The contribution of industry 4.0 technologies to increase internal and external operational flexibility of production systems

Abstract

Manufacturing flexibility is recognized as an essential competitive factor in the company's operational strategy as a response to market uncertainties and turbulence. Industry 4.0 emerges as a new industrial paradigm that allows meeting these types of needs of manufacturing companies, focusing on the creation of an intelligent system along the entire value chain that allows the achievement of flexible and adaptive processes. However, the academic literature has not yet presented empirical evidence on how each specific Industry 4.0 technology can contribute to operational flexibility requirements. Although Industry 4.0 is treated as a solution to this need, it is known that there are different types of implementations of Industry 4.0 depending on the operational objectives pursued and the characteristics of the companies. Therefore, the technological sets of Industry 4.0 can have different forms of contribution to achieve greater flexibility in production processes. The aim of this thesis is to create a framework to help companies implement flexible operations in the context of Industry 4.0. The study followed a mixed approach, combining qualitative and quantitative methods. In quantitative terms, the thesis presents two survey research. The first was conducted with 94 companies in the machinery and equipment sector, through which the effect that different operational objectives – including flexibility – have on the definition of technological arrangements in Industry 4.0, is analyzed. The second was conducted with 379 companies, with the objective of analyzing how the smart supply chain concept contributes to the flexibility of the supply chain, especially in the context of uncertainties.. On the other hand, in qualitative terms, the thesis presents a multi-case study in 11 leading manufacturing companies in the implementation of 4.0 technologies, aiming to understand how these technologies are implemented to achieve different operational flexibility requirements. The present thesis demonstrates that, in fact, 4.0 technologies contribute to operational flexibility, but also explores the limitations and nuances of these contributions in different situations. The main contribution of this study is to provide empirical evidence of the effectiveness of different technologies used in a combined way to increase operational flexibility at its different levels.

A flexibilidade da manufatura é reconhecida como um fator competitivo essencial na estratégia operacional das empresas, como resposta a necessidades do mercado, especialmente diante de incertezas e turbulências. A Industria 4.0 surge como um novo paradigma industrial que permite atender esse tipo de necessidades das empresas manufatureiras, sendo seu foco a criação de um sistema inteligente ao longo de toda a cadeia de valor que possibilita a obtenção de processos flexíveis e adaptativos. Contudo, a literatura acadêmica ainda não tem apresentado evidências empíricas sobre a forma como cada tecnologia específica da Indústria 4.0 pode contribuir para os requisitos de flexibilidade operacional. Embora Industria 4.0 seja apresentada como uma solução para essa necessidade, é sabido que existem diferentes tipos de implementação da Indústria 4.0 que dependem dos objetivos operacionais almejados e das características das empresas. Portanto, os conjuntos tecnológicos da Indústria 4.0 podem ter diferentes formas de contribuição para alcançar uma maior flexibilidade dos processos de produção. O objetivo desta tese é criar um framework para auxiliar as empresas na implementação de operações flexíveis no contexto da Indústria 4.0. O estudo seguiu uma abordagem mista, combinando métodos qualitativos e quantitativo. Em termos quantitativos, a tese apresenta duas pesquisas survey. A primeira foi conduzida com 94 empresas do setor de máquinas e equipamentos, através da qual se analisa o efeito que diferentes objetivos operacionais ð€‚± dentre eles a flexibilidade ð€‚± possuem sobre a definição de arranjos tecnológicos da Indústria 4.0. A segunda foi conduzida com 379 empresas, com objetivo de analisar como o conceito de smart supply chain contribui para a flexibilidade da cadeia de suprimento, principalmente no contexto de incertezas. Por outro lado, em termos qualitativos, a tese apresenta um estudo multicasos em 11 empresas de manufatura líderes na implantação de tecnologias 4.0, visando entender a forma como essas tecnologias são implementadas para alcançar diferentes requisitos de flexibilidade operacional. A presente tese demonstra que, de fato, as tecnologias 4.0 contribuem para a flexibilidade operacional, mas também explora as limitações e nuances dessas contribuições em diferentes situações. A principal contribuição deste estudo é fornecer evidências empíricas da efetividade de diferentes tecnologias utilizadas de forma combinada para incrementar a flexibilidade operacional nos seus diferentes níveis.