A journey towards Industry 4.0 : the supporting role of socio-technical systems

Abstract

Companies seek to improve their competitiveness and productivity through innovation in processes, products, and equipment. This innovation can be achieved via technologies that bring greater quality, flexibility, efficiency, control, and monitoring to their production. In this sense, the concept of a more intelligent, automated, and digital industry gained interest and culminated in Industry 4.0. Many companies view this industry evolution as capable of delivering immediate improvements and lowering production costs. However, only crediting the technology with gains in productivity, quality, and flexibility has brought frustrations, complexity, and reduced production in company processes. This is due to, among other things, the way Industry 4.0 technologies are understood, implemented, communicated, and used. Literature and empirical studies have shown that companies still lack the technological, cultural, and process maturity necessaries to obtain substantial gains with Industry 4.0, especially small and medium-sized companies. Focusing on this technology implementation process, this thesis aims to investigate how the socio-technical theory can bring improvements and gains in relation to the environment in which technologies such as IoT, big data, analytics, collaborative robots, and 3D printing are implemented. For that, this thesis aims to identify how the socio-technical aspects impact the implementation of Industry 4.0 and its contribution to improving the results with its implementation. The results demonstrate that socio-technical aspects are associated with higher levels of Industry 4.0 implementation as they serve as the basis for technologies to operate in a more organized environment, with workers trained and engaged in their use and with a clear and delimited strategy. Strategic aspects are the most impacting aspects of Industry 4.0 implementation and should be considered fundamental for companies adopting its technologies. The qualitative results highlight such importance and demonstrate how companies have made such a transition both through Industry 4.0 ecosystems, as well as seeking capabilities and knowledge through suppliers, consultancies, associations, and startups. Still, the results showed the importance of collecting, storing, and having the ability to use data for continuous improvement. Well-established lean maturity and the definition of a strategic and technological roadmap that guides the technology implementation process were also essential for the company to focus on a broader context of technologies to the detriment of ad-hoc implementations. Finally, the results also showed that although aspects of strategic definition bring important gains for implementing Industry 4.0, improvements related to workers, such as engagement, qualification, and training, can also bring productivity improvements. In this way, this thesis brings theoretical and empirical gains to a field of growing interest for the industry that demands high investments, impacting not only workers but various organizational, social, and technical aspects of the company. The results discussed here provide empirical evidence of the importance of a socio-technical vision based on more organized processes, a well-defined strategy, and trained, engaged, and participative workers in the transition to Industry 4.0, in contrast to the technocentric vision generally adopted by companies.

Empresas buscam melhorar sua competitividade e produtividade através de inovações em processos, produtos e equipamentos. Tais inovações podem ser feitas através de tecnologias que tragam maior qualidade, flexibilidade, eficiência, controle e monitoramento a sua produção. Nesse sentido, o conceito de uma indústria mais inteligente, automatizada e digital ganhou força e culminou no que se denomina de Indústria 4.0. Muitas empresas visualizam essa evolução da indústria como capaz de entregar melhorias imediatas e diminuir custos de produção. No entanto, creditar somente à tecnologia ganhos de produtividade, qualidade e flexibilidade tem trazido frustrações, diminuição na produção e complexidade aos processos das empresas. Isso se deve, entre outras coisas, à forma como as tecnologias da Indústria 4.0 são entendidas, implementadas, comunicadas e usadas. Estudos empíricos têm demonstrado que as empresas ainda não possuem maturidade tecnológica, cultural e de processos para obter ganhos substanciais com a Indústria 4.0. Com foco nesse processo de implementação de tecnologia, esta tese visa estudar como a abordagem sistêmica e holística proposta pela teoria socio-técnica pode trazer melhorias e ganhos em relação ao ambiente em que as tecnologias como IoT, big data, analytics, robôs colaborativos e impressão 3D são implementadas. Para isso, essa tese tem como objetivo geral identificar como os aspectos socio-técnicos impactam a implementação da Indústria 4.0 e sua contribuição para melhorar os resultados com a sua implementação. Os resultados demonstram que os aspectos socio-técnicos estão associados a níveis mais altos de Indústria 4.0 uma vez que servem de base para que as tecnologias possam operar em um ambiente preparado, com trabalhadores treinados e engajados em seu uso e com uma estratégia clara e delimitada. Os aspectos estratégicos são os que mais impactam no nível de adoção de Indústria 4.0 e são fundamentais para a adoção das tecnologias. Os resultados qualitativos ressaltam tal necessidade e demonstram como as empresas têm feito tal transição tanto através de treinamentos, parcerias com startups e organizações governamentais, assim como buscando capabilidades e conhecimento através de fornecedores, universidades e consultorias. Ainda, os resultados evidenciaram a importância de coletar, armazenaram e possuir capacidade de utilizar dados para melhorias contínuas. Maturidade lean bem estabelecida e a definição de um roadmap estratégico e tecnológico que guie o processo de implementação das tecnologias também foi demonstrado como essencial para que a empresa foque num contexto mais amplo de tecnologias em detrimento de implementações pontuais e usos ad hoc. Finalmente, os resultados também demonstraram que apesar de aspectos de definição estratégica trazerem ganhos importantes para a implementação de Indústria 4.0, melhorias relacionadas a trabalhadores, como engajamento, qualificação e treinamento também são capazes de trazer melhorias na produtividade. Dessa forma, essa tese traz ganhos teóricos para um campo crescente e de interesse da indústria e que demandam investimentos altos, impactando não somente os trabalhadores, mas diversos aspectos organizacionais, sociais e técnicos da empresa. Os resultados discutidos aqui trazem evidências empíricas da importância de uma visão socio-técnica pautada em processos mais organizados, estratégia bem definida e trabalhadores treinados, engajados e participativos na transição para a Indústria 4.0 em contraste a visão tecnocentrista geralmente adotada pelas empresas.