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Introducción
La puesta en práctica de las tecnologías digitales para el cambiante mundo globalizado ha representado un reto debido al constante requerimiento de adaptación para cubrir las necesidades de cada una de las industrias. La Industria 4.0 ha revolucionado la manera en que las industrias diseñan, fabrican y realizan la distribución de artículos. Como resultado de la implementación de tecnologías, surgen productos finales y activos inteligentes.
A lo largo de los años, los sistemas de manufactura se han visto profundamente afectados por los desarrollos constantes en materia de tecnología. La primera revolución industrial que se originó a principios de 1800, con la construcción de la máquina de vapor, vino a minimizar la necesidad de trabajo animal y humano, estableciendo un parteaguas en los procesos de ingeniería y producción. Luego, la segunda revolución industrial, con el uso de recursos como el petróleo y la energía eléctrica, representó la mejora en la agilidad de los procesos y la reducción de las problemáticas, permitiendo que los productos se generaran en masa. La tercera revolución industrial trajo consigo una de las aportaciones más novedosas que sigue impactando hasta nuestros tiempos, la aparición de las computadoras. El uso de estos instrumentos representó la antesala de la automatización de las industrias y la introducción a la robótica.
Finalmente, la cuarta revolución industrial, representada por el manejo de las tecnologías cada vez más novedosas que realizan el manejo simultáneo de un sinfín de datos e información. De este modo, los procesos dentro de la industria son cada vez más eficientes y sencillos. La Inteligencia Artificial es parte del fundamento de la Industria 4.0, ya que por medio de estas herramientas digitales se pueden analizar, predecir, comprender e informar un sinfín de fenómenos cambiantes que surgen dentro de los procesos industriales. El potencial y beneficio que provee esta última revolución industrial repercute directamente sobre la forma en que la integración, el sentido de innovación y la autonomía de los procesos sucede.
La Figura 1 establece la secuencia de las revoluciones industriales de la historia.
La industria 4.0 se ha presentado como una de las más novedosas creaciones para las empresas, que como lo mencionan Tao (2014), Chen et al. (2014), Wang (2016) y Vijaykumar (2015) incorpora dentro de sus herramientas tecnologías como las llamadas internet de las cosas, cómputo móvil, la nube, el big data, sensores inalámbricos, dispositivos móviles, entre otros.
El uso de estas tecnologías no es algo nuevo, sin embargo, la aportación de la Industria 4.0 es el uso en conjunto de ellas, creando una herramienta potente que permite a la industria manufacturera contar con procesos de producción integrados, automatizados, así como optimizados que mejoran la eficiencia operativa y el desempeño organizacional. (Ningeria, 2016)
Como lo menciona Banda (2014), es tal el impacto que ha tenido la Industria 4.0 en las empresas que es considerado como un aporte de innovación sistemático que ha redefinido los modelos de negocio y dio lugar a una perspectiva global integrada tanto del entorno en el que se desenvuelven las empresas como la organización de las mismas.
De ese modo, el objetivo de este trabajo es presentar claramente cuáles son los factores que permiten una exitosa puesta en marcha de las herramientas y tecnologías que componen la Industria 4.0, realizando una exhaustiva revisión sistemática de literatura. Lo anterior realizado con base en la respuesta que se quiere dar a preguntas como ¿Qué es la industria 4.0? ¿Cuáles son los factores asociados a una correcta puesta en marcha de las tecnologías de la industria 4.0? ¿Qué beneficios implica la correcta aplicación de la industria 4.0?
Desarrollo
La construcción de una ideología que reuniera herramientas digitales que tuvieran en conjunto el potencial de uso para poder ayudar a hacer más eficientes los procesos de producción en las empresas es lo que ahora se conoce como industria 4.0. Surgió en Alemania en el año 2011, basándose en una política económica que tenía como base estrategias de alta tecnología, como la automatización, digitalización de procesos y el uso de tecnologías de electrónica e información para la manufactura. (Mosconi, 2015)
Como lo mencionan Riedl, et al. (2014), Zhang, et al. (2014) y Frazzon et al. (2013), la industria 4.0 se define como el uso de las tecnologías, orientado a los sistemas ciberfísicos, que pueden ser utilizadas por personas para integrar los planes de producción, sistemas de almacenamiento y de logística para el establecimiento de redes de trabajo. Cabe mencionar, que los sistemas ciberfísicos se refieren a un sistema físico o bien, mecánico con capacidades de computación y comunicación, por ejemplo, una máquina, la cual se puede conectar a internet para actuar e interactuar con otros sistemas o personas de forma inteligente.
La industria 4.0 emergió como una idea de mejora e innovación para productos novedosos y procesos, mediante el uso de industrias inteligentes que hagan uso de las redes de trabajo que propician la colaboración de estas últimas. Así, ésta transformó la manera en que se habían estado llevando a cabo los procesos, cadenas de suministro y modelos de negocio.
De este modo, se entiende que la industria 4.0 se refiere al conjunto de tecnologías y definiciones de la cadena de valor de las fábricas inteligentes que hacen uso de los sistemas ciberfísicos, creando una copia virtual de lo que corresponde al mundo real y así tomar decisiones descentralizadas. La idea de la industria 4.0 se basa en la capacidad que desarrollan las máquinas para comunicarse entre sí, transmitir información y llevar a cabo acciones que permitirán que sus procesos sean inteligentes.
Son nueve pilares tecnológicos los que utiliza la industria 4.0, los cuales establecen una conexión entre el mundo físico y el digital dando lugar a los sistemas inteligentes y autónomos. A continuación se explica cada uno de ellos:
Internet de las Cosas: El internet de las cosas, IoT denominado así por las iniciales de sus palabras en inglés representa una conexión a través de la red entre las personas y sus dispositivos electrónicos, entornos, vehículos inteligentes, maquinarias, etcétera. De modo que se da lugar a un intercambio de información y datos entre todos los anteriormente mencionados según se requiera. Se podría visualizar esta interconexión como una tela de araña, en donde los canales de comunicación entre los sistemas ciberfísicos se efectúan con otros sistemas y con individuos.
Big Data: La definición de Big Data es una masiva cantidad de datos de gran complejidad que se generan y se transmiten en los canales de comunicación en el entorno de la industria 4.0, para lo cual es imprescindible el uso de herramientas informáticas que permitan el procesamiento, gestión y análisis de los datos.
Inteligencia Artificial: La inteligencia artificial a lo largo de la historia ha realizado un sinfín de tareas que disminuyen el esfuerzo humano y reduce los errores. Lo que ha dado lugar a percibir, razonar y resolver problemáticas. Permitiendo realizar tareas de razonamiento que anteriormente solo podían ser efectuadas por humanos. Ahora, el número de datos que se generan y manejan en las empresas es en principio abundante y su crecimiento es exponencial, lo cual en ocasiones hace que sea imposible de manejar por individuos, ahí es donde radica la importancia de la inteligencia artificial, la cual tiene la capacidad de procesarla e interpretarla para poder tomar decisiones que involucren cada vez menos a las personas.
Computación en la Nube: Implica el compartir datos, servicios, aplicaciones y el uso de distintos softwares entre diferentes ubicaciones geográficas y sistemas de forma remota, de manera que las empresas tengan a su alcance la totalidad de información disponible, pero solo utilicen la necesaria en el momento, generando un ahorro de costos.
Realidad aumentada: Por medio de un conjunto de tecnologías, es posible disponer visualmente en un dispositivo de una capa de información virtual, mezclada con la realidad e información gráfica.
Simulación virtual: Permite generar simulaciones, análisis estáticos y dinámicos que expliquen el comportamiento de un sistema, ofreciendo la oportunidad de examinar las capacidades de un diseño sin tener que realizar prototipos.
Robótica: Una de las herramientas en desarrollo que ha impactado en las industrias, pues se diseñan robots inteligentes que tienen el objetivo de reemplazar la mano de obra humana, capaces de realizar tareas de forma autónoma, sin asistencia ni supervisión, además de tener la habilidad del aprendizaje.
Blockchain: Se conoce como cadenas de bloques seguros, constituyen sistemas de seguridad que no se pueden reproducir, debido a que, al ser una cadena, la información disponible en un bloque solo puede ser modificada mediante la edición de todos los bloques posteriores.
5G: Uno de los más recientes cambios en el área de la telefonía, se refiere al nuevo estándar implementado en el área de la comunicación en donde se multiplica el ancho de banda y se aumenta la velocidad y la hiperconectividad en tiempo real.
Sensórica: Los sensores se utilizan como traductores de fenómenos físicos en señales medibles o interpretables. Los sensores han sido necesidades inseparables de la industria 4.0 puesto que estos son los que registran datos e información que alimentan los sistemas inteligentes y permite procesarlos, interpretarlos e intercambiarlos. (García, 2021)
Así, cabe destacar la evidente importancia y beneficio que conlleva la implementación de las técnicas de la industria 4.0 de forma que sus resultados representen beneficios.
Materiales y métodos
La metodología utilizada es de carácter explicativo y longitudinal. Se elaboró una revisión de literatura sobre conceptos e información relacionada con la industria 4.0. La revisión se realizó en dos partes: la primera fue exploratoria. Se realizó una búsqueda de la cantidad de artículos, capítulos de libros y en general, documentos que brindaran información del tópico de interés. La segunda fue realizada con la ayuda de bases de datos científicas por medio de criterios de búsqueda específicos que brindaran información de interés.
Los resultados de la búsqueda bibliográfica arrojaron que dentro de las bases de datos existe una cantidad abundante de información acerca de investigaciones y análisis realizados con base a aplicaciones de la industria 4.0. La mayoría de ellos brindan, al inicio, un panorama teórico referente a la definición de industria 4.0, para después enfocarse en la aplicación de la herramienta a casos de estudio dentro de industrias o bien, en áreas sociales como la educación.
Para efectuar la recolección de investigaciones se utilizaron bases de datos y buscadores como ScienceDirect, Redalyc, ResearchRabbit, Dialnet, Scielo y Google Académico, tomando en cuenta aquellos documentos escritos en inglés y español desde el año 2016 hasta 2023, reportando implementaciones y aplicaciones exitosas de las tecnologías de la industria 4.0.
En la Tabla 1 se muestra la información obtenida mediante los buscadores, utilizando operadores booleanos para hacer una búsqueda mediante criterios que permitiera obtener solo aquellos documentos que cumplieran con las características referentes a actualidad y relevancia establecidas.
Tabla 1 Bases de datos y términos de búsqueda
| BASE DE DATOS | TÉRMINOS DE BUSQUEDA | RESULTADOS |
|---|---|---|
| Scielo | Successful Of Industry 4.0 | 6 |
| Science Direct | ((Successful Implementation) OR (Influencing Factors) AND (Industry 4.0)) | 691 |
| Dialnet | ((Factores Influyentes) OR (Implementación Exitosa) AND (Industria 4.0)) | 15 |
| Google Académico | ((Factores Influyentes) OR (Implementación Exitosa) AND (Industria 4.0)) | 1340 |
Fuente: Elaboración propia
El procedimiento de selección de la información se basó en el documento de la lista de verificación PRISMA 2020 y se muestra en la Figura 2 (Page et al., 2021)
La realización metodológica de la revisión bibliográfica expuesta anteriormente permitió reunir los resultados relevantes de las distintas bases de datos, constuyendo una síntesis cualitativa de la información que diera lugar a la respuesta de las preguntas de investigación establecidas al inicio del presente documento. Los 25 estudios incluidos fueron elegidos con base en los siguientes criterios: estudios centrados en la aplicación de la industria 4.0; publicaciones del periodo 2016-2024; artículos publicados en revistas indexadas; trabajos de estructura completa; trabajos que tuvieran como palabra clave industria 4.0, factores influyentes de implementación exitosa. Además de basar el rechazo de trabajos en criterios establecidos como:
Resultados
Las investigaciones resultantes de la búsqueda sistematizada del tema de interés, factores influyentes en la exitosa implementación de la industria 4.0, fueron 25. Los resultados se organizaron mediante las siguientes categorías: autor, año de publicación, lugar de publicación, idioma y enfoque. Así, la Tabla 2 resume la información correspondiente a cada uno de los artículos incluidos en la síntesis generada sobre la revisión sistemática.
Tabla 2 Investigaciones elegidas con base en la revisión sistematizada
| Autor, año | Idioma | Enfoque |
|---|---|---|
| Li et al., 2020 | Inglés | Uso de la industria 4.0 en las cadenas de suministro en China para analizar la influencia de esta aplicación en el área económica y del entorno (Li et al., 2020) |
| Bai et al., 2020 | Inglés | Evaluación de las tecnologías utilizadas en la industria 4.0 en el enfoque sustentable (Bai et al., 2020) |
| Hahn, 2020 | Inglés | Análisis de la repercusión de la aplicación de las tecnologías de la industria 4.0 en las cadenas de suministro para la digitalización de los procesos de demanda de servicios personalizados (Hahn, 2020) |
| Ghadge et al., 2020 | Inglés | Propuesta de un marco para la implementación y efectiva transición en las cadenas de suministro a las tecnologías de la industria 4.0 (Ghadge et al., 2020) |
| Abdirad & Krishnan, 2020 | Inglés | Revisión sistemática sobre la literatura disponible sobre la implementación de técnicas de industria 4.0 en la logística y cadenas de suministro (Abdirad &Krishnan, 2020) |
| Esmaeilian et al., 2020 | Inglés | Uso de las tecnologías de la industria 4.0 para el mejoramiento de los procesos en las cadenas de suministro sustentable (Esmaeilian et al., 2020) |
| Mastos et al., 2021 | Inglés | Uso de la industria 4.0 para el desarrollo de modelos y soluciones de economía circular (Mastos et al., 2021) |
| Pasi et al., 2020 | Inglés | Análisis de una de las tecnologías de la industria 4.0, el “internet de las cosas” para la aplicación en cadenas de suministro (Pasi et al., 2020) |
| Preindl et al., 2020 | Inglés | Análisis del impacto de la industria 4.0 como medio de la transformación digital para el intercambio de información y toma de decisiones en los procesos industriales (Preindl et al., 2020) |
| Avventuroso et al., 2017 | Inglés | Aplicación de tecnologías de industria 4.0 para la construcción de un sistema de producción en red en una empresa virtual para el análisis de bucles de información del ciclo de vida de un producto (Avventuroso et al., 2017) |
| Man & Strandagen, 2017 | Inglés | Búsqueda de áreas de modelos de negocio sustentable para la aplicación exitosa de la industria 4.0 (Man &Strandagen, 2017) |
| Szozda, 2017 | Inglés | Análisis del impacto de la aplicación de las tecnologías de la industria 4.0 en el funcionamiento de las cadenas de suministro (Szozda, 2017) |
| Vladimirovich et al., 2017 | Inglés | Uso de la tecnología de la industria 4.0 para la programación integrada de los flujos de materiales y servicios de información en las redes de suministro de estas (Vladimirovich et al., 2017) |
| Witkowsky, 2017 | Inglés | Soluciones innovadoras en el área logística y de la administración de las cadenas de suministros. (Witkowsky, 2017) |
| Strandhagen et al., 2017 | Inglés | Técnicas de la logística 4.0 para los modelos de negocio sustentable (Strandhagen et al., 2017) |
| Dolgui et al., 2018 | Inglés | Análisis del impacto de las tecnologías digitales y la industria 4.0 en el análisis de riesgo de las cadenas de suministro (Dolgui et al., 2018) |
| Glas & Kleemann, 2016 | Inglés | Análisis cualitativo y conceptual acerca del impacto de la industria 4.0 en la administración de las cadenas de suministro y métodos de adquisición (Glas & Kleemann, 2016) |
| Ramírez et al., 2019 | Español | Uso de las tecnologías de la industria 4.0 mediante redes neuronales para la disminución de scrap dentro de una empresa automotriz (Ramirez et al., 2019) |
| Elhoone et al., 2019 | Inglés | Elaboración de un diseño basado en la cibernética para la fabricación aditiva usando redes neuronales artificiales en la industria 4.0 (Elhoone et al., 2019) |
| Arbella et al., 2021 | Español | Uso de los métodos de la industria 4.0 para el monitoreo de las condiciones de las turbinas de viento de un parque eólico (Arbella et al., 2021) |
| Frank et al., 2019 | Inglés | Implementación de patrones en las compañías de manufactura basado en las tecnologías de la industria 4.0 (Frank et al., 2019) |
| Liao et al., 2017 | Inglés | Elaboración de una revisión sistemática de literatura acerca del pasado, presente y futuro de la aplicación de la industria 4.0 (Liao et al., 2017) |
| Diaz et al., 2023 | Español | Elaboración de un marco referencial acerca de la construcción de un puente entre el uso de las redes neuronales como herramientas de la inteligencia artificial con la industria 4.0 (Diaz et al., 2023) |
| Jiménez et al., 2021 | Español | Elaboración de una revisión de literatura fundamentada del uso de las tecnologías de la industria 4.0 en las cadenas de suministro (Jiménez et al., 2021) |
| Ladiño y Briseño, 2022 | Español | Aplicación de las tecnologías de la industria 4.0 en las pequeñas y medianas empresas de Bogotá, para el análisis de los casos de éxito (Ladiño y Briseño, 2022) |
| Ojeda, 2024 | Español | Implementación de la industria 4.0 en el sector hospitalario de segundo y tercer nivel en el estado de Yucatán, México (Ojeda, 2024) |
Fuente: Elaboración propia
Las publicaciones e investigaciones resumidas en la Tabla 2 se desarrollaron en su mayoría en el periodo de 2019 hasta 2024 .A continuación, la Tabla 3 establece la cantidad de trabajos por año de publicación.
Discusión
La información recopilada permite establecer que las herramientas de la industria 4.0 forman parte de los métodos de actualización y mejoramiento de los procesos dentro de las empresas manufactureras y de las cadenas de suministro. El trabajo realizado permite obtener una base teórica fundamentada y bien seleccionada de fuentes de información dentro del gran volumen de información existente en la diversidad de bases de datos.
Cada una de las investigaciones elegidas cumple con criterios de selectividad que los posicionan dentro de los artículos con mayor fiabilidad para construir una idea de lo que es la industria 4.0 y casos exitosos de implementación o aquellos que brindan la mejor información para el análisis de las consecuencias de la aplicación de las tecnologías de la industria 4.0 en diversas áreas industriales.
La revisión sistemática de literatura representa una simplificación en el proceso de la búsqueda de información que fundamente una investigación científica. Existen trabajos como los de Abdirad y Krishnan (2020) en donde se propone un concepto de intercambio de datos en empresas, basado en el concepto de la industria 4.0. Juarez, et al. (2021) realizó la revisión sistemática de literatura con respecto al concepto de industria 4.0, encontrando fuentes de información en bases de datos confiables de producción e investigación científica. Por otro lado, Ghadge, et al. (2020) se enfocó en la realización de una revisión sistemática desde la perspectiva crítica de la literatura disponible, de manera que se lograra analizar la efectiva implementación de la industria 4.0 desde las principales características.
Si bien existe abundante información, la mayoría de las investigaciones realizadas se basan en la construcción teórica del concepto, lo que da lugar a una amplia gama de oportunidades para elaborar investigaciones de carácter técnico que expliquen los procesos de implementación de las tecnologías de la industria 4.0 en las empresas. El área mayormente investigada con aplicaciones de las tecnologías emergentes es la de la administración y mejora de las cadenas de suministro, lo que pone de manifiesto la gran cantidad de áreas industriales sin explorar.
Conclusiones
El presente trabajo ha sido construido con base en una exhaustiva búsqueda, selección e interpretación de la información existente dentro de las bases de datos científicas, donde las investigaciones más relevantes existen. Sin embargo, la elegibilidad de estos se realiza con rigurosos criterios que permitan establecer un método de discriminación para eliminar aquellos trabajos que no encajan con el tipo de trabajo que se está realizando.
En esta investigación se revisó y seleccionó aquellas investigaciones que proporcionaban la información relevante sobre la construcción de un marco referencial acerca de la industria 4.0 y la implementación de las tecnologías en diversas áreas industriales y en distintos puntos geográficos. Demostrando así, que las herramientas de la industria 4.0 tienen la capacidad de digitalización del mundo.
Los resultados proporcionados en esta investigación deben tomarse como un análisis metodológico y sistémico respecto a la literatura disponible sobre la implementación exitosa de la industria 4.0. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la elegibilidad de los trabajos tomados en cuenta en esta investigación es temporal, esto debido a que la investigación y publicación de nueva información se realiza de forma constante, forzando así a la continua actualización y ajuste de los criterios de elegibilidad y documentos tomados en cuenta en las revisiones sistemáticas de literatura de este y otros temas de interés.
Futuras líneas de investigación
El presente análisis identifica áreas potenciales de investigación del tema debido a que se presenta el estado actual de estudio en el área. La búsqueda de los trabajos seleccionados presenta las implementaciones con mayores beneficios. El desarrollo científico y tecnológico que se realiza en la época actual permite que las posibilidades de mejora y expansión de la presente investigación sean abundantes. Una opción sería el uso de herramientas de inteligencia artificial que faciliten la búsqueda de información actual y novedosa respecto al tema de interés. Por otro lado, se podría discernir entre las distintas fuentes de información para solo basar la investigación en un tipo de producción científica, de una localización geográfica puntual o bien de sector industrial específico. Así, las líneas de investigación que quedan al alcance para próximas investigaciones son múltiples.
