¿Cuáles son los elementos del marco Industria 4.0?

La industria 4.0 muestra toda la promesa de la cuarta revolución industrial utilizando tecnologías de automatización como sistemas ciberfísicos, internet de las cosas y computación en la nube. El objetivo de este trabajo es proponer un modelo de integración de la Industria 4.0 y LM. Para construir un modelo teórico de integración se realiza una revisión bibliográfica resumida de la Industria 4.0 y LM. La literatura anterior se utiliza para desarrollar y proponer un modelo de integración de Industria 4.0 y LM. El modelo de integración de ingeniería horizontal, vertical y de extremo a extremo se integra con la metodología LM. Se proponen propuestas de investigación verificables entre Industria 4.0 y LM. El modelo propuesto es novedoso y plantea la importante cuestión de la integración de LM con la Industria 4.0. Este es el primer trabajo que propone el marco de integración de LM con la Industria 4.0.

1. Introducción

El advenimiento de la cuarta revolución industrial ha redefinido la integración del mundo físico en la organización y el mundo cibernético a través de tecnologías como la inteligencia artificial, la analítica, la tecnología de la nube, Internet de las cosas (IOT), etc. (Bassi, 2017 ; Fonseca, 2018 ; Xu, Xu, & Li, 2018 ). La transformación digital no sólo ha cambiado la forma en que opera una organización, sino que también el mercado se transforma en la consideración de toda la cadena de valor (Oesterreich & Teuteberg, 2016 ). La industria 4.0, aunque se introdujo inicialmente en 2011 en Alemania, el anuncio oficial como una iniciativa estratégica alemana para revolucionar la industria manufacturera mediante el uso de tecnología se dio a conocer oficialmente en 2013 (Xu et al. 2018 ). La industria 4.0 es una tendencia actual en la industria manufacturera mediante el uso de tecnologías de automatización, tales como sistemas ciberfísicos (CPS), IOT y computación en la nube (Hermann, Pentek, & Otto, 2016 ; Industria, 2016 ; Kagermann, Helbig, Hellinger, & Wahlster, 2013 ; Lasi, Fettke, Kemper, Feld, & Hoffmann, 2014 ; Lu, 2017 ; Rubmann et al., 2015 ; Xu et al., 2018 ). Muchos investigadores han dedicado una atención considerable al desarrollo del concepto de Industria 4.0 desde sus antecedentes teóricos hasta aplicaciones prácticas (Cheng, Liu, Qiang, & Liu, 2016 ; Fonseca, 2018 ; Kagermann, 2015 ; Kagermann et al., 2013 ; Lasi et al., 2014 ; Rubmann et al., 2015 ; Stock & Seliger, 2016 ; Weyer, Schmitt, Ohmer, & Gorecky, 2015 ; Yen et al., 2014 ). Los estudios anteriores han abordado varios aspectos de la Industria 4.0, como el contexto de aplicación de la Industria 4.0 (Jazdi, 2014 ; Oesterreich & Teuteberg, 2016 ; Zhong, Xu, Klotz, & Newman, 2017 ), varias perspectivas y puntos de vista sobre la Industria 4.0 (Brettel, Friederichsen, Keller, & Rosenberg, 2014 ; Saldivar et al., 2015 ; Schuh, Potente, Varandani, & Schmitz, 2014 ), la aplicación de la Industria 4.0 en varios sectores (Lu, 2017 ; Petrasch & Hentschke, 2016 ), las tecnologías de la Industria 4.0 (Lee, Bagheri, & Kao, 2015 ; Rubmann et al., 2015 ) y numerosos aspectos relacionados con el medio ambiente de la Industria 4.0 (Bagheri, Yang, Kao, & Lee, 2015 ; Lee, Kao, & Yang, 2014 ) etc. Sin embargo, además, la Industria 4.0 también incorpora varias dimensiones inexploradas, como la integración de LM una de las estrategias empresariales más populares y la Industria 4.0 (Kolberg & Zuhlke, 2015 ; Leyh, Martin, & Schäffer, 2017 ). El poder de la Industria 4.0 no se materializará como una revolución industrial si no se integra en el marco teórico de LM (Rüttimann & Stöckli, 2016 ). Los estudios anteriores en Industria 4.0 estaban orientados puramente a la teoría, y por lo tanto no es fácilmente adaptable para la implementación práctica en una organización. Además, no existe un marco integral que combine las soluciones de la Industria 4.0 con los métodos de gestión de LM (Kolberg & Zuhlke, 2015 ; Leyh et al., 2017 ). Por lo tanto, es necesario desarrollar un marco para la integración exitosa de LM e Industry 4.0 (Sanders, Elangeswaran, & Wulfsberg, 2016 ). Industria 4.0 y LM utilizan el control descentralizado y su objetivo es aumentar la productividad y la flexibilidad (Buer, Strandhagen, & Chan, 2018 ). Se han realizado pocos estudios sobre la importancia de investigar el vínculo entre LM e Industry 4.0 (Buer et al. 2018 ; Kolberg, Knobloch, & Zühlke, 2017 ; Sanders et al., 2016 ; Sanders, Subramanian, Redlich, & Wulfsberg, 2017 ; Tortorella & Fettermann, 2018 ). En un estudio reciente, Buer et al. ( 2018 ) sugieren que el área de LM e Industria 4.0 es todavía inmadura y esa es la razón por la que todavía no se ha publicado un marco de aplicación para la integración de LM e Industria 4.0. Además, sugieren la necesidad de entender cómo interactúan estos dominios. En este estudio, se pretende abordar la brecha de investigación mediante el desarrollo de un modelo de integración teórica entre LM e Industria 4.0. Además, se desarrollará la propuesta de investigación para que la investigación futura pueda orientarse en esta dirección. El trasfondo teórico se aclara en la siguiente sección, seguido por el modelo propuesto y la propuesta de investigación y posterior discusión y conclusión se presentan en este trabajo.

2. Antecedentes teóricos

2.1. Industria 4.0

La industria 4.0 está asociada con el comienzo de la cuarta revolución industrial. Representa la tendencia reciente en las tecnologías de automatización que está ganando popularidad en las industrias manufactureras. Las principales tecnologías que permiten el pensamiento revolucionario en la fabricación son (1) CPS, (2) IOT y (3) Cloud computing. La principal característica de la Industria 4.0 es la producción de CPS. Esto se basa en la integración heterogénea de datos e conocimientos (Lu, 2017 ; Zanero, 2017 ). Las funciones clave de CPS son lograr los requisitos ágiles y dinámicos de la producción. Además, también debería tratar de mejorar la eficiencia y la eficacia de toda la organización. Por lo tanto, la industria 4.0 comprende muchas tecnologías, como el IOT, la fabricación basada en la nube, la identificación por radiofrecuencia (RFID), la planificación de los recursos empresariales (ERP) y el desarrollo de productos sociales (Baur & Wee, 2015 ; Fonseca, 2018 ; Georgakopoulos, Jayaraman, Fazia, Villari, & Ranjan, 2016 ; Kube & Rinn, 2014 ; Lasi et al., 2014 ; Lin, Chen, Zhang, Guan, & Shen, 2016 ; Lom, Pribyl, & Svitek, 2016 ; Lu, 2017 ; Singer, 2015 ). La industria 4.0 es un desarrollo tecnológico desde los sistemas integrados anteriores hasta CPS. Los sistemas integrados, la máquina semántica a la comunicación máquina, IOT y CPS son conceptos tecnológicos que conectan el mundo físico con el mundo virtual y este es el objetivo principal de la Industria 4.0 (Xu et al. 2018 ). Además, los sistemas industriales modernos deben ser capaces de hacer frente a la complejidad del proceso de producción debido a las necesidades cambiantes de los clientes mediante el uso del CPS (MacDougall, 2014 ). Por lo tanto, tal organización que integra los sistemas cibernéticos y físicos se denomina comúnmente como fábrica inteligente. Las capacidades de las organizaciones inteligentes son inmensas y, por lo tanto, estamos al borde de una cuarta revolución industrial, en la que el mundo de la producción y la conectividad de redes se conectan a través de IOT y CPS para hacer realidad el sueño de la Industria 4.0 (Moeuf, Pellerin, Lamouri, Tamayo-Giraldo, & Barbaray, 2018 ; Xu et al., 2018 ). Los dispositivos inteligentes dentro de la organización inteligente complementan IOT, CPS, cloud computing y Business Process Management. CPS es el principal cambio de paradigma en la cuarta revolución industrial. Este cambio paradigmático se debe a la revolución tecnológica en las tecnologías de la información y la comunicación que ha llevado a un cambio de la electrónica industrial a la informática industrial. El IOT revoluciona los sistemas de fabricación existentes y es uno de los facilitadores más importantes de la Industria 4.0. La función principal de IOT es crear redes que apoyen la organización inteligente o la fábrica (Trappey, Trappey, Govindarajan, Chuang, & Sun, 2017 ; Varghese & Tandur, 2014 ). La diferencia entre la tercera revolución industrial y la Industria 4.0 es que la tercera revolución industrial se centra en la automatización de máquinas y procesos, sin embargo, la Industria 4.0 se centra en la integración de ingeniería de extremo a extremo y la digitalización, así como la integración completa de sistemas físicos con sistemas virtuales (Tan et al. 2010 ). IOT es el principal habilitador para la Industria 4.0. Esto se debe a que transforma las operaciones y el papel de otros sistemas industriales debido a la digitalización. IOT también ayuda a crear redes de soporte virtual para crear una fábrica inteligente (Oesterreich & Teuteberg, 2016 ; Peruzzini, Gregori, Luzi, Mengarelli, & Germani, 2017 ). La fabricación en nube contribuirá significativamente a la industria 4.0. Utiliza la red de recursos de una manera altamente distribuida (Thames & Schaefer, 2016 ). CPS son la base de la Industria 4.0. CPS está colaborando con entidades computacionales que están relacionadas con sistemas y procesos físicos dentro de la organización que permiten la adquisición y procesamiento de datos a través de Internet para cumplir los diversos objetivos de las organizaciones. Los componentes físicos y de software están entrelazados entre sí, operando en diferentes escalas espaciales y temporales, sin embargo, interactuando de diferentes maneras (Xu et al. 2018 ). Con la introducción de CPS, las máquinas podrán comunicarse entre sí y los sistemas de comunicación descentralizados optimizarán el uso de los recursos en el proceso de producción. En la actualidad, el negocio debe ser eficiente, productivo y competitivo para sobrevivir en el mercado, Industria 4.0 a través de la informatización y digitalización de la fabricación logra este objetivo. El impacto estratégico a largo y corto plazo de la Industria 4.0 en la fabricación y los servicios en los mercados mundiales es inmenso en términos de satisfacer las necesidades de los clientes, de la manera más eficiente. Las industrias de todo el mundo han respondido con eficacia. Muchas empresas como Siemens, Hitachi, ABB, Schneider Electric, Emerson Electric, Bosch, Panasonic, Honeywell, Mitsubishi Electric, etc. han invertido mucho en proyectos de tipo IOT y CPS (Xu y otros, 2018 ).

2.2. Tres tipos de integración de la industria 4.0

Hay tres tipos de integración posibles en la Industria 4.0. La integración horizontal, la integración vertical y la integración de ingeniería de extremo a extremo (Wang, Wan, Li, & Zhang, 2016 ). La integración horizontal es la integración de redes de valor para permitir la colaboración entre corporaciones u organizaciones en la cadena de valor (Foidl & Felderer, 2015 ). Para el éxito de la empresa, más de una organización coopera para ofrecer productos y servicios superiores (Sindi & Roe, 2017 ). Mediante la integración horizontal de las organizaciones mediante la digitalización, se crea un nuevo ecosistema digitalizado eficiente. La integración vertical es la integración de varios subsistemas jerárquicos dentro de la organización para crear un sistema de fabricación flexible y reconfigurable dentro de la organización. Los diversos subsistemas informativos de la organización están conectados al sistema de planificación de los recursos institucionales. Esto permitirá un sistema de fabricación flexible y reconfigurable (Wang et al. 2016 ; Weyer et al., 2015 ). Esta integración resulta en máquinas inteligentes dentro de la organización configurando autónomamente para adaptarse a diferentes productos. La gestión de los macrodatos permitirá que este proceso sea un éxito. La integración de ingeniería de extremo a extremo resulta en la integración que permite la creación de productos y servicios personalizados en toda la cadena de valor (Stock & Seliger, 2016 ). En un proceso de creación de valor centrado en el producto, interviene una cadena de actividades. E.g. análisis de las necesidades del cliente, diseño y desarrollo de productos, producción, servicios, mantenimiento y reciclaje. Mediante el uso de herramientas de software de energía estas fases se pueden integrar para crear productos y servicios personalizados, automatizados, auto-organizados según el requisito del cliente (Qin, Liu, & Grosvenor, 2016 ; Wang et al., 2016 ).

2.3. Gestión magistral

El pensamiento o la gestión magistral es una de las estrategias empresariales más utilizadas en las últimas tres décadas. LM significa herramientas que se utilizan para ejecutar el pensamiento LM. El pensamiento LM se utiliza para diferenciar entre el desperdicio y el valor dentro de una organización. Los residuos se definen como «cualquier actividad humana que absorba recursos pero no cree valor». Por otra parte, el valor en el sentido de negocio se define como «una capacidad proporcionada a un cliente en el momento adecuado a un precio adecuado, tal como se define en cada caso por el cliente» (Womack & Jones, 1996 ; Womack, Womack, Jones, & Roos, 1990 ). LM, cuando se aplica prácticamente en una organización resulta en un proceso de identificación continua y eliminación de residuos de los procesos de una organización. Debido al proceso de identificación y eliminación, el subproducto que permanece en la organización son actividades de valor añadido en la corriente de valor organizacional (Rother & Shook, 2003 ). En un lenguaje más simple, LM dentro de la organización se ocupa de la identificación y eliminación de desechos. Se originó de Toyota Motor Corporation. Es un sustituto fundamental del método tradicional de producción en masa. Los residuos o equivalente japonés «MUDA» desempeñan un papel importante en Lean. Los residuos iniciales identificados por Taiichi Ohno (1) transporte (2) inventario (3) movimiento (4) espera (5) sobreproducción (6) sobre procesamiento (7) defectos (Ohno, 1988 ). La octava habilidad de desecho conocida como talento humano no utilizado fue introducida más tarde cuando LM fue introducido en el mundo occidental (Liker, 2004 ). LM también se puede definir por cinco principios (Womack & Jones, 1996 ). Los cinco principios LM son (1) Especifique el valor deseado por el cliente. (2) Identificar el flujo de valor para cada producto/servicio que proporciona el cliente de valor. Todos los residuos en la corriente de valor pueden ser desafiados. (3) Haga que el flujo del producto sea continuo. Hacer que el flujo continuo sea un remedio es estandarizar el proceso en torno a las mejores prácticas. Una vez que el proceso se estandarice permitirá más tiempo libre para los empleados. Este tiempo libre se puede utilizar para la creatividad y la innovación. (4) Introducir el tirón entre pasos donde el flujo continuo no es posible. La demanda del cliente debe ser la fuerza de atracción para desencadenar eventos atrasados. (5) Administrar hacia la perfección y eliminará la actividad no-valor añadido de la cadena de valor (Womack & Jones, 1996 ; Womack et al., 1990 ).

Los beneficios derivados de la eliminación de actividades sin valor añadido son una reducción en el número de pasos, el tiempo necesario para fabricar el producto y la información necesaria para atender al cliente. Al definir los cinco principios, una suposición subyacente es que las organizaciones se componen de procesos. La aplicación gradual y secuencial de estos cinco principios en las organizaciones agregará valor a los clientes, reducirá los residuos y mejorará continuamente en un proceso siempre repetido llamado Kaizen (Radnor, Holweg, & Waring, 2012 ). Los investigadores han argumentado que no sólo debe centrarse en los residuos, sino también en los otros dos elementos Mura y Muri. Mura que se relaciona con la desigualdad en los procesos y argumenta una menor variación. Para reducir Mura uno tiene que estandarizar los procesos. Muri significa tensión excesiva. Se requiere una buena condición de trabajo que evite las lesiones y la presión sobre los trabajadores. Hay tres tipos de actividades de LM, que son (1) Evaluación, (2) Mejora y (3) Monitorización del Desempeño. La evaluación tiene por objeto evaluar el estado actual de los procesos organizativos en términos de desechos, flujo o capacidad para añadir valor. Las herramientas más utilizadas son caminatas de residuos, mapeo de flujo de valor, etc. La fase de mejora son las actividades emprendidas para mejorar los procesos de organización. Las herramientas utilizadas son Eventos de mejora rápida, 5S, etc. Aunque LM tiene muchas herramientas. Las herramientas más utilizadas Hoshin Kanri y planificación, Cartografía de flujo de valor, Lean Office, Lean Metrics, Sistemas de empuje y tracción, eventos Kaizen, Control y gestión visual, Tiempo de Takt, 5S, Flujo de una pieza, SMED – cambio rápido, Jidoka – automatización, Kanban, Mantenimiento productivo total y Asaichi – Informe de mercado -A3 (Chiarini, 2011 ). La fase de monitoreo es donde medimos el proceso y la mejora realizada. Herramientas como la gestión visual, SOP y datos de rendimiento son las más utilizadas.

3. Industria 4.0 y modelo integrador LM

La industria 4.0 puede clasificarse sobre la base de los principios de integración en la integración vertical, horizontal y de extremo a extremo (Wang et al. 2016 ). Los cinco principios principales para la aplicación de la LM son la directriz general para la aplicación de la LM (Womack et al. 1990 ). Los residuos deben eliminarse antes de implementar tres mecanismos de integración, de lo contrario uno automatizará los residuos. Con este principio en mente, el modelo propone principios de LM en las tres formas de integración en la Industria 4.0. Por lo tanto, la industria 4.0 y el modelo de integración LM es como se muestra en Gráfico 1 . El modelo de integración de ingeniería vertical, horizontal y de extremo a extremo y su integración con cinco principios se aclaran en el modelo.

3.1. Integración vertical & magra

La integración vertical es la creación de un sistema de fabricación flexible y reconfigurable mediante la integración de varios elementos jerárquicos dentro de la organización a través de la digitalización (Foidl & Felderer, 2015 ; Wang et al., 2016 ). La integración de subsistemas jerárquicos dentro de la organización debe ser una estrategia de integración bien pensada para lograr objetivos estratégicos. LM puede utilizarse como guía para diseñar la estrategia de integración. El primer paso en el diseño de la integración vertical es identificar el valor.

El valor debe definirse en términos de las necesidades del cliente para un producto o servicio específico que la organización atiende. Debido a la Industria 4.0, las necesidades de los clientes están cambiando drásticamente, y están surgiendo nuevas necesidades de los clientes (Fonseca, 2018 ). Una gran cantidad de datos sobre las necesidades de los clientes deben analizarse a través de análisis de datos, antes de identificar las necesidades de los clientes que pueden ser satisfechas por la organización (Lee et al. 2014 ). El objetivo principal de la integración vertical es satisfacer las necesidades del cliente de una manera eficiente utilizando recursos mínimos.

Proposición 1 : Al diseñar la arquitectura de integración vertical a través de la Industria 4.0 para implementar la Industria 4.0, definir el valor en términos de las necesidades de los clientes para productos y servicios formará el principio subyacente para la integración vertical.

El segundo paso en la integración vertical es el mapeo de la corriente de valor para los productos o servicios de la organización. Los flujos de valor son los pasos o procesos que intervienen en la conversión de la materia prima a productos y servicios finales. El proceso podría ser diseño, producción, fabricación, compra, mantenimiento, etc. Este paso ayuda dentro de la organización a identificar actividades de valor y no valor añadido (Womack et al. 1990 ). Antes de crear un sistema de fabricación flexible y reconfigurable, el proceso debería tener más componentes de actividades de valor añadido que actividades no de valor añadido (Kolberg & Zuhlke, 2015 ). Los desechos dentro de las organizaciones podrían ser identificados y eliminados antes de diseñar mecanismos de integración estratégica. La reestructuración del proceso también ayudaría antes de la integración estratégica de diversos elementos dentro de una organización.

Proposición 2 : Cartografía de flujo de valor de productos y servicios antes de diseñar la arquitectura para la integración vertical Industria 4.0 de subsistemas jerárquicos dentro de una organización ayudará a eliminar residuos en la integración de CPS que representará todas las máquinas, productos y recursos dentro de la organización.

El tercer paso es hacer que el flujo sea suave dentro de la organización. Eliminar diversos cuellos de botella o retrasos o interrupciones dentro de los procesos (Womack et al. 1990 ). Este proceso, para que tenga éxito, requerirá una cooperación interfuncional entre los diversos elementos de la organización (Singer, 2015 ). Para promover la cooperación interfuncional con el fin de crear un flujo fluido, la integración de los diversos departamentos que utilizan el CPS será beneficiosa (Lee et al. 2015 ). Además, la reunión de datos mediante la colocación de sensores estratégicos en diversos puntos ayudará a supervisar el proceso de flujo dentro de la organización.

Proposición 3 : La integración vertical de diversos subsistemas jerárquicos dentro de la organización creará un proceso de flujo fluido que conducirá a la cooperación interfuncional entre departamentos mediante la integración de los SCP dentro de cada departamento de manera estratégica utilizando un sistema autoregulado .

El cuarto paso es mejorar el flujo y la integración vertical de todos los departamentos se traducirá en la reducción del tiempo de entrega del producto o servicio (Kolberg & Zuhlke, 2015 ). Esto lleva a un sistema de atracción dentro de la organización para crear la atmósfera para la filosofía de justo en el tiempo (JIT). La filosofía JIT es una filosofía de producción de supervivencia de la competencia japonesa. El objetivo principal es reducir el coste total de producción. Se hace minimizando los residuos y mejorando continuamente la calidad total del producto (Hutchins, 1999 ). Este sistema creará un entorno en el que el cliente puede sacar el producto de la organización cuando y cuando sea necesario y la integración vertical de la fabricación, compra y otra función se llevará a cabo utilizando el CPS.

Proposición 4 : La integración vertical, aunque la Industria 4.0 de subsistemas jerárquicos dentro de la organización reducirá drásticamente el tiempo necesario para introducir el producto en el mercado permitiendo un sistema de tracción creado por el cliente.

El último paso es crear la perfección dentro del sistema, visitando repetidamente los pasos anteriores para crear un sistema perfecto (Womack & Jones, 1997 ). Para ello se necesita un sistema que cree una cultura de mejora continua dentro de los elementos de integración general dentro de la organización para mejorar el valor para el cliente (Mann, 2010 ; Zarbo, 2012 ). También significa crear una cultura dentro de la organización que integre verticalmente los diversos subsistemas dentro de la organización. Para crear una cultura de integración CPS em requiere algo más que integración tecnológica, pero un cambio cultural en el pensamiento en la organización.

Proposición 5 : La integración vertical de subsistemas jerárquicos debe crear una cultura de mejora continua dentro de los subsistemas de integración general dentro de la organización para mejorar el valor para el cliente.

3.2. Integración horizontal y magra

La organización moderna requiere la cooperación entre varias organizaciones en la cadena de suministro para crear valor para el cliente (Albino, Carbonara, & Giannoccaro, 2007 ). La cadena de suministro de una organización es el sistema de organizaciones que participan, mediante vínculos aguas arriba y aguas abajo, en los diferentes procesos y actividades que producen valor en forma de productos y servicios prestados al consumidor final (Christopher, 2016 ). En la integración horizontal, todas las organizaciones que participan en la cadena de valor deben desempeñar un papel para satisfacer las necesidades de los clientes. La digitalización de toda la cadena de suministro dará lugar a beneficios mejorados para la organización, así como para los clientes (Auramo, Kauremaa, & Tanskanen, 2005 ). Debido a la implementación de la Industria 4.0, muchos nuevos modelos de negocio innovadores son factibles y prácticamente posibles ser implementados en el mercado para agregar valor al cliente y también crear una ventaja competitiva (Ivanov, Dolgui, Sokolov, Werner, & Ivanova, 2016 ; Kube & Rinn, 2014 ). Para citar un ejemplo de seguimiento de pedidos de clientes a lo largo de la cadena de suministro por el cliente es una característica que agregará valor al cliente en términos de pedidos de última hora, también, dará lugar a la personalización de productos y servicios. La calidad será ahora la responsabilidad de toda la cadena de suministro y con los sensores de control de las características de calidad de interés, será muy difícil para un producto de mala calidad llegar al cliente (Foidl & Felderer, 2015 ). La integración horizontal no puede llevarse a cabo aisladamente. LM se puede utilizar para diseñar la integración horizontal. El primer paso en el diseño de la integración horizontal es la identificación del valor del cliente, que la cadena de suministro o las organizaciones cooperantes deben cumplir. Una clara delineación del valor del cliente ayudará a identificar el papel de varias organizaciones en la creación de valor para el cliente (Duarte & Cruz-Machado, 2017 ). Por lo tanto, todas las organizaciones de integración horizontal deben ponerse de acuerdo sobre el valor de cliente que se supone debe cumplir la estrategia de integración.

Proposición 6 : La integración horizontal de varias organizaciones está diseñada sobre la base de la percepción común y mutuamente acordada del valor de los clientes entre las organizaciones integradoras, que se supone que debe alcanzar la estrategia de integración comúnmente acordada .

El segundo paso en la integración horizontal es trazar un mapa de la corriente de valor de las actividades de valor añadido en cada organización cooperante. Este es un paso importante, ya que ayudará a entender el valor que cada organización añade en la integración horizontal (Nash & Poling, 2011 ; Seth & Gupta, 2005 ). Debido a la integración de varias organizaciones a través de la digitalización, tanto aguas arriba como aguas abajo, hay grandes oportunidades para diseñar modelos innovadores de la cadena de suministro (Ivanov et al. 2016 ).

Proposición 7 : El mecanismo de integración horizontal puede diseñarse incorporando VSM, para mapear el valor al cliente mediante la identificación de residuos (Muda) en el mecanismo de integración horizontal.

El tercer paso en la integración horizontal es crear un flujo adecuado sin interrupción ni cuello de botella (Womack et al. 1990 ). Para crear un flujo adecuado entre las diversas organizaciones cooperantes para la integración horizontal, se deben diseñar diversos mecanismos de coordinación utilizando algoritmos inteligentes (Kolberg & Zuhlke, 2015 ). El seguimiento de los datos de la vida real debe llevarse a cabo para la autorregulación en toda la cadena de suministro a fin de evitar cualquier problema de coordinación para mantener el flujo fluido.

Proposición 8 : El mecanismo de integración horizontal que utiliza la industria 4.0 mejorará el flujo a través de la organización que coopera para ofrecer valor al cliente mediante la incorporación de sistemas inteligentes de coordinación y regulación

El cliente estará directamente conectado a los diversos elementos de la cadena de suministro debido al mecanismo digitalizado integrador horizontal. Todos los subsistemas o elementos de la cadena de suministro elaborarán una respuesta adecuada basada en las necesidades de los clientes. Este mecanismo dará lugar a la entrega de productos y servicios personalizados basados en las necesidades del usuario que también en un menor tiempo posible (Douaioui, Fri, & Mabroukki, 2018 ; Ivanov et al., 2016 ).

Proposición 9 : Los mecanismos de integración horizontal que utilizan la industria 4.0 permitirán la entrega de productos y servicios personalizados en un plazo lo más breve posible basado en el cliente creado un sistema de tracción que resulta en nuevos puntos de referencia a nivel de la industria.

La integración horizontal funcionará a un nivel óptimo en toda la cadena de suministro, cuando se forme una cultura de mejora continua en toda la organización participante. El estado estacionario de la integración horizontal se logrará cuando la mejora continua se evalúe en todas las organizaciones participantes. Si sólo unas pocas organizaciones tienen esta cultura y otras no, entonces los beneficios debido a la integración horizontal no se realizará (Hult, Ketchen, & Arrfelt, 2007 ).

Proposición 10 : La cultura de mejora continua debe ser el punto de referencia en todas las organizaciones integradas horizontalmente para crear un sistema perfecto que ofrezca un valor óptimo al cliente mediante el uso de recursos mínimos.

3.3. Integración de ingeniería de extremo a extremo

Los productos y servicios son componentes importantes para el éxito de la industria 4.0 (Leyh et al. 2017 ; Liao, Deschamps, Loures, & Ramos, 2017 ). El concepto de fábrica inteligente en la Industria 4.0 está facilitando el sistema de producción automatizado, flexible y eficiente que se puede realizar si los productos y servicios son compatibles para esta unificación (Lichtblau et al. 2015 ). La amalgama digital de cada etapa del ciclo de vida de los productos permite nuevas sinergias y oportunidades para optimizar la ingeniería a lo largo de toda la cadena de valor del producto (Kagermann et al. 2013 ). El producto porque es inteligente, puede almacenar información sobre sí mismo en términos de fabricación, operación anterior, sub-operación de siembra, el estado actual, diagrama de circuito o plan, información de montaje, ruta automática, entre otros más (Foidl & Felderer, 2015 ). El CPS cubre así todos los aspectos, desde los requisitos del cliente hasta la arquitectura del producto y la fabricación del producto acabado. El primer paso en la integración de ingeniería de extremo a extremo es identificar el valor del producto en términos de requisitos de los clientes que deben ser analizados más a fondo desde la perspectiva de CPS.

Proposición 11 : La integración de ingeniería de extremo a extremo requiere identificar el valor del producto en términos de requisitos del cliente que se traducen en la CPS necesidades.

De este modo, se podrán fabricar productos informáticos, de naturaleza inteligente. Los productos se montan a partir de piezas inteligentes que son modulares y compatibles con el enchufe (Axelsson, Fröberg, & Eriksson, 2018 ). Están equipadas con sensores, RFID, interfaces de comunicación, GPS, etc. recopilar datos del medio ambiente y su propio estado de producción. Estos datos serán procesados en los cibersistemas para conocer su trayectoria en el sistema de producción. Además, estos caminos, el mundo cibernético guiará el proceso de producción de una manera autónoma sin interacción humana. Por supuesto, todo esto sucede en tiempo real (Lichtblau et al. 2015 ; Saldivar et al., 2015 ). Esta integración de productos, sistemas de producción física y tecnología cibernética permitirá el seguimiento, la autorregulación, la optimización de los recursos para la fabricación de productos individuales (Bassi, 2017 ; Cheng et al., 2016 ). Tal punto de vista no termina con la producción del producto por sí solo, sino que va más allá de la producción al consumo por parte del cliente. El concepto de servitización se propuso ya en 1988 (Vandermerwe & Rada, 1988 ). Este concepto de atención al cliente debe combinar productos, servicios, apoyo y conocimientos como los elementos más importantes (Lee et al. 2014 ). La servitización de fabricación se define como la innovación de las capacidades y procesos organizacionales, desde la venta de productos hasta los servicios integrados de productos (Baines, Lightfoot, Benedettini, & Kay, 2009 ). Es un cambio en la estrategia para la organización en la que la organización cambia sus capacidades y procesos de la venta de un producto a la venta de una oferta integrada de productos y servicios, que entrega valor en uso (Martinez, Bastl, Kingston, & Evans, 2010 ). El sistema de servicio de productos es un aspecto especial de la servitización. Es un sistema de productos, servicios, redes de apoyo e infraestructura, diseñado para ser competitivo en el mercado, satisfacer las necesidades de los clientes, y sobre todo, tiene menos impacto en el medio ambiente en comparación con los productos de naturaleza tradicional (Mont, 2004 ). Por lo tanto, el objetivo de marketing de la organización cambia de no sólo la venta de un producto, a satisfacer las necesidades del cliente por solución de servicio total (Lerch & Gotsch, 2015 ). Para que ese concepto sea una realidad, la integración de los CPS de la organización debería integrar el uso de cada producto en el consumidor final.

Proposición 12 : Para la integración de ingeniería de extremo a extremo, el flujo de valor de los requisitos del sistema CPS utilizando el sistema producto-servicio ayudará a identificar las actividades no relacionadas con el valor añadido.

A medida que los productos inteligentes se mueven a través de la organización de una manera autoguiada, el flujo suave debe ser diseñado sin ninguna interrupción o retraso (Lichtblau et al. 2015 ). Cada producto captura los diversos parámetros de tiempo de procesamiento, que se pueden utilizar para optimizar el flujo suave durante la integración de ingeniería de extremo a extremo (Nunes, Pereira, & Alves, 2017 ).

Proposición 13 : Para la integración de ingeniería de extremo a extremo los datos de los productos inteligentes se pueden utilizar para diseñar el flujo suave utilizando el CPS.

Los datos dentro de los productos inteligentes se pueden utilizar para entregar el producto en el menor tiempo posible dentro y fuera de la organización. Los productos inteligentes guiarán su camino a través de cadenas de suministro inteligentes de una manera de sistema de tracción creado por el cliente (Nunes et al. 2017 ; Schmidt et al., 2015 ).

Proposición 14 : Los datos de los productos inteligentes se pueden utilizar para crear un diseño de sistema de tracción mediante la integración de ingeniería de extremo a extremo en el menor tiempo posible dentro y fuera de la organización.

El mecanismo de autorregulación en la integración de ingeniería de extremo a extremo creará una cultura hacia la perfección y la mejora continua a través del algoritmo inteligente que adquirirá y procesará una gran cantidad de datos que conducen a la cultura de mejora continua basada en la tecnología (Bicaku et al. 2017 ; Burke, Mussomeli, Laaper, Hartigan, & Sniderman, 2017 ; He & Jin, 2016 ).

Proposición 15 : El mecanismo de autorregulación a través de datos inteligentes de los productos en ingeniería de extremo a extremo creará una cultura de mejora continua.

4. Discusión e implicación para la investigación y la práctica

El propósito de este trabajo fue delinear la brecha de investigación en la investigación y práctica actual sobre LM e Industria 4.0, presentando un modelo de implementación de integración teórica propuesto, que puede ser utilizado para una verificación empírica adicional de tres tipos de integración de Industria 4.0 y Lean. El principio primordial de nuestro trabajo es que LM puede ser utilizado como una guía filosófica para el diseño de la arquitectura para la integración de ingeniería horizontal, vertical y de extremo a extremo para la implementación de la Industria 4.0 dentro de la organización. Hasta ahora, hay pocos estudiosos que han examinado la integración de LM con la industria 4.0 (Axelsson et al. 2018 ; Leyh et al., 2017 ). Por lo tanto, este estudio proporciona una adición, al avance de la teoría muy necesaria sobre LM e Industria 4.0. Una contribución importante de este estudio es que proporciona las propuestas de investigación que se pueden probar en futuros estudios empíricos. A continuación, discutimos las implicaciones específicas para la investigación y la práctica. La integración vertical en la Industria 4.0 es la integración de diversas funciones dentro de una organización (Wang et al. 2016 ). El principio subrayado de esta integración debe alinearse sobre la base de los cinco principios de Lean. Tal alineación de la LM y la integración vertical en la Industria 4.0, añadirá valor al cliente y los recursos que están integrados se utilizarán de la mejor manera posible. Además, el mecanismo de integración se puede adaptar según la organización individual en función del valor que agrega al cliente en función de las ofertas de productos o servicios. La integración vertical dentro de una organización resulta en un enorme gasto financiero (Foidl & Felderer, 2015 ). Utilizando los principios de LM como guía, las integraciones de estos subsistemas funcionales pueden llevarse a cabo, inicialmente, lo que agrega valor al cliente. Esto servirá de guía para la priorización de la integración de subsistemas funcionales basados en los cinco principios de la LM. La integración horizontal es la integración de varias organizaciones que añaden valor al cliente (Stock & Seliger, 2016 ). Los cinco principios rectores del LM pueden utilizarse como guía para diseñar la estrategia de integración horizontal para añadir valor al cliente optimizando los diversos parámetros dentro de la integración horizontal. Los cinco principios rectores pueden servir de mecanismo cohesivo de cooperación y coordinación entre todas las diferentes organizaciones dentro del marco de integración horizontal (Martínez-Jurado & Moyano-Fuentes, 2014 ). El algoritmo estratégico de intercambio de datos, gestión de datos y autorregulación también ayudará a lograr la transparencia dentro de los elementos integradores horizontales. La integración horizontal y vertical basada en los cinco principios de LM dará lugar a un sistema que es muy sensible y crear una atracción por parte del cliente. La integración basada en ingeniería de extremo a extremo se basa en la información que se almacena en los productos inteligentes (Brettel et al. 2014 ; Stock & Seliger, 2016 ). Los cinco principios rectores de LM también pueden ser un medio para diseñar el camino óptimo del producto autoguiado a través de diversas corrientes de valor añadido de la manera más eficaz. Los principios rectores de LM pueden ser utilizados por las organizaciones mientras implementan Industria 4.0 dentro de la organización.

La investigación futura debería explorar en detalle los factores críticos de éxito para la integración vertical basada en los cinco principios de la LM. Los estudios de casos ayudarán a estudiar el gran número de variables que una organización tiene que considerar al integrar varios subsistemas dentro de una organización. Los elementos socio-técnicos (Trist, 1981 ) de la integración vertical dentro de la organización ayudará a desenterrar varios factores distintos de los factores técnicos que deben tenerse en cuenta durante la implementación de la integración vertical dentro de la organización. En los futuros estudios sobre la integración horizontal y la LM también deberían estudiarse los factores de preparación de diversas organizaciones para la integración horizontal. Los algoritmos a corto y largo plazo que resolverán las diversas cuestiones de las integraciones horizontales como la coordinación, la capacidad de respuesta, las demandas cambiantes, la calidad y el cumplimiento, etc. puede ser necesario para crear mecanismos de autorregulación dentro de la integración horizontal. En la integración de ingeniería de extremo a extremo y los cinco principios rectores del LM, la investigación puede estar dirigida a algoritmos que ayudarán a optimizar el camino autoguiado para los productos basados en los cinco principios del LM. Los modelos de adquisición, procesamiento y adopción de decisiones de información para la integración de ingeniería de extremo a extremo pueden estudiarse a partir de los principios de LM para eliminar desechos.

4.1. Limitaciones

En el estudio se examinan tres formas de integración, a saber: integración de ingeniería vertical, horizontal y de extremo a extremo y cómo se puede implementar con respecto a los cinco principios rectores de LM. El modelo teórico se basó en la literatura reciente en el campo de la Industria 4.0 y LM. El impacto de los principios rectores y de los diversos tipos de integración también se verá afectado por diferentes tipos de organización, por ejemplo. pequeñas, medianas y grandes industrias. Este estudio ha considerado que esta variación entre los tipos de industrias es constante. La revisión para la construcción del modelo teórico integrador está limitada por las bases de datos a las que se accede, los criterios de búsqueda, el método de búsqueda, los criterios de inclusión y exclusión y las limitaciones de tiempo.

4.2. Contribuciones a la práctica

La tendencia actual en la organización moderna es hacia la implementación de la Industria 4.0. Las organizaciones al implementar la Industria 4.0 tienen que integrarla con LM para obtener beneficios óptimos (Buer et al. 2018 ; Rüttimann & Stöckli, 2016 ; Sanders et al., 2016 , 2017 ; Tortorella & Fettermann, 2018 ). Este estudio puede ser utilizado como un marco práctico para la implementación Industria 4.0 y LM dentro de una organización. Antes de diseñar el mecanismo de integración vertical, horizontal y de extremo a extremo, los cinco principios de LM pueden aplicarse para establecer la mejor secuencia de combinación posible para la integración. La implementación de la integración es difícil de implementar a la vez, sin embargo, el sistema de integración evoluciona a lo largo de un tiempo con la cooperación de otros subsistemas en la integración. En otras palabras, si los principios LM deben formar las directrices para el diseño y la evolución del mecanismo de integración para obtener los beneficios óptimos de la Industria 4.0. Además, la implementación de la Industria 4.0 requerirá el uso de una gran cantidad de recursos organizacionales. La integración de LM utilizando las 15 propuestas sugeridas en este artículo ayudará a la organización a utilizar mejor los recursos de la organización para obtener los beneficios previstos.

5. Conclusión

La cuarta revolución industrial ha dado lugar a que la Industria 4.0 sea implementada por organizaciones líderes y LM es una de las estrategias empresariales más utilizadas durante las últimas tres décadas. LM puede contribuir a la implementación de la Industria 4.0, sin embargo, hay una escasez de estudios que propone la integración de la Industria 4.0 con LM. Este estudio propone un modelo integrador de Industria 4.0 y LM. La integración de ingeniería vertical, horizontal y de extremo a extremo de la Industria 4.0 con LM ayudará a las organizaciones a implementar la Industria 4.0. Además, se formulan 15 propuestas de investigación que ayudarán a la investigación futura a avanzar en el mecanismo integrador de la LM con la Industria 4.0.

Agradecimientos

Agradecemos a los editores y a los tres árbitros anónimos las sugerencias constructivas que fueron muy útiles para mejorar el artículo.

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