnología de la Cuarta Revolución Industrial “Corporación KUKA”. Finalmente, la Sección 7 extrae las principales conclusiones y hallazgos de la visión e implicaciones de la Industria 4.0.

2. ¿Qué es la industria 4.0?

2.1 Una visión general de la industria 4.0

Ha habido tres revoluciones industriales anteriores que han dado lugar a una transformación en los patrones de fabricación: la mecanización a través del agua y la energía de vapor, la producción en masa en las líneas de montaje, y la automatización a través de la informática y la tecnología de la información [ 6 ].

La primera revolución industrial (Industria 1.0) fue desarrollado en el Reino Unido a finales del siglo XVIII con el advenimiento de la energía de agua y vapor y la mecanización de la producción. Fue el avance más significativo en la productividad humana, lo que contribuyó considerablemente a la producción mecánica y mejoró considerablemente la agricultura y el comercio. Donde los motores de vapor podrían ser utilizados para la energía. Acontecimientos como el vapor o la locomotora a vapor produjeron nuevos cambios masivos porque los seres humanos y los bienes podían moverse grandes distancias en menos horas [ 4 ]. Entonces, fue seguido por el segundo ( Industria 2.0 ) a principios del siglo XIX, que introdujo las máquinas eléctricas y la producción de la línea de montaje, que se describe como el período en que la fabricación en masa se convirtió en el estilo dominante de la producción en general. La introducción de los ferrocarriles en el sistema industrial contó con la ayuda de la fabricación en masa de acero, que a su vez contribuyó a la producción en masa [ 7 ]. La tercera revolución industrial ( Industria 3.0 ) tuvo lugar en la década de 1970 al adoptar la electrónica y los dispositivos dentro de las máquinas, lo que llevó a desarrollar la automatización y los robots dentro del proceso de fabricación. La Industria 3.0 se desarrolló con la introducción de la Revolución Digital, que es más conocida que la Industria 1.0 y 2.0, ya que la mayoría de las personas hoy en día están familiarizados con industrias que dependen de la tecnología digital en la producción [ 4 ].

Los Cuarta revolución industrial se está aplicando actualmente. Esto también se conoce como “Industria 4.0”, y se define por el uso de la tecnología de la información y las comunicaciones en la industria. Se basa en los avances de la Tercera Revolución Industrial. Los sistemas de producción que utilizan tecnología informática son mejorados por un enlace de red y, en cierto sentido, tienen un gemelo digital en Internet. Estos permiten la comunicación con otros sistemas, así como la producción de datos sobre sí mismos. Esta es la siguiente fase en la automatización de la producción [ 8 ].

Todos los sistemas están conectados, resultando en “sistemas de producción ciberfísica” y, como resultado, fábricas inteligentes, en las que los sistemas de producción, componentes y personas interactúan a través de una red y la producción es casi autónoma. Cuando estos facilitadores se combinan, la Industria 4.0 tiene el potencial de ofrecer algunas mejoras increíbles en los entornos de fabricación. Las máquinas que pueden prever fallos e iniciar operaciones de mantenimiento por sí solas, por ejemplo, o la logística autoorganizada que se adapta a cambios inesperados en la producción son ejemplos ( Gráfico 1 ) [ 9 ].

Representa una ilustración gráfica de las revoluciones industriales en general. Fuente: Construida por el autor.

También tiene la capacidad de alterar los hábitos de trabajo de la gente. La industria 4.0 puede atraer a las personas a redes más inteligentes, lo que podría conducir a un trabajo más eficiente. La digitalización del entorno de fabricación proporciona medios más flexibles para proporcionar la información adecuada a la persona adecuada en el momento adecuado. El personal de mantenimiento puede recibir ahora la documentación de equipos y el historial de servicios más rápidamente y en el punto de uso, gracias al creciente uso de dispositivos digitales dentro de las fábricas y en el campo. El personal de mantenimiento prefiere dedicar su tiempo a abordar las cuestiones en lugar de perder el tiempo en busca de conocimientos técnicos [ 10 ].

En un resumen, Industry 4.0 es un cambio de juego en el mundo industrial. La fabricación cambiará como resultado de la digitalización, incluyendo cómo se fabrican y entregan las cosas, así como cómo se mantienen y mejoran los productos. Como resultado, puede legítimamente pretender ser el comienzo de la cuarta revolución industrial. La industria 4.0 está tomando forma actualmente y sus tecnologías de apoyo, como Internet de las Cosas (IoT) y Cloud Manufacturing (CM), están, sin embargo, mal definidas y sub-investigadas.

2.2 Industria de la definición 4.0

La industria 4.0 es más conocida como la cuarta revolución industrial y describe la visión de un futuro sistema de producción. La idea de Industria 4.0 fue establecida por un grupo de profesionales de varias profesiones (como negocios, política y academia) como parte de un esfuerzo por integrar todos los sistemas de industrias manufactureras para lograr la sostenibilidad. El gobierno alemán aprobó e implementó inicialmente oficialmente la industria 4.0 para apoyar la automatización en la fabricación, e impulsar la competitividad alemana en la industria manufacturera. Esencialmente, como resultado de la Industria 4.0, las operaciones y manufacturas serán más eficientes y menos costosas. Esto se logra mediante el simple intercambio de información, el control integrado de los bienes y equipos industriales, que funcionan de manera sincrónica e inteligente en la interoperabilidad [ 11 ]. Sin embargo, varios investigadores tienen diferentes percepciones del significado de la industria 4.0.

Kagermann, et al. [ 12 ] subrayan que la industria 4 utiliza el poder de la tecnología de las comunicaciones y las invenciones innovadoras para impulsar el desarrollo de la industria manufacturera. Corresponde a Kagermann et al., las principales características de la idea de la industria 4.0 se caracterizan por tres aspectos: (1) integración horizontal, (2) integración vertical y (3) integración digital de extremo a extremo de la ingeniería. Qin, Liu, y Grosvenor [ 13 ] hacer hincapié en que la industria 4.0 fomenta la eficiencia de la fabricación mediante la recopilación de datos, la toma de decisiones correctas. Mediante el uso de las tecnologías más avanzadas, los procedimientos serán más fáciles. Capacidad operativa de interoperabilidad para garantizar un entorno de fabricación estable. Esta conciencia general le da a la Industria 4.0 el aspecto más importante de las funciones inteligentes artificiales.

La Cuarta Revolución Industrial, 4IR, o Industria 4.0 conceptualiza el cambio rápido a la tecnología, las industrias y los patrones y procesos sociales en el siglo XXI debido a la creciente interconectividad y automatización inteligente [ 14 ]. Schwab señaló que la Industria 4.0 es uno de los conceptos más importantes en el desarrollo de la industria mundial y la economía mundial, enfatiza que, la Industria 4.0 está diferenciada por algunas características de las nuevas tecnologías, la mejora de las tecnologías está trayendo efectos significativos en las industrias, las economías y los planes de desarrollo de los gobiernos [ 15 ]. La industria 4.0 también denota una transformación social, política y económica de la era digital de finales de los años 90 y principios de los años 2000 a una era de conexión incrustada marcada por un uso tecnológico generalizado (por ejemplo, un metaverso). Que, en comparación con los sentidos inherentes a los humanos y la capacidad industrial por sí solos, hemos construido y estamos entrando en una realidad social aumentada [ 16 ].

Wang y otros, [ 17 ] definió la cuarta revolución industrial como las modernas y más sofisticadas máquinas y herramientas con software avanzado y sensores en red que se pueden utilizar para planificar, predecir, ajustar y controlar el resultado social y los modelos de negocio. Por lo tanto, la Industria 4.0 es una ventaja para mantener la competitividad en cualquier industria. Además, la Industria 4.0 puede percibirse como una estrategia para ser competitiva en el futuro. Se centra en la optimización de las cadenas de valor debido a la producción autónoma y dinámica [ 18 ]. Además, la industria 4.0 es posible indicar tres temas de interés para el futuro relacionados con ella, tales como: abordar la complejidad, la capacidad de innovación y la flexibilidad [ 19 ].

Según los conceptos anteriores, la mayoría de los investigadores consideraban que los sistemas cibernéticos (CPS), Internet de las cosas (IoT), Internet industrial y otros temas formaban parte de la Industria 4.0. Numerosos autores también hicieron hincapié en la Industria 4.0 sobre el costo y la rentabilidad de la información de alta tecnología y los servicios inteligentes creados recientemente. Según investigaciones anteriores sobre la Industria 4.0, el primer foco se centró principalmente en el sector industrial manufacturero, pero muchas industrias están adoptando ahora la Industria 4.0, incluyendo la automoción, la ingeniería, la química y la electrónica. Como resultado, la Industria 4.0 está agregando ideas existentes en una cadena de valor diferente que conduce a una mejora en la transformación de cadenas de valor enteras de los ciclos de vida de los bienes al tiempo que desarrolla productos innovadores en la fabricación, que implican la conexión de sistemas y cosas que crean auto-organización y control dinámico dentro de la organización.

La industria 4.0, a menudo conocida como la cuarta revolución industrial, es la visión o escenario de un futuro proceso de producción caracterizado por nuevos niveles de control, organización y transformación de toda la cadena de valor con el ciclo de vida de los productos a través de tres tipos de integración efectiva: horizontal, vertical y de extremo a extremo de la integración de la ingeniería, lo que resulta en una mayor productividad y flexibilidad, la industria 4.0 conduce a la optimización y reducción de costos [ 11 ]. Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS), Internet de las Cosas (IoT), inteligencia artificial (AI), fabricación aditiva, computación en la nube y otras tecnologías se combinan para construir redes de valor dinámicas, optimizadas en tiempo real y auto-organizadas entre empresas. Todos estos componentes son necesarios e integrales al concepto de Industria Futurista 4.0.

3. Componentes de la industria 4.0 y las tecnologías facilitadoras clave

La industria 4.0 es un patrón técnico complicado caracterizado principalmente por la conexión, integración y digitalización industrial, destacando las posibilidades de integrar todos los componentes en un sistema de valor añadido. La tecnología de fabricación digital, la tecnología de comunicación en red, la tecnología informática y la tecnología de automatización están incluidas en este enfoque. Los avances tecnológicos de la industria 4.0 están desdibujando las líneas entre los mundos digital y físico mediante la fusión de agentes humanos y de máquinas, materiales, productos, sistemas de producción y procesos [ 20 ]. La industria 4.0 permite rápidos avances tecnológicos en una variedad de áreas; sin embargo, la cuarta revolución industrial emergente se está configurando en gran medida por la integración técnica de los sistemas cibernéticos en los procesos de fabricación, así como el uso de la Internet de las cosas y los servicios en los procesos industriales [ 1 ]. Como resultado, en esta sección se ofrece una breve visión general de cada uno de los principales impulsores tecnológicos de la industria 4.0. También proporciona información sobre los componentes básicos de la Industria 4.0 o los facilitadores de tecnologías clave para la Industria 4.0, que consta de 10 componentes.

3.1 Sistema ciberfísico (SCP)

Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) son la combinación de procesos computacionales y físicos, que son componentes esenciales de las implementaciones de la Industria 4.0. Integran las capacidades de imagen y control en los sistemas pertinentes. La capacidad de estos sistemas para responder a cualquier entrada generada es una característica clave. Proporcionan un control y verificación rápidos de la retroalimentación del proceso a fin de generar resultados previstos. Bergera et al. (2016) define los sistemas de sensores ciberfísicos como parte del ciberespacio, tipos especiales de sistemas integrados, basados en sistemas de software potentes, permiten la integración en redes digitales y generan características totalmente nuevas del sistema [ 21 ]. En términos generales, la evolución de un CPS se caracteriza por tres fases. Las tecnologías de identificación se incluyen en los SCP de primera generación. El CPS de segunda generación está equipado con algunos sensores y actuadores con un número limitado de funciones. En la tercera generación CPS, los datos se mantienen y analizan además de configurar el equipo. El CPS tiene muchos sensores y actuadores y está destinado a ser compatible con la red. Los CPS ofrecen varias características [ 19 ].

El CPS tiene varios sensores y actuadores y está destinado a operar con una red. Los CPS tienen características que incluyen un acceso más rápido a la información, mantenimiento preventivo, toma de decisiones predefinida y procesos de optimización. Además, los CPS pueden aumentar la conciencia y la conciencia de los consumidores. Por el contrario, el CPS tiene ciertas cuestiones de seguridad, lo que significa que un mayor uso sin duda dará lugar a un aumento de los peligros. Se señaló que el equipo CPS podía provocar cambios perturbadores en la sociedad, ya que los entornos inteligentes de asistencia o autónomos podían causar enfermedades mentales, lo que podía dar lugar a sesgos hacia la adopción y el uso de nuevas tecnologías [ 21 ]. Los Sistemas Ciberfísicos han consistido en dos componentes clave: i) Un entorno virtual construido a través de la simulación computarizada de elementos y acciones en el mundo actual, y ii) una red de objetos y sistemas que interactúan entre sí a través de Internet con una dirección designada [ 4 ].

3.2 Sistemas en la nube (CS)

El término “nube” se utiliza para aplicaciones, por ejemplo, servicios remotos, gestión de color y aplicaciones de benchmarking de rendimiento. Ha recibido una atención notable de la comunidad de TI, y su papel en otras áreas de negocio seguirá creciendo. Las máquinas, la gestión de datos y la funcionalidad seguirán pasando de las formas tradicionales a las soluciones basadas en la nube a medida que mejore la tecnología. La nube permite una distribución significativamente más rápida que los sistemas autónomos, así como actualizaciones rápidas, modelos de rendimiento actuales y otras posibilidades de entrega [ 19 ].

La industria ha encontrado un cambio significativo hacia soluciones en la nube, que continuarán desarrollando y representan un desafío sustancial para los métodos tradicionales de almacenamiento de datos. La tecnología Cloud es el servicio de almacenamiento en línea más básico que proporciona comodidad operativa con aplicaciones basadas en la web que no requieren ninguna instalación. La computación en nube se refiere al proceso de almacenamiento de todas las aplicaciones, programas y datos en un servidor virtual. Mejora la eficiencia al garantizar que los proveedores de insumos, los empleados y los consumidores tengan acceso a la misma información al mismo tiempo [ 22 ]. Los sistemas en la nube reducen los costos, simplifican la infraestructura, amplían las áreas de trabajo, salvaguardan los datos y permiten el acceso instantáneo a la información. Hay cuatro tipos de sistema, principalmente: i) Nube pública; ii) Nube privada; iii) Nube híbrida (combinación de nubes públicas y privadas); 4) Nube comunitaria (esto se refiere a la cooperación de cualquier servicio en la nube con unas pocas empresas) [ 9 ].

Los sistemas en la nube son una excelente fuente de soluciones de gestión de Big Data (que podrían ser organizadas o no estructuradas). Debido a que las computadoras tradicionales pueden no ser capaces de gestionar grandes cantidades de datos, el uso de un sistema en la nube para hacer el análisis necesario, sería mucho más fácil y más eficiente. Como resultado, el análisis de datos y los sistemas de nube deben ser componentes ineludibles de la Industria 4.0. La integración de robots conectados a la nube en la vida cotidiana, así como su impacto, es considerable [ 4 ].

3.3 Comunicación máquina a máquina (M2M)

Máquina a máquina (M2M), se refiere a la tecnología que permite la comunicación directa entre dispositivos utilizando cualquier canal, cableado o inalámbrico. La comunicación máquina a máquina puede incluir instrumentación industrial y comunicaciones personales [ 23 ]. El M2M también se considera un componente esencial de la Industria 4.0. Máquina a máquina (M2M) es una tecnología que permite a los dispositivos comunicarse directamente entre sí a través de cualquier canal, cableado o inalámbrico. La comunicación máquina a máquina puede incluir instrumentación industrial y redes personales. El M2M también se considera un componente esencial de la Industria 4.0. Las aplicaciones están orientadas a añadir valor a las empresas mediante la introducción de flujos de ingresos alternativos y la reducción de los costes operativos [ 24 ].

Ackermann (2013) afirma claramente que las operaciones M2M deben permitir aspectos con diferentes organizaciones en red, como i) prestación de servicios a distancia y gestión de información sobre activos, que proporcionan apoyo a la federación de información y al ciclo de vida. ii) Vehículos conectados, que crean relaciones e interacciones. iii) Smart Vending, que incluye la venta al por menor, la cadena de suministro y los subelementos asociados [ 4 ]. La visión M2M ha planteado una serie de problemas, incluyendo el establecimiento de ajustes inteligentes, arquitectura inteligente y una red inteligente con sensores inalámbricos, así como el desarrollo de un lenguaje de comunicación entre máquinas y humanos, así como entre humanos en diferentes ubicaciones [ 23 ].

3.4 Internet de las cosas e Internet de los servicios

Internet de las cosas (IoT) es un concepto emergente que combina diversas tecnologías y técnicas, basadas en la interacción entre las cosas físicas e Internet. El avance de la tecnología en las últimas décadas ha permitido que Internet se expanda a un nuevo nivel conocido como “objetos inteligentes”, que es la base de una visión de IoT, para esto, el modelo novedoso consiste en otorgar cosas ordinarias con inteligencia, permitiéndoles no sólo acumular información y cooperar con su entorno, sino también estar interrelacionados con otros elementos, comunicar información, y llevar a cabo un preliminar a través de Internet. El creciente interés en este campo, que es ampliamente considerado como uno de los principales impulsores de la Industria 4.0, ha producido el desarrollo de una serie de visiones y definiciones para (IoT) [ 1 ].

Internet of Things (IoT) se refiere a la interconexión de dispositivos físicos, automóviles, edificios y otras entidades que están equipadas con electrónica, software, sensores, actuadores y conexiones de red para recopilar y compartir datos para crear un entorno de fabricación inteligente, también conocido como una fábrica inteligente [ 25 ]. Además, el concepto de “Internet de Servicios (IoS)” adopta un enfoque similar al IoT, pero lo aplica a los servicios en lugar de a los activos físicos. La idea de Internet de los Servicios (IoS) abrirá nuevas perspectivas para el sector de los servicios proporcionando una base comercial y tecnológica para la construcción de redes comerciales entre proveedores de servicios y clientes [ 4 ].

La expansión del IoT en contextos industriales y cadenas de valor dará varias oportunidades a los usuarios, fabricantes y empresas, teniendo una influencia significativa en una variedad de industrias. El Internet de las Cosas está abriendo nuevos caminos, con un montón de nuevas aplicaciones emergiendo alrededor de tres pilares clave: i) optimización de procesos; ii) optimización de recursos, y iii) construcción de sofisticados sistemas autónomos. La tecnología IoT continuará evolucionando y extendiéndose, permitiendo que los objetos se vuelvan más inteligentes, más confiables y autónomos, permitiendo el suministro de productos y servicios de mayor valor [ 1 ]. Por otra parte, la eficacia de la Industria 4.0 depende de la infraestructura de red existente, la inteligencia y el conocimiento humano incorporados en el sistema [ 22 ].

3.5 Fábricas inteligentes o fabricación inteligente

Fábricas inteligentes o Smart Manufacturing es un tipo de fabricación que tiene como objetivo mejorar la creación de conceptos, la producción y las interacciones de productos, pasando de los métodos tradicionales a los sistemas automatizados y digitalizados. Su objetivo es aprovechar las tecnologías avanzadas de información y fabricación para operar y producir una producción totalmente flexible a la mayor velocidad requerida [ 6 ].

“Fábricas oscuras”, “luz de fábrica” y “fábricas no tripuladas” son todos los términos utilizados para describir fábricas inteligentes, este sistema está integrado con la pequeña intervención de seres humanos. El individuo está entrando en estos sistemas principalmente en las etapas de resolución de problemas. El concepto conocido como Lights out (oscuridad) o fábricas no tripuladas hoy en día es una automatización y una autonomía mejorada metodologías incluyendo equipos utilizados en fábricas que operan activamente la producción [ 4 , 26 ]. La característica más famosa de las fábricas oscuras es que no necesitan poder humano. En las fábricas no tripuladas, no hay tiempo suficiente para entrar en la planta desde la materia prima hasta la salida de la fábrica. Es decir, que en estas fábricas, la producción se lleva a cabo enteramente con sistemas robóticos [ 18 ]. Es evidente que las fábricas inteligentes tendrán las características y los procedimientos requeridos por la Cuarta Revolución Industrial. Y estos procesos, que son de gran importancia para nuestro futuro de producción. Además, la actividad esencial para generar una fábrica inteligente que funciona en el marco de la Industria 4.0 es la integración de diferentes otros componentes, como big data, CPS, cloud, IoT, M2M, etc. [ 4 ].

Hay muchos desafíos que determinan la formación de fábricas inteligentes, tales como la disponibilidad de energía y su suministro, la eficiencia de la mano de obra, y la disponibilidad de la infraestructura tecnológica necesaria para cambiar hacia fábricas inteligentes. Por otra parte, estas fábricas tendrán un impacto negativo en el empleo existente y aumentarán las tasas de desempleo [ 7 ].

3.6 Big data y minería de datos

Big data está siendo generada continuamente por todo en ambientes. Cada proceso digital y el intercambio de medios sociales producen datos. Los sistemas, sensores y dispositivos móviles los transmiten. Los grandes datos están llegando de múltiples fuentes a una velocidad, volumen y variedad alarmantes. Para extraer valor significativo de los big data, se necesita una potencia de procesamiento óptima, capacidades analíticas, además de habilidades de gestión de la información [ 4 ]. Una abundancia de datos heterogéneos abunda en el mundo que nos rodea. Sin aplicar correctamente la tecnología de extracción de datos, parece imposible hacer que esta atmósfera sea agudamente inteligente. Con la automatización actual, la minería de datos se puede supervisar, no supervisar o reforzar el aprendizaje. Cuando se ejecuta en numerosas capas de una manera jerárquica, el aprendizaje asistido por computadora se vuelve más exacto. Machine Learning es el proceso de extracción automática de características a través del aprendizaje supervisado o no supervisado de manera jerárquica (ML) [ 27 ].

3.7 Robótica inteligente

Cada día surgen nuevos bienes y sistemas como resultado de los avances tecnológicos. Automóviles voladores, televisión holográfica, y cientos de dispositivos eléctricos para ser implantados en el cuerpo humano son todas las posibilidades [ 26 ]. Los robots humanoides formarán parte de la vida cotidiana en un futuro no muy lejano. Las innovaciones recientes han dado lugar a habilidades que empoderan a los robots para controlar su entorno. La inteligencia artificial contribuirá al desarrollo de equipos de robots que cooperen y colaboren en la realización de determinadas tareas definidas con un propósito específico [ 28 ].

La implementación de un robot colaborativo en una fábrica proporcionará varios beneficios a la empresa, incluyendo i) impedir que los seres humanos realicen trabajo repetitivo, no ergónico y peligroso; ii) producir productos de alta calidad con una relación costo-beneficio favorable al mismo tiempo que aumenta la productividad; y iii) aumentar la competitividad en comparación con los países con mano de obra barata [ 29 ]. Cuando un robot se utiliza en un proceso productivo, los beneficios de la utilización del robot se combinan con el esfuerzo de un operador. No hay trabajo en equipo entre el hombre y el robot en el primer nivel. El lugar de trabajo es totalmente compartido entre el hombre y el robot en el nivel final [ 30 ].

3.8 Realidad aumentada y simulación

Simulación , los datos obtenidos y procesados de los big data y los sistemas en la nube pueden utilizarse como fuente de información para un modelo virtual a fin de evaluar todos los posibles escenarios relacionados con el diseño, desarrollo y producción del producto. La simulación se utiliza ampliamente en modelos de negocio para aprovechar los datos disponibles en tiempo real y simular el mundo real de trabajo en un ecosistema virtual. Las pruebas de procesos y la optimización mediante la simulación permiten a las personas reducir el cambio de negocio, el riesgo, el tiempo de configuración y mejorar el control de calidad para futuros procesos y servicios, incluso antes de la implementación de ajustes en el mundo físico actual [ 22 ].

La simulación y la realidad aumentada (AR) es un tipo de realidad mejorada en la que las visiones directas o indirectas en vivo de los entornos físicos del mundo real se incrementan con imágenes generadas por computadora proyectadas encima de ellos. Las aplicaciones de la industria 4.0 dependen en gran medida de esta tecnología. Esta tecnología innovadora, que es crítica para la revolución industrial, fue creada combinando operaciones reales e industrias de simulación [ 4 ]. Estas estrategias tienen muchas ventajas, especialmente cuando se trata de crear productos y procesos de fabricación. Una de las tecnologías de vanguardia incluidas en la tendencia Industria 4.0 es la realidad aumentada, que es particularmente útil para producir funciones de fabricación inteligentes [ 28 ].

3.9 Planificación de los recursos institucionales e inteligencia empresarial

La planificación de los recursos institucionales se refiere a los sistemas de información diseñados para integrar y emplear eficientemente todos los recursos de una organización. Un software ERP es un sistema que ayuda a una organización a reunir procesos y datos que se ejecutan en todos los procesos (proveedores, producción, existencias, ventas). Los sistemas de planificación de los recursos institucionales pueden proporcionar un enfoque integrado del uso de la información, comenzar a pronosticar y extraer información, que puede utilizarse en diversos departamentos [ 4 ]. Hay una conexión entre big data e Industry 4.0, Manufacturing Executive Systems (MES), cloud systems y ERP están integrados. Es fundamental que todos los procedimientos en la etapa de diseño, así como el viaje del cliente, sean compatibles con el enfoque Industry 4.0. El proceso de planificación de los recursos institucionales es también un componente vital de este marco [ 28 ].

La idea de Industria 4.0 requiere criterios de conexión y colaboración. La retroalimentación de los usuarios finales es fundamental, al igual que proporcionar un valor adicional inmediato a todas las partes interesadas. Para que la personalización sea posible, los sistemas de red deben ser inteligentes [ 22 ]. Un operador de telecomunicaciones puede ser capaz de analizar el rendimiento de la red durante las fluctuaciones y utilizar escenarios preventivos para reducir la insatisfacción de los clientes. Un sistema de planificación de los recursos institucionales bien estructurado puede permitir estas características. Los sistemas de planificación de los recursos institucionales pueden ayudar con las implementaciones de la industria 4.0, especialmente como resultado de las siguientes ventajas: i) se pueden evaluar los datos en tiempo real y permitir su detección temprana; ii) los sistemas de planificación de los recursos institucionales pueden proporcionar transparencia en las ventas y compras; iii) las aplicaciones móviles pueden utilizar los datos de planificación de los recursos institucionales para comunicarse; iv) se puede lograr una utilización óptima de los recursos en diferentes descripciones de funciones; v) los clientes pueden realizar un seguimiento de sus pedidos en línea y recibir la información necesaria rápidamente [ 4 ].

3.10 Sistema inteligente de desarrollo de productos virtuales (SVPD)

El sistema Smart Virtual Product Development (SVPD) es una tecnología de soporte para decisiones de desarrollo de productos que ahorra, utiliza y comparte el conocimiento experiencial de eventos de decisión anteriores en forma de SOE. Fue creado para abordar el requisito de conocimiento digital capturado en el diseño de productos de fabricación inteligente, planificación de producción y planificación de inspección. Como resultado, se mejorará la calidad del producto y el tiempo de desarrollo, como lo exigen los conceptos de la Industria 4.0 [ 31 ].

4. Características de la industria 4.0

El progreso fundamental de la fabricación tradicional hacia la Industria 4.0 concluyó en cuatro características y características clave [ 32 1) la creación de redes verticales de sistemas de fabricación inteligente; 2) la integración horizontal a través de una nueva generación de redes mundiales de la cadena de valor; 3) la ingeniería a lo largo de toda la cadena de valor; y 4) el impacto de las tecnologías exponenciales.

4.1 Red vertical de producción inteligente

La primera característica principal de la industria 4.0 es la red vertical de sistemas de fabricación inteligentes. La integración vertical en la Industria 4.0 establece una conexión entre los muchos niveles de la industria, desde el piso de fabricación hacia arriba, pasando por el monitoreo, control y supervisión de la producción, la gestión de la calidad, las operaciones, la gestión de productos, el procesamiento, etc. Esta interconexión en todos los niveles corporativos proporciona un flujo de datos fluido y transparente, que permite opciones estratégicas y tácticas basadas en datos [ 20 ]. Por lo tanto, el principal objetivo de las redes verticales es utilizar los sistemas de producción ciberfísica (CPPS), para que las industrias puedan responder rápidamente a los cambios inesperados de orden derivados de las fluctuaciones de la demanda, la falta de equipo o la escasez de existencias. La creación de redes verticales mejora la capacidad de una organización para adaptarse adecuadamente a los cambios en las necesidades del mercado y beneficiarse de nuevas posibilidades [ 22 ].

Además, facilita la vinculación de los recursos con los bienes y la búsqueda de suministros y piezas en cualquier momento. Del mismo modo, los datos de procesamiento, anomalías y defectos de varias etapas de procesamiento de la línea de fabricación se capturan y registran automáticamente, lo que permite respuestas rápidas a cambios de orden, variaciones de calidad e incluso averías de maquinaria. Como consecuencia de ello, se reducen los desechos y se mejora la eficiencia de los recursos, en particular en lo que respecta al uso de materiales, el consumo de energía y los recursos humanos [ 28 ].

4.2 Integración horizontal a través de una nueva generación de redes mundiales de la cadena de valor

En el concepto Industria 4.0, la integración horizontal se refiere a la red de diversos procesos, empresas y servicios que conforman la cadena de valor global de un producto. Esto puede considerarse a nivel de producción como una consolidación total de todos los procesos de fabricación asociados. La integración vertical, por otra parte, se refiere a un alto nivel de coordinación entre los niveles de producción y los niveles superiores de gestión, como la gestión de la calidad, la gestión de los productos y el control de la producción [ 33 ].

La integración horizontal en una empresa de la Industria 4.0 se produce en diferentes niveles: suelo de producción, múltiples instalaciones de producción y cadena de valor completa. Cada máquina conectada o unidad de producción se convierte en un nodo con propiedades bien definidas dentro de la red de producción. Estos nodos comunican continuamente su estado para responder de forma autónoma a los requerimientos dinámicos de producción de manera rentable y reducir el tiempo de inactividad del sistema a través del mantenimiento predictivo. Si una empresa posee varios lugares de producción, la integración horizontal permite compartir los niveles de inventario y los retrasos inesperados, y posiblemente redistribuir el trabajo entre instalaciones de propiedad para responder a las fluctuaciones de la demanda del mercado rápidamente o aumentar la eficiencia y la velocidad del proceso de producción. Sin embargo, la integración horizontal más crítica y global sigue siendo la integración en toda la cadena de valor [ 12 ].

La industria 4.0 ofrece una colaboración altamente automatizada y transparente en toda la cadena de valor, utilizando CPPS, desde el ensamblaje entrante, el envasado, el almacenamiento, la producción, el control de calidad, la comercialización y las ventas, hasta la distribución saliente, la logística y los servicios minoristas. La integración horizontal en todas estas actividades crea una cadena de valor transparente que se actualiza en tiempo real. Por lo tanto, esta característica proporciona un alto nivel de flexibilidad para responder más rápidamente a las cambiantes demandas, deficiencias y problemas del mercado, facilita la optimización del proceso de producción, aumenta su eficiencia y reduce los residuos generados [ 17 ]. Además, el hecho de que cualquier parte o historia del producto esté registrada y se pueda acceder a ella en cualquier momento garantiza una trazabilidad constante, también conocida como “memoria de producto” [ 19 ].

4.3 Ingeniería a lo largo de toda la vida en toda la cadena de valor

Entre las características de la Cuarta Revolución Industrial está también el impacto de los diez componentes de la Cuarta Revolución Industrial “diez tipos de innovación”, Gestión eficiente de la innovación y, por último, gestión eficiente del ciclo de vida. Estos se muestran a continuación.

Los “diez tipos de innovación” (Componentes de la industria 4.0). La industria 4.0 permitirá una ingeniería integrada y multidisciplinaria a lo largo de toda la cadena de valor, así como a lo largo de los ciclos de vida de los productos y los clientes. Las aplicaciones de la industria 4.0 están destinadas a garantizar el dominio tradicional de la innovación de productos. La innovación no es limitada, la innovación ha estado tradicionalmente relacionada principalmente con la oferta de productos, pero también tiene un potencial significativo en áreas como estructuras empresariales, procesos, redes y modelos de beneficios, así como funciones orientadas al cliente [ 5 ].

Gestión eficiente de la innovación. La transformación digital en la industria 4.0 permitirá mejorar aún más la eficiencia de la gestión de la innovación en todos los componentes de la industria 4.0. Los planes de estudio interactivos y diseñados hacen posible el aprendizaje individualizado, acelerando así la aplicación estratégica y el desarrollo organizacional [ 34 ]. Las soluciones de la industria 4.0 en la gestión de la cartera de proyectos facilitan el seguimiento no sólo del rendimiento de la inversión (ROI) en innovación, sino también la identificación de riesgos mediante la utilización de datos comparativos mundiales de proyectos para la supervisión y la rehabilitación. La tecnología de la información puede utilizarse para acelerar la I+D en el ámbito del desarrollo de productos [ 5 ].

Gestión eficiente del ciclo de vida. La industria de transformación digital 4.0 permitirá proporcionar datos esenciales para la gestión del ciclo de vida en cualquier momento y desde cualquier lugar. Estos datos incluirán no sólo información e informes, sino también los resultados del procesamiento de macrodatos, que se utilizarán para elaborar indicadores tempranos apropiados utilizando inteligencia artificial (Al). Al utilizará controles cruzados mundiales para determinar la plausibilidad de desarrollar bases adecuadas para la adopción de decisiones basadas en datos. Permitirá a las empresas comprender y atender mejor las necesidades de sus clientes, así como personalizar los ciclos de productos [ 5 ].

4.4 El impacto de las tecnologías exponenciales

Soluciones de tecnologías exponenciales. Las empresas de capital riesgo tienen grandes posibilidades de beneficiarse de la innovación disruptiva y la tecnología exponencial invirtiendo en nuevas tendencias desde el principio. La inversión en nuevas empresas permite a las empresas participar en el desarrollo de nuevos productos y servicios, garantizando al mismo tiempo su competitividad a largo plazo. Este tipo de inversión permite un acceso temprano y conveniente a las nuevas tecnologías. Se debe dar a las empresas más libertad para “ver la próxima esquina”. Sólo entonces se puede formar una nueva región de negocios, que eventualmente se convertirá en el nuevo corazón de la empresa. La supervivencia de las empresas puede verse comprometida si se descuidan esas posibilidades [ 2 ].

La organización del aprendizaje . Si las empresas han de utilizar plenamente la promesa de tecnologías exponenciales para hacer la transformación digital a la industria 4.0, deben transformarse en organizaciones de aprendizaje. La adopción y la integración de la tecnología exponencial deben ser lentas pero continuas. El aprendizaje es esencial para el desarrollo organizacional a largo plazo. Es hora de hacer un cambio que no es tan contraproducente. Las nuevas ideas, procesos y sectores empresariales son más exitosos cuando comienzan como un nicho de aprendizaje y finalmente migran al centro de la organización, estableciéndose como un nuevo segmento líder [ 5 ].

5. Efectos de la industria 4.0

La innovación y los avances científicos desempeñan un papel esencial en las empresas, los sectores y los países. Sin embargo, las mejoras digitales y la creciente interconectividad traerán desafíos adicionales y mejoras a las sociedades, ya que la Industria 4.0 (Ir 4.0) cambiará significativamente los sistemas de fabricación en términos de diseño, procesos, operaciones y servicios. La industria 4.0 dará lugar a posibles cambios profundos en una variedad de ámbitos fuera del sector industrial. Su influencia y efecto pueden dividirse en seis categorías: 1) sector industrial, 2) productos y servicios, 3) modelos empresariales, espíritu empresarial y competencia en el mercado, 4) economías de naciones, 5) entorno laboral y 6) desarrollo de capacidades.

5.1 Impacto de la industria 4.0 en el sector industrial

El sector industrial será el primero en sentir los efectos de la Industria 4.0. Este nuevo paradigma industrial marcará el inicio de una visión de la fabricación descentralizada y digitalizada, con elementos de producción que puedan gobernarse autónomamente, desencadenar operaciones y adaptarse a los cambios en su entorno. Además, el paradigma en desarrollo recomienda integrar plenamente los productos y procesos, alterando la visión industrial de la producción en masa a la personalización en masa, lo que resulta en una mayor complejidad [ 35 ]. En consecuencia, las tecnologías avanzadas y la construcción de fábricas inteligentes tendrán un impacto significativo en los procesos y operaciones de producción, proporcionando una mayor flexibilidad operativa y una utilización más eficiente de los recursos. La industria 4.0 tendrá un efecto considerable en los sistemas de producción, las cadenas de suministro y las actividades industriales. Este nuevo paradigma está cambiando el panorama industrial actual de tres maneras: (1) digitalización de la producción, (2) automatización, y (3) integración del sitio de fabricación a una cadena de suministro más grande. La industria 4.0, en este sentido, implica la integración completa de la red y el intercambio de datos en tiempo real [ 1 ]. El crecimiento de la productividad es el núcleo de cada revolución industrial. La cuarta revolución industrial, por otra parte, influirá en toda la cadena de suministro, desde la creación y fabricación de productos hasta la logística de salida, además de aumentar la productividad [ 36 ].

ROJKO, et al. (2020) utilizó el modelo de autorregresión vectorial previsto para los datos del sector manufacturero en los Estados Unidos durante el período (2008-2018) y concluyó que la proporción de la producción manufacturera y el empleo ha disminuido, y que el sector manufacturero ha alcanzado un punto de inflexión, después del cual la robotización puede aumentar el empleo y la productividad laboral de los trabajadores, al tiempo que estimula un mayor crecimiento de sus niveles educativos. Concluyeron que el cambio a la Industria 4.0 tiene un impacto significativo en la creciente demanda de nuevos conocimientos y habilidades para impulsar la productividad. Como resultado, los crecimientos previstos de los indicadores de fabricación evaluados implican que los efectos negativos de la robotización en el pasado reciente fueron sólo transitorios, ya que la edad de la Industria 4.0 ha comenzado. No obstante, se necesitan nuevas políticas para permitir el desarrollo de la industria a largo plazo [ 37 ].

5.2 El impacto de la industria 4.0 en los productos y servicios

Este nuevo paradigma industrial tiene un impacto significativo en los productos y servicios. Los rápidos cambios en el panorama económico y las demandas dinámicas del mercado han dado lugar a un aumento de la demanda de desarrollo de productos más complicados e inteligentes en los últimos años [ 36 ]. Los productos serán cada vez más modulares y configurables, permitiendo la personalización en masa para satisfacer las necesidades individuales del consumidor [ 35 ]. Como resultado, la Industria 4.0 se define por la aparición de nuevos productos y servicios como sistemas integrados que pueden ser atentos e interactivos, gestionarse y rastrearse en tiempo real, optimizar toda la cadena de valor y proporcionar información pertinente sobre su estado a lo largo de su ciclo de vida [ 37 ].

5.3 El impacto de la industria 4.0 en los modelos de negocio y el mercado

En los últimos años, los modelos de empresa y los mercados han cambiado rápidamente, y surgirán nuevos modelos de negocio inventivos. En el contexto de la Industria 4.0, la introducción de nuevas tecnologías disruptivas ha alterado la forma en que se venden y prestan los productos y servicios, perturbando las empresas establecidas, e introduciendo nuevas perspectivas y modelos de negocio [ 33 ]. Como resultado, las cadenas de valor son cada vez más sensibles, ya que la Industria 4.0 fomenta la integración entre fabricantes y clientes, lo que permite una conexión más estrecha con los clientes y la adaptación de los modelos de negocio a las demandas del mercado. La creciente digitalización de la producción industrial, combinada con la integración y complejidad de los sistemas, dará lugar a la creación de modelos de mercado cada vez más sofisticados y digitales, que impulsarán la competitividad eliminando las barreras entre la información y las estructuras físicas [ 1 ].

5.4 El impacto de la industria 4.0 en el entorno de trabajo

Debido a los avances tecnológicos, el entorno laboral está cambiando rápidamente, y la revolución industrial 4.0 está redefiniendo los puestos de trabajo y las competencias clave. La transición más significativa es la conexión humano-máquina, que incluye el contacto de los empleados y un conjunto de nuevos enfoques de trabajo colaborativo [ 18 ]. El número de robots y tecnologías inteligentes está creciendo, los entornos reales y virtuales se están fusionando, lo que implica que el entorno de trabajo existente está experimentando una transición considerable [ 13 ].

La creciente importancia de las interfaces hombre-máquina fomentará la interacción entre los elementos de producción, así como la necesaria comunicación entre las máquinas inteligentes, los productos inteligentes y los empleados, que se verán ayudados por la visión de CPS de IoT y IoS. En consecuencia, las preocupaciones ergonómicas deberían considerarse en el contexto de la Industria 4.0, y los sistemas futuros deberían hacer hincapié en la pertinencia de los trabajadores. Los perfiles de trabajo, así como la gestión, organización y planificación del trabajo se verán afectados por la integración de la Industria 4.0 en los sistemas industriales y el creciente despliegue de nuevas tecnologías [ 12 ]. En este escenario, la tarea principal es evitar el desempleo tecnológico mediante la reformulación de los puestos de trabajo actuales y la adopción de medidas para adaptar la mano de obra a los nuevos puestos de trabajo que se generarán [ 28 ].

5.5 El impacto de la industria 4.0 en el desarrollo de las competencias

Uno de los factores fundamentales más importantes para una aceptación y aplicación satisfactorias del marco de la Industria 4.0 es el desarrollo de competencias, que conducirá a cambios demográficos y sociales. Se necesitarán nuevas competencias en la visión de trabajo futura, y será vital proporcionar oportunidades para la adquisición de estas capacidades mediante una capacitación de alta calidad. Este nuevo paradigma industrial tendrá un impacto significativo en el mercado laboral y los roles profesionales, y será fundamental para asegurar que se generen más empleos que se pierdan [ 26 ].

El pensamiento interdisciplinario será vital, y se desearán habilidades sobresalientes en los ámbitos social y tecnológico. Los nuevos sectores de competencias necesarios deben incluirse en la escolarización. Como resultado de la creciente automatización de empleos de la Industria 4.0, los trabajadores deben estar preparados para asumir nuevas responsabilidades [ 28 ]. Lo mismo puede decirse de la educación en ingeniería, que tiene muchas promesas en cuanto a la formación de futuros profesionales e informarles sobre nuevas tendencias y oportunidades técnicas, así como de los directivos que necesitan adaptar sus estrategias de gestión para satisfacer las cambiantes demandas del mercado. Además, para abordar la industria 4.0, se necesitará más personal cualificado en los sectores tecnológicos [ 1 ].

En resumen, la Industria 4.0 tiene un enorme potencial en muchas áreas, y su implementación tendrá un impacto en toda la cadena de valor, mejorando los procesos de producción e ingeniería, mejorando la calidad de los productos y servicios, optimizando las relaciones de organización de clientes, trayendo nuevas oportunidades de negocio y beneficios económicos, cambiando los requisitos educativos y transformando el entorno laboral actual.

5.6 El impacto de la industria 4.0 en la economía

Una economía puede inspirarse en la introducción de nuevos modelos y nuevas mejoras tecnológicas. La digitalización implica la convergencia entre los mundos físico y virtual y tendrá un impacto generalizado en todos los sectores económicos [ 15 ]. Esta será la principal fuerza impulsora de la innovación, que será crucial para la productividad y los costos de producción, que se refleja en la competitividad (empresas, sectores y naciones) [ 17 ].

La industria 4.0 también puede transformar las relaciones existentes en el proceso de fabricación, permitiendo que el sector manufacturero se una a la era de la información al permitir la comunicación en todas las etapas del proceso de fabricación. Algunos académicos prevén que la Industria 4.0 conduciría a nuevas formas económicas en la industria, la agricultura y los servicios [ 3 ]. La mayoría de las empresas esperan una recuperación a dos años de sus inversiones en la Industria 4.0, lo que conduce a un aumento considerable de la inversión en este ámbito es probable, se refleja en el crecimiento económico [ 37 ].

Por otro lado, algunos expertos creen que la Industria 4.0 dará lugar a un aumento de la desigualdad debido a su amenaza de perturbar los mercados laborales. Se sostiene que el crecimiento continuo de la automatización, los robots y las computadoras tomará los puestos de trabajo de los trabajadores en muchas industrias, siendo el factor más preocupante el mayor peligro de la desaparición de empleos poco cualificados y mal remunerados, lo que causará muchos desafíos para los pobres, lo que conducirá a un aumento de las tensiones sociales [ 37 ]. El hecho más preocupante en la Industria 4.0 es que no es sólo la transferencia de mano de obra de un sector de la economía a otro, sino también la disponibilidad de tecnología que reemplazará al capital humano, es decir, el empleo de las personas. La revolución tecnológica también tendrá un impacto en temas como los cambios materiales o ideológicos provocados por la introducción de nuevos aparatos o sistemas, todos los cuales tendrán un impacto en la redefinición de la cultura de la humanidad [ 3 ].

En general, la digitalización y la interconexión de los procesos industriales conducen a potenciales en las tres dimensiones de la sostenibilidad. Sin embargo, el logro de beneficios a largo plazo de la sostenibilidad va acompañado de varios desafíos, respectivamente, especialmente en la fase de implementación de la Industria 4.0 [ 38 ].

Refiriéndose a la perspectiva económica de la industria 4.0 , la transparencia y la interconexión de procesos permiten la optimización de procesos, lo que resulta en una mayor eficiencia, flexibilidad, calidad y personalización. La industria 4.0 permite equilibrar la carga entre tecnologías de fabricación inteligentes, propuestas innovadoras de valor y una mayor orientación a la demanda. Todo esto está permitiendo productos inteligentes, que impulsan la competitividad de una empresa [ 39 ]. En el mismo sentido, también se puede lograr una mayor apertura de los procesos en la logística intra e interempresarial, reduciendo los costos logísticos. Por otra parte, tales procedimientos, así como la adopción de la Industria 4.0 en general, representan riesgos en términos de inversiones elevadas y rentabilidad incierta [ 38 ]. Además, los fabricantes consideran difícil la transición a la Industria 4.0 de sus modelos de negocio actuales. Además, la industria 4.0 requiere la normalización de los procesos tanto dentro de las empresas como entre ellas. Debido a su bajo grado de estandarización de procesos, los equipos de fabricación más flexibles pero menos automatizados y los límites de recursos, entre otras cosas, ambas empresas, es decir, el cambio de modelos de negocio y la normalización, pueden resultar particularmente problemáticos para las PYMES [ 40 ].

En cuanto a la dimensión ecológica de la sostenibilidad , Industria 4.0 ofrece una serie de ventajas: la transparencia en la demanda y el proceso permite una tarea inteligente y la programación de procesos, lo que resulta en un menor uso de energía [ 38 ]. Además, la vinculación directa de datos entre el consumo de productos y el diseño puede mejorar el diseño de la fabricación, lo que redunda en una mejor gestión del ciclo de vida de los productos, incluido el reciclado, como resultado de lo cual la industria 4.0 ayuda a identificar y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero [ 40 ]. En consecuencia, se puede mejorar la reducción de los desechos y el consumo de recursos. También se pueden realizar operaciones de transporte reducidas y flujos de material superfluos en la logística [ 25 ]. Además, la apertura de los datos en toda la cadena de suministro puede reducir la frecuencia de entregas incorrectas, el tiempo de espera derrochador y los artículos dañados. La producción descentralizada cerca del punto de consumo minimiza tanto los costos logísticos como las preocupaciones ambientales [ 41 ]. Del mismo modo, las nuevas tecnologías de fabricación, como la fabricación aditiva, pueden ayudar a reducir los desechos en los procesos de fabricación y logística, como las piezas de repuesto [ 42 ].

En cuanto a la dimensión social de la industria 4.0, se mencionan varios beneficios para los empleados, como la mejora del aprendizaje humano a través de sistemas inteligentes de asistencia, así como las interfaces hombre-máquina que conducen a una mayor satisfacción de los empleados en los lugares de trabajo industriales [ 8 , 22 ]. Sin embargo, la literatura actual no puede proporcionar una perspectiva unificada sobre si la Industria 4.0 causará un aumento o disminución en el número de empleados en la industria. A este respecto, los números concretos mencionados difieren en gran medida [ 3 , 15 ]. En general, se espera una nueva sustitución de tareas simples, mientras que tareas como la supervisión, la colaboración y la capacitación seguirán siendo necesarias [ 3 ]. Por lo tanto, se espera que surjan nuevos perfiles de trabajo con nuevos requisitos para la formación y la educación, principalmente refiriéndose a la importancia decreciente del trabajo manual en contraste con las habilidades de TI. Por otra parte, las tareas que incluyen la planificación y el seguimiento, así como la toma de decisiones, podrían recaer en los sistemas autónomos, por lo tanto, posiblemente sustituyendo puestos de trabajo en este ámbito.

En cuanto a la dimensión social de la industria 4.0, Se mencionan varios beneficios para los empleados, como la mejora del aprendizaje humano a través de sistemas de apoyo inteligentes e interfaces hombre-máquina que conducen a una mayor satisfacción de los empleados en entornos industriales [ 38 ]. Sin embargo, la presente investigación no puede ponerse de acuerdo sobre si la Industria 4.0 daría lugar a un aumento o disminución del número de empleados de la industria [ 25 ]. En general, los empleos fáciles serán sustituidos aún más, mientras que el seguimiento, la colaboración y la formación seguirán siendo necesarios. Es posible que se sustituyan las ocupaciones en este campo [ 38 ]. Como resultado, la implementación de la Industria 4.0 en una organización requiere actividades deliberadas de transformación, a veces conocidas como “transformación digital”. Requiere nuevas actitudes para hacer frente a las dificultades de la transformación digital, así como un enfoque unificado para la calificación y aceptación del personal [ 43 ].

5.7 El impacto de la industria 4.0 en las cadenas de valor y las cadenas de suministro (SC)

La cuarta revolución industrial tiene un impacto significativo en las interacciones de la cadena de suministro, que se debe principalmente al crecimiento exponencial de datos sensibles y a la difusión de procesos digitalizados [ 40 ]. Comprender el impacto de la adopción y explotación de tecnologías de la Industria 4.0 en las cadenas de valor y las cadenas de suministro (SC). Sobre la base de la revisión, los efectos de la aplicación de la Industria 4.0 en las cadenas de suministro (SC) se identifican de la siguiente manera:

Agilidad y personalización . La aplicación en la industria 4.0 permite la planificación y el control en tiempo real, lo que permite a las organizaciones ser flexibles y ágiles para responder a las condiciones rápidamente cambiantes; por ejemplo, al reaccionar con mayor rapidez a los cambios en la demanda, la oferta y los precios, las empresas pueden reducir los ciclos de planificación y los períodos congelados [ 34 ]. Los eventos y tendencias futuros, como el comportamiento del consumidor, el tiempo de entrega y la producción industrial, pueden predecirse utilizando técnicas de análisis de negocios. El enrutamiento y seguimiento de la entrega en tiempo real también permiten que las operaciones logísticas sean más flexibles, eficientes y ágiles [ 44 ].

Precisión y eficiencia . Las tecnologías de la industria 4.0 proporcionan una mejor toma de decisiones al proporcionar datos en tiempo real, consistentes y precisos. Como resultado, los sistemas de gestión del rendimiento de la próxima generación mejorarán la visibilidad de extremo a extremo en toda la cadena de valor. Los datos incluyen todo, desde métricas clave de rendimiento de alto nivel como servicio al cliente y cumplimiento de pedidos hasta datos de proceso detallados como una posición de camión en la red logística. La automatización de las tareas físicas, la planificación, el control y los procesos de intercambio de información mejora la eficiencia de la cadena de suministro (SC). Las tecnologías automatizadas son utilizadas por un gran número de empresas, especialmente en sus operaciones logísticas [ 44 ]. Las empresas eligen la optimización del transporte entre empresas para optimizar la utilización de camiones y aumentar la flexibilidad del transporte mediante la cooperación y el intercambio de instalaciones. Todo el diseño de red SC está constantemente optimizado para garantizar que es un ajuste perfecto para las necesidades de los negocios [ 34 ].

6. Principales factores y obstáculos o barreras de la industria 4.0

6.1 Principales motores de la industria 4.0

A pesar del rápido aumento de la industria 4.0, las investigaciones relacionadas con la identificación de posibles factores impulsores y obstáculos para su aplicación son escasas. Para comprender mejor las motivaciones y los desafíos a la adopción y el uso de tecnologías de la Industria 4.0, se llevó a cabo una revisión de la literatura. A continuación se indican los principales factores que impulsan la aplicación de la Industria 4.0, según lo determinado en la revisión:

6.2 Aplicaciones de la cuarta revolución industrial

En esta sección, presentamos una visión general de algunas aplicaciones de la Cuarta Revolución Industrial. Además, proporcionamos un estudio de caso para estas aplicaciones por Grupo KUKA en muchos campos. KUKA es una corporación internacional de automatización con sede en Augsburgo, Alemania. Como proveedor de clase mundial de soluciones de automatización inteligente. En áreas como la automoción, la electrónica, el metal y el plástico, los productos de consumo, el comercio electrónico/la venta al por menor y la atención sanitaria, KUKA ofrece todo desde una sola fuente: desde robots y células hasta sistemas completamente automatizados y su red [ 45 ].

Los " Fábricas inteligentes ” son soluciones de automatización de KUKA, que es capaz de transportar componentes de aviones alrededor del hangar de producción con precisión milimétrica. Los empleados de la planta de producción de Airbus mueven enormes secciones de fuselaje A380, pesando 90 toneladas y midiendo 15 metros de longitud alrededor de un edificio del tamaño de un estadio de fútbol. Esto es posible gracias a la plataforma de transporte móvil OmniMove de KUKA, un vehículo de transporte para cargas pesadas que está equipado con ruedas omnidireccionales de Mecanum [ 46 ].

Del mismo modo, el uso de técnicas tales como Máquina a máquina (M-2-M) y robots inteligentes como aplicaciones de la empresa KUKA. La tecnología de sistemas KUKA basada en robots para la automatización de máquinas herramienta se utiliza, entre otras cosas, para la carga y descarga de máquinas y soporta elementos de Industries 4.0 [ 47 ]. En el sitio de la KUKA en Augsburgo, trabajar 7 robots, que es un entorno de producción típico en un fabricante de máquinas internacional [ 48 ].

Otra aplicación de la industria 4.0 en el sector médico , soluciones de automatización para una mayor eficiencia en los hospitales, en las áreas de diagnóstico y cirugía a la terapia, los robots KUKA cumplen los estrictos requisitos del sector médico y son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de tecnología médica. Para ello, KUKA ofrece una amplia gama de productos médicos de alta tecnología, que van desde sistemas de ayuda basados en robots para la cirugía hasta componentes auxiliares para el diagnóstico o la rehabilitación [ 45 ].

Hay varias aplicaciones para la industria 4.0, por ejemplo, la empresa KUKA que trabaja en las áreas, por ejemplo, fábricas inteligentes, M-2-M, nube informática, robots inteligentes, comercio electrónico, etc.

6.3 Obstáculos o barreras fundamentales de la industria 4.0

También hay algunas fuerzas intimidantes que resisten, barreras, para implementar prácticas de la Industria 4.0. Estos obstáculos pueden clasificarse en las siguientes dimensiones comerciales: En primer lugar, las limitaciones financieras . Las limitaciones financieras son una cuestión fundamental en la aplicación de la Industria 4.0 en términos de desarrollo de infraestructuras contemporáneas sofisticadas y mejoras sostenibles de los procesos [ 28 ]. En segundo lugar, la competencia técnica de la organización coordinadora es el enfoque clave que influye en la escala de la inversión. La perspectiva económica, por otra parte, todavía está en su infancia; la falta de claridad sobre el análisis coste-beneficio y las recompensas monetarias en las inversiones digitales es un problema crítico para el despliegue de la Industria 4.0 [ 40 ].

En tercer lugar, la naturaleza organizativa . Otros obstáculos a los que se enfrentan las empresas que pretenden integrar las tecnologías de la industria 4.0 son la insuficiencia de los procedimientos de investigación y desarrollo, la falta de infraestructura, la mala calidad de los datos, la falta de cultura digital y la falta de confianza entre los asociados [ 17 ]. Las infraestructuras deficientes y la conectividad a Internet son impedimentos importantes para cualquier transformación o adopción digital [ 22 ]. Así como cuarto, la falta de apoyo de la administración y la resistencia al cambio . Los cambios transformadores de la industria 4.0 son rápidos y requieren un desarrollo y una formación adecuados, lo que es difícil de lograr sin un alto grado de apoyo a la gestión, que es el requisito más importante para el lanzamiento de la industria 4.0. Las industrias no están seguras y no conocen el término Industria 4.0 y desconocen los beneficios de la transformación digital debido a que hay renuencia a adoptarla [ 22 ].

Además, Cuestiones jurídicas . La transacción de macrodatos conlleva un riesgo de ciberseguridad; por lo tanto, las preocupaciones en materia de privacidad y seguridad deben tenerse en cuenta a la hora de implementar la Industria 4.0 [ 44 ]. Por último, Falta de políticas y apoyo del gobierno . En la mayoría de las naciones, los gobiernos suministran la infraestructura para el mundo digital (como Internet y las redes de comunicación). Sin embargo, no existe una hoja de ruta para transformar la infraestructura industrial, debido a la falta de claridad (por ejemplo, el desarrollo de la red 5G y sus beneficios para la Industria 4) sobre las implicaciones de la Industria 4.0 [ 22 ].

7. Conclusión

Este estudio contribuye a salvar la brecha crítica, discutiendo los componentes clave, características, efectos en muchas dimensiones, impulsores, barreras y otros desafíos de implementación de la Industria 4.0, la cuarta revolución industrial describe la visión de un futuro sistema de producción. La industria 4.0 es una revolución inevitable que abarca una amplia gama de tecnologías innovadoras, como sistemas ciberfísicos, tecnologías RFID, IoT, computación en la nube, análisis de macrodatos, robótica avanzada, fábricas inteligentes, etc. El paradigma Industria 4.0 está transformando el negocio en muchas industrias, por ejemplo, automoción, logística, aeroespacial, energía, etc. La industria 4.0 realiza el desarrollo y la integración de las tecnologías de la información y las comunicaciones en los procesos empresariales. Las capacidades o componentes de la Industria 4.0 aportan ventajas significativas a las organizaciones, como la personalización de productos, el análisis de datos en tiempo real, el aumento de la visibilidad, la supervisión y el control autónomos, el diseño y desarrollo dinámicos de productos, el aumento de la productividad y la competitividad.

Las características fundamentales de la Industria 4.0 son la colaboración y la integración de los sistemas, tanto horizontales como verticales. En la integración vertical, la tecnología de la información y las comunicaciones (TIC) se integra en diversos niveles jerárquicos de la organización, desde el control a nivel de planta hasta la producción, las operaciones y los niveles de gestión. Esta red de integración vertical permite el uso de componentes de la Industria 4.0 para la producción a fin de responder a la disparidad de la demanda o a las fluctuaciones en los niveles de existencias. En la integración horizontal, las TIC se utilizan para intercambiar información entre muchos actores. La integración de estos sistemas para una colaboración, integración e intercambio de datos impecables con todas las partes interesadas es un escenario complicado. Implementación del soporte de aplicaciones Industry 4.0 para reducir costos, mejorar la productividad, eficiencia y flexibilidad, y mejorar la personalización del producto.

La innovación y los avances tecnológicos desempeñan un papel esencial en las organizaciones, los sectores y los países. Sin embargo, las mejoras en la transformación digital y la creciente interconectividad traerán nuevos desafíos a las sociedades, ya que la Industria 4.0 cambiará significativamente los productos y sistemas de fabricación en cuanto al diseño, procesos, operaciones y servicios. La industria 4.0 utiliza varias herramientas y tecnologías avanzadas, contribuyendo así a redefinir los procesos industriales convencionales. La industria 4.0 tiene un enorme efecto potencial en muchas áreas, y su aplicación tendrá un impacto en toda la cadena de valor, mejorando los procesos de producción e ingeniería, mejorando la calidad de los productos y servicios, optimizando las relaciones cliente-organización, trayendo nuevas oportunidades de negocio y beneficios económicos, cambiando los requisitos educativos y transformando el entorno laboral actual. Digitalización e interconexión de procesos industriales (Industria 4.0), dando lugar a potenciales en las tres dimensiones de sostenibilidad.

Existen varias aplicaciones para la industria 4.0, aplicadas por la corporación KUKA que trabaja en las áreas, por ejemplo, fábricas inteligentes, M-2-M, nube informática, robots inteligentes, comercio electrónico, etc., estas tecnologías o aplicaciones ayudan a la industria 4.0 a separarse rápidamente. Por otra parte, también existen algunos obstáculos para la aplicación de las prácticas de la Industria 4.0. Estos obstáculos pueden clasificarse en muchas dimensiones empresariales: limitaciones financieras, competencia técnica de la entidad coordinadora, naturaleza organizativa, falta de apoyo de la administración y resistencia al cambio, cuestiones jurídicas, falta de políticas y apoyo del gobierno.