La calidad del soporte en la toma de decisiones basadas en modelos depende fuertemente de los datos, su completitud, plenitud, validez, consistencia y disponibilidad oportuna. Estos requisitos de datos son de especial importancia para la gestión de riesgos en la cadena de suministro (CS) para prever y reaccionar a interrupciones. La tecnología digital, la industria 4.0, el blockchain y el análisis de datos en tiempo real tienen el potencial de alcanzar una nueva calidad en el soporte para la toma de decisiones al gestionar interrupciones severas, resiliencia y el Efecto Cascada. Una combinación de simulación, optimización y análisis de datos constituye un gemelo digital: una nueva visión basada en datos de la gestión de riesgos en la CS. Un gemelo digital de CS es un modelo que puede representar el estado de la red en cualquier momento y permite una visibilidad completa de la CS de extremo a extremo para mejorar la resiliencia y probar planes de contingencia. Este capítulo propone un modelo de análisis de riesgos en CS y explica el concepto de gemelos digitales. Analiza perspectivas y transformaciones futuras que se pueden esperar en la transición hacia CS ciberfísicas. Demuestra una visión de cómo las tecnologías digitales y las operaciones inteligentes pueden ayudar a integrar resiliencia y pensamiento lean en un modelo de "resileancia" de cadena de suministro con "Necesidad de Baja Certeza" (NBC).
Palabras clave: Dinámicas de Cadena de Suministro; Gestión de Riesgo en Cadena de Suministro; Resiliencia en Cadena de Suministro; Industria 4.0; Manufactura Aditiva; Blockchain; Análisis de Big Data; Efecto Cascada; Gemelo Digital
1. Introducción
Las tecnologías digitales catalizan el desarrollo de nuevos paradigmas, principios y modelos en la gestión de la cadena de suministro (GCS). Internet de las Cosas (IdC), sistemas ciberfísicos y productos inteligentes y conectados facilitan el desarrollo de cadenas de suministro (CS) digitales y operaciones inteligentes (Fazili et al., 2017; Liao et al., 2017; Qu et al., 2017; Strozzi et al., 2017; Tran-Dang et al., 2017; Yang et al., 2017; Minner et al., 2018).
Investigaciones recientes de Addo-Tenkorang y Helo (2016), Oesterreich y Teuteberg (2016), Gunasekaran et al. (2016, 2017, 2018), Nguyen et al. (2018), Moghaddam y Nof (2018), Choi et al. (2018) y Ben-Daya et al. (2018) han propuesto clasificaciones de diferentes tecnologías digitales y han discutido sus potenciales impactos en la GCS. Estas tecnologías incluyen análisis de big data, tecnologías de fabricación avanzadas con sensores, control descentralizado y orientado por agentes, robótica avanzada, realidad aumentada, tecnologías avanzadas de rastreo y seguimiento, y fabricación aditiva.
El creciente interés en las aplicaciones de datos digitales en GCS no es sorprendente. La calidad del soporte en la toma de decisiones basadas en modelos depende fuertemente de los datos, su completitud, integridad, validez, consistencia y disponibilidad oportuna. Estos requisitos de datos son de especial importancia para la gestión de riesgos en la cadena de suministro (CS) para prever y reaccionar ante interrupciones (Ivanov, 2018b). La tecnología digital, la Industria 4.0, blockchain y el análisis de datos en tiempo real tienen el potencial de alcanzar una nueva calidad en el soporte para la toma de decisiones al gestionar interrupciones severas, resiliencia y el Efecto Cascada (Frazzon et al., 2018; Ivanov et al., 2017, 2018).
Una combinación de simulación, optimización y análisis de datos constituye un gemelo digital: una nueva visión basada en datos de la gestión de riesgos en la CS. Un gemelo digital de CS es un modelo que puede representar el estado de la red en cualquier momento y permite una visibilidad completa de la CS de extremo a extremo para mejorar la resiliencia y probar planes de contingencia (Ivanov, 2018c). Este capítulo propone un modelo de análisis de riesgos en CS y explica el concepto de gemelos digitales. Analiza perspectivas y transformaciones futuras que se pueden esperar en la transición hacia CS ciberfísicas. Muestra una visión de cómo las tecnologías digitales y las operaciones inteligentes pueden ayudar a integrar resiliencia y pensamiento lean en un modelo "resileanente" de cadena de suministro con "Necesidad de Baja Certeza" (NBC) (Ivanov y Dolgui, 2019).
La investigación de las interrelaciones entre la tecnología digital y los riesgos de la CS aún está en las primeras etapas de su desarrollo y requiere nuevos modelos conceptuales y taxonomías (Ivanov et al., 2018). Este capítulo busca avanzar en la discusión y desarrollar un modelo para un análisis detallado de la tecnología digital en la CS y los efectos de los riesgos de interrupción manifestados en dinámicas estructurales (Ivanov et al., 2010) y el efecto cascada (Ivanov et al., 2014a, b, 2016; Sokolov et al., 2016; Elluru et al., 2017; Dolgui et al., 2018; Ivanov y Rozhkov, 2017; Pavlov et al., 2018; Ivanov, 2018a, b). A pesar de los esfuerzos iniciales para explorar nuevas ideas sobre el impacto de las tecnologías digitales en los riesgos de la CS (Schröder et al., 2014; Niesen et al., 2016; Tupa et al., 2017; Ivanov et al., 2017; Papadopoulos et al., 2017; Schlüter et al., 2017; Ivanov et al., 2018; Baryannis et al., 2018), el entendimiento de las contribuciones individuales e interactivas en la gestión de riesgos de interrupción específicos en la CS y los efectos cascada sigue siendo limitado. Este estudio busca cerrar esta brecha en la investigación mediante un examen combinado de los resultados obtenidos de dos áreas separadas, es decir, la digitalización de la CS y los riesgos de interrupción en la CS. Específicamente, el enfoque de este capítulo está dirigido hacia los sistemas de apoyo a decisiones basados en datos para mejorar la resiliencia de la CS y manejar el efecto cascada y los riesgos de interrupción.
Este capítulo no pretende ser enciclopédico, sino destacar investigaciones que examinan las relaciones entre la digitalización de la CS y los riesgos de interrupción de la CS. El objetivo es identificar perspectivas de gemelos digitales que puedan utilizarse para orientar futuras investigaciones en la exploración de cómo las tecnologías digitales afectan el efecto cascada y el rendimiento de la CS, y cómo pueden utilizarse para gestionar los riesgos de interrupción y mejorar la resiliencia. Más específicamente, este estudio busca responder a las siguientes preguntas:
- ¿Qué relaciones existen entre el análisis de big data, la industria 4.0, la manufactura aditiva, blockchain y los sistemas avanzados de rastreo y seguimiento, y los riesgos de interrupción de la CS?
- ¿Cómo puede la digitalización contribuir a mejorar la mitigación y análisis del efecto cascada?
- ¿Qué extensiones basadas en tecnologías digitales son necesarias en las aplicaciones de análisis cuantitativo del efecto cascada en la CS para desarrollar gemelos digitales de la CS?
2. Tecnologías digitales en la cadena de suministro
La digitalización implica el uso de datos digitalizados y tecnologías digitales no solo para mejorar procesos, funciones y actividades, sino también para modificar procesos con el fin de lograr un beneficio específico. El objetivo es mejorar los flujos de ingresos y crear nuevas oportunidades de negocio (Hagberg et al., 2016). La digitalización de las operaciones tiene como objetivo mejorar la producción, la capacidad y la flexibilidad de la cadena de suministro a través de la comunicación en tiempo real y sistemas de datos inteligentes de alta resolución (Reddy et al., 2016). La digitalización es una transformación continua hacia una cadena de suministro digital que está cambiando progresivamente la mayoría de los procesos empresariales.
Esta sección revisa la literatura reciente sobre cuatro elementos identificados en investigaciones recientes sobre aplicaciones de digitalización en la GCS:
- Análisis de big data
- Industria 4.0
- Fabricación aditiva
- Tecnologías avanzadas de rastreo y seguimiento, blockchain
En cada uno de estos grupos, describimos la respectiva tecnología y sus aplicaciones recientes en la GCS.
Aquí tienes la traducción al español latino:
2.1. Análisis de big data e inteligencia artificial
El análisis de big data (ABD) y la inteligencia artificial (IA) ofrecen un beneficio potencial completamente nuevo para la gestión de riesgos en la cadena de suministro (CS) basada en datos. En la literatura, el big data se caracteriza por los 5Vs: volumen, variedad, velocidad, veracidad y valor (Wamba et al., 2015, 2017). La veracidad y el valor son especialmente importantes, ya que el análisis de datos muestra el valor real del big data.
El análisis de big data se basa en la extracción de conocimiento a partir de grandes volúmenes de datos, facilitando la toma de decisiones basada en datos. Cuanto más datos del proceso real de producción se registren, más importante se vuelve evaluar este volumen de datos con la ayuda de aplicaciones de ABD. Los sistemas ERP generalmente no son adecuados para esta tarea. Un desafío es que los datos internos y externos de los productos de redes inteligentes frecuentemente son desestructurados. La solución resultante es un repositorio que almacena diferentes flujos de datos en sus formatos originales. A partir de ahí, los datos pueden reformatearse y examinarse con herramientas de análisis de datos descriptivos, diagnósticos, predictivos y prescriptivos.
- La análisis descriptiva registra la condición, el entorno y el funcionamiento de los productos.
- La análisis diagnóstica analiza las causas de la reducción del rendimiento o el fallo del producto.
- La análisis predictiva reconoce patrones que señalan eventos futuros.
- La análisis prescriptiva identifica medidas para resolver problemas y mejorar resultados (Porter y Heppelmann, 2015).
El ABD emplea herramientas matemáticas y estadísticas para recolectar, almacenar, acumular y analizar grandes volúmenes de datos. Las aplicaciones en sí no son nuevas, pero la combinación con big data aporta un nuevo valor agregado y una ventaja competitiva. La novedad es la velocidad acelerada con la que se pueden capturar los datos en tiempo real. Esto, a su vez, amplía el tipo y la riqueza de los conjuntos de datos y ofrece una oportunidad sin precedentes para la investigación. Además, la naturaleza de la investigación ha cambiado. Las herramientas tecnológicas son continuamente alimentadas con datos y se vuelven más inteligentes mediante el uso de algoritmos de autoaprendizaje. Por ejemplo, el análisis predictivo involucra algoritmos de autoaprendizaje que identifican y analizan relaciones entre variables y desarrollan resultados como predicciones de comportamiento del comprador. El involucramiento humano activo no es necesario en este proceso. Como resultado, el ABD se convierte en un participante activo en el proceso de investigación y puede generar nuevos conocimientos sobre patrones y efectos desconocidos u ocultos. Investigaciones a gran escala detectan estos patrones, transformando datos voluminosos en perspicacias precisas (Sanders, 2016).
El ABD ha sido, indudablemente, el área más desarrollada de aplicación de tecnología digital en GCS en la última década. Johnson et al. (2016) y Simchi-Levi y Wu (2018) han analizado la aplicación del ABD en el comercio minorista. Nguyen et al. (2018) observaron que la optimización es el enfoque más popular en la aplicación de análisis prescriptivo en logística y transporte. Los minoristas se esfuerzan por aumentar ingresos, márgenes y cuotas de mercado. Los modelos de optimización de precios calculan la variación de la demanda con cambios en los precios y combinan esta información con datos relevantes de costos y stocks para recomendar precios que puedan maximizar ingresos y beneficios. Las aplicaciones de ABD para GCS también se pueden ver en procesos de compra, planta de producción, acciones promocionales en el modelo omnicanal, optimización de rutas, monitoreo del tráfico en operación en tiempo real y gestión proactiva de seguridad (Addo-Tenkorang y Helo, 2016; Gunasekaran et al., 2016, 2017; Nguyen et al., 2018). Niesen et al. (2016) y Papadopoulos et al. (2017) observaron que el ABD puede ayudar a mejorar la gestión de riesgos en la CS y la resistencia a desastres. Baryannis et al. (2018) resumieron las aplicaciones recientes de IA para la gestión de riesgos en la CS e identificaron algunas direcciones de investigación futuras en la identificación, evaluación y respuesta a riesgos. Priori et al. (2018) aplicaron aprendizaje automático a la selección dinámica de políticas de reabastecimiento según la dinámica ambiental de la SC.
2.2. Industria 4.0
La red inteligente de máquinas y procesos, apoyada por tecnologías digitales, está creando sistemas de producción autónomos, conectados a Internet y auto-regulados, conocidos popularmente como Industria 4.0. La Industria 4.0 busca visualizar y prever el rendimiento de procesos, fábricas, y cadenas de suministro basados en información disponible en tiempo real (Ivanov et al., 2019). Para esto, se utilizan sensores inteligentes para capturar y comunicar información y requisitos de manera amplia a cualquier destinatario en tiempo real. Los modelos de producción se implementan en forma de sistemas de producción ciberfísicos. Estos sistemas recopilan datos a través de sensores y sistemas de medición integrados en la producción en tiempo real, los almacenan y evalúan, e interactúan activamente con el mundo físico, humano y digital. La conectividad interna y externa es proporcionada por el Internet de las Cosas a través de dispositivos de comunicación digital.
La Industria 4.0 es un fenómeno global. No existe un conjunto único o limitado de tecnologías o prácticas que definan la Industria 4.0. La mayoría de las investigaciones consideran conceptos de fábricas que comparten atributos de redes inteligentes (Strozzi et al., 2017). La visión de la Industria 4.0 es que el producto a fabricar lleve toda la información relevante sobre sus requisitos de producción. Además, las instalaciones de producción integradas se auto-organizan a través de la colaboración de máquinas de producción, equipos de transporte, herramientas y componentes logísticos que pueden comunicarse entre sí e intercambiar datos a través de sistemas integrados. Las tecnologías digitales permiten una toma de decisiones flexible al proporcionar datos en tiempo real en todas las áreas de la cadena de suministro (Bonfour, 2016, p.20). La digitalización y la Industria 4.0 ofrecen ventajas competitivas basadas en la información y la coordinación, generan nuevas oportunidades de empleo, y aumentan la visibilidad y el control en las cadenas de suministro. Sin embargo, requieren un compromiso a largo plazo y garantías sobre la seguridad de los datos (Porter y Heppelmann, 2015).
Los robots industriales son parte de la Industria 4.0, principalmente en la producción en serie y aplicaciones de almacenamiento. Los robots realizan tareas de alta precisión de manera autónoma y también apoyan a los empleados en su trabajo, por ejemplo, entregando herramientas. Su uso acelera, facilita y simplifica las actividades de producción. A diferencia de los robots industriales convencionales, que requieren una formación prolongada, los robots flexibles aprenden rápidamente de las personas. Se comunican entre sí a través de la nube y apoyan la planificación óptima de la producción. Sin embargo, en la práctica, aún persisten desafíos como la propiedad de los datos en la nube entre socios de la cadena de suministro o los protocolos de intercomunicación entre máquinas (Andelfinger y Hänisch, 2017).
2.3. Manufatura aditiva
La tecnología de manufatura aditiva es un proceso de fabricación guiado por diseño en el cual los componentes se producen a partir de capas de materiales según conjuntos de datos en 3D y un diseño virtual. La "impresión 3D" se utiliza frecuentemente como sinónimo. La utilización de diferentes materiales y la eliminación de herramientas especiales previamente necesarias representan una ventaja. Además, el rápido proceso de diseño y fabricación permite significativos ahorros de tiempo en comparación con los ciclos convencionales de desarrollo de productos (Zhang y Jung, 2018, p. 3-5). La gran libertad de diseño, la baja pérdida de material y la viabilidad de productos individualizados y económicamente fabricados hacen que la fabricación aditiva sea atractiva para muchas industrias. Actualmente, el método se utiliza principalmente en prototipado rápido, pero también cada vez más en producción en serie (Li et al., 2017). Khajavi et al. (2014), Holmström y Gutowski (2017), Feldmann y Pumpe (2017), y Li et al. (2017) han descrito las aplicaciones de la fabricación aditiva para operaciones y GCS. Estas aplicaciones van desde la logística de repuestos hasta el rediseño de la estrategia global de producción y suministro de la CS. El núcleo de las aplicaciones de fabricación aditiva para GCS es el uso de impresoras 3D en diferentes etapas de la SC para aumentar la flexibilidad de fabricación, alcanzar plazos de entrega más cortos, incrementar la personalización del producto y reducir el inventario. Sin embargo, la producción en masa todavía no es comercialmente viable.
2.4. Blockchain y tecnologías avanzadas de rastreo y monitoreo
La captura y compartición de información en tiempo real son fundamentales para detectar fallas y su alcance, así como para planificar la recuperación de la CS (Sheffi, 2015). Los sistemas de rastreo y monitoreo (R&A) tienen como objetivo la identificación oportuna de desviaciones o peligros de desviaciones en la CS, el análisis de dichas desviaciones, la alerta sobre interrupciones ocurridas o que puedan ocurrir, y la elaboración de acciones de control para recuperar la operatividad de la CS.
Los sistemas R&A se combinan con RFID (identificación por radiofrecuencia) y dispositivos móviles para proporcionar información actual sobre la ejecución del proceso (Bearzotti et al., 2012). Los sistemas R&A y el control de retroalimentación pueden ser respaldados por la tecnología RFID (Dolgui y Proth, 2010) y sistemas de gestión de eventos de la CS (Ivanov et al., 2013), comunicando efectivamente interrupciones a los niveles de la CS y ayudando a revisar los horarios iniciales (Dolgui y Proth, 2010; Zelbst et al., 2012). Un problema crítico es detectar interrupciones y su alcance en tiempo real. La integración de la tecnología de visualización e identificación de la CS es crucial para esto, en la práctica.
Además, las aplicaciones emergentes de blockchain en CS prometen una mayor escala y alcance de los sistemas R&A, junto con la creación de sistemas de tuberías de información y aplicaciones financieras de la CS (Hofmann et al., 2018). La idea central es aumentar la visibilidad y la eficiencia basándose en el mantenimiento de registros dispersos, inalterables y verificables en la CS.
Por ejemplo, IBM y Wal-Mart están investigando cómo mejorar el control de la seguridad alimentaria en la CS utilizando la tecnología blockchain (IBM, 2017). Recientemente, las aplicaciones de la tecnología blockchain han comenzado a revolucionar diferentes aspectos de la CS y la gestión de operaciones para desarrollar capacidades de la CS en tiempo real (Ivanov et al., 2018; Kshetri, 2018; Saberi et al., 2018). La idea central es aumentar la visibilidad y la eficiencia mediante el mantenimiento de registros en la CS. Las aplicaciones de blockchain para CS se vuelven cada vez más importantes para aumentar la escala y el alcance de los procesos digitales, junto con la creación de sistemas de tuberías de información y aplicaciones financieras de la CS (Hofmann et al., 2018). Un blockchain es una base de datos descentralizada que existe como copias en una red de computadoras (Crosby et al., 2016). Es una cadena de bloques, ya que los datos e información almacenados se capturan en bloques.
Los procesos regulatorios (por ejemplo, aduanas) pueden acelerarse utilizando blockchain, mejorando la confianza en la documentación. Esto, a su vez, puede resultar en reducciones de desperdicio, riesgo y primas de seguro. La lista de todas las transacciones se almacena como copias a lo largo de todas las evoluciones posteriores en varios computadores (una red de hasta cientos de computadores).
Estos y otros ejemplos recientes de aplicaciones de la tecnología blockchain para CS (Ivanov et al., 2018; Saberi et al., 2018) respaldan la nueva propuesta de que la competencia no radica entre las CS, sino entre los servicios de información y los algoritmos analíticos detrás de las CS. Como tal, las CS dejarán de ser entendidas como un sistema físico rígido con una asignación fija y estática de algunos procesos para algunas empresas. En su lugar, diferentes empresas físicas ofrecerán servicios de suministro, fabricación, logística y ventas, lo que resultará en una asignación dinámica de procesos y estructuras dinámicas de la CS formando una CS ciberfísica.
En la práctica, nuevas plataformas analíticas basadas en la nube, como las Nubes de Sensores SupplyOn Industry 4.0, hacen posible controlar la CS en tiempo real y planificar y ajustar procesos utilizando información actualizada. Simplemente haciendo clic en un tipo de contenedor, los gráficos indican si se ha producido alguna violación de los límites de temperatura o humedad definidos a lo largo del tiempo. El análisis de los datos de este gráfico permite identificar rápidamente todos los pedidos donde se ha superado el tiempo de espera, permitiendo la identificación rápida de los transportes cuestionables.
En resumen, se puede presentar el siguiente modelo de digitalización de la CS (Fig. 1).
Fig. 1. Modelo de digitalización de la gestión de riesgos de la cadena de suministro (Ivanov et al. 2018)
La ABD, la fabricación aditiva, la Industria 4.0 y las tecnologías avanzadas de rastreo y monitoreo pueden considerarse como habilitadores digitales de los cuatro principales procesos de la cadena de suministro en el modelo SCOR (Supply Chain Operations Reference), es decir, planificación, abastecimiento, manufactura y entrega, respectivamente. Una versión digital del modelo SCOR consistiría en planificación digital, manufactura digital, abastecimiento digital y logística digital. Internet de las Cosas, tecnología en la nube, robots y sensores conforman la esencia técnica de una cadena de suministro digital. Esta clasificación se utilizará posteriormente en el artículo para analizar los impactos de la digitalización en los riesgos significativos de la cadena de suministro y en el efecto cascada. Para cada una de estas áreas, la Figura 1 sugiere posibles aplicaciones de tecnologías digitales en relación con los riesgos de interrupción de la cadena de suministro. Por ejemplo, la fabricación aditiva puede reducir los riesgos de abastecimiento al ofrecer la oportunidad de reemplazar materiales faltantes con componentes impresos en 3D. La ABD puede utilizarse en la fase de planificación para identificar la exposición a riesgos del proveedor. Los sistemas de rastreo y monitoreo pueden ayudar en la fase reactiva para monitorear e identificar interrupciones. Al mismo tiempo, es importante notar que las tecnologías digitales pueden tener múltiples aplicaciones que no se limitan a un proceso SCOR específico.
3. El impacto de las tecnologías digitales en el efecto cascada
3.1. Conectando la cadena de suministro digital y los riesgos de interrupción
Siguiendo el estudio de Ivanov et al. (2018), la Tabla 1 resume los principales impulsores de las aplicaciones de tecnologías digitales para la cadena de suministro global, los facilitadores respectivos, las oportunidades y los desafíos para la cadena de suministro global, así como el impacto en la gestión de riesgos de interrupción y el efecto cascada.
Tabla 1. Principales aplicaciones de tecnología digital para SCM y el impacto en la gestión de riesgos de interrupción y el efecto cascada
Motivos para el efecto cascada en la CS |
Contramedidas |
Impacto de las tecnologías digitales en el efecto cascada |
Proveedor único |
|
|
Stock bajo |
Inventario de riesgos |
|
Capacidad inflexible |
Postergación |
La Industria 4.0 y la fabricación aditiva aumentan la demanda y la flexibilidad de la producción, mitigando los efectos en cascada |
Complejidad de la cadena de suministro |
Planos de contingencia globales para la cadena de suministro |
|
CS con múltiples etapas |
Segmentación de proveedores según riesgos de interrupción |
|
Se puede observar en las Tablas 1 y 2 que las tecnologías de digitalización generalmente tienen un impacto positivo en el efecto cascada, pero pueden presentar algunos desafíos para su mitigación y control. El análisis de big data, la Industria 4.0 y la manufactura aditiva tienen influencias mixtas en el efecto cascada, mientras que los sistemas avanzados de R&A tienen un impacto positivo.
Estructurando el análisis en términos del modelo SCOR (Supply Chain Operations Reference), las actividades de sourcing y producción que involucran manufactura aditiva e Industria 4.0 implican una mayor exposición a riesgos externos y efecto cascada. Esto puede deberse a un aumento en la complejidad y a la probable reducción de los riesgos de tiempo y demanda debido a una mayor flexibilidad y a plazos de entrega más cortos. Pueden encontrarse riesgos de suministro más altos si ocurre una interrupción en la cadena de suministro aguas arriba, dado que no existe inventario intermedio entre las etapas. Los riesgos en el proceso de entrega en la cadena de suministro son mitigados por el análisis de big data debido a una mejor visibilidad de la cadena de suministro, precisión en las predicciones, reducción de los riesgos de interrupción de información y mejor calidad en la activación de planes de contingencia. Para la planificación integrada de la cadena de suministro, se pueden lograr reducciones en los riesgos de suministro y tiempo mediante el uso de sistemas avanzados de R&A que permiten la coordinación en tiempo real y la activación oportuna de políticas de contingencia.
En la fase proactiva, las cadenas de suministro suelen protegerse contra interrupciones mediante el uso de inventarios de riesgos, capacidad de reserva y proveedores de reserva. Esto resulta costoso, especialmente si no ocurre ninguna interrupción. Blockchain podría ayudar a reducir estas ineficiencias si logramos crear un registro de actividades y datos necesarios para la recuperación en términos de planes de contingencia sincronizados. La manufactura aditiva puede reducir la necesidad de inventarios de riesgos, capacidad de reserva y proveedores de reserva para contingencias. Los principios de control descentralizado en los sistemas de la Industria 4.0 permiten diversificar los riesgos y reducir la necesidad de redundancia estructural en la cadena de suministro, utilizando la flexibilidad de la manufactura.
En la fase reactiva, si ocurre una interrupción, los planes de contingencia de la fase proactiva pueden implementarse más rápidamente y de manera efectiva si se aumenta la visibilidad de la cadena de suministro. El análisis de big data y los sistemas avanzados de R&A en general, y la tecnología blockchain en particular, pueden ayudar a rastrear las raíces de las interrupciones, observar la propagación de las mismas (es decir, el efecto cascada), seleccionar acciones de estabilización a corto plazo basadas en una comprensión clara de las capacidades y el inventario disponible (planificación de emergencia), desarrollar una política de recuperación a medio plazo y analizar el impacto del efecto cascada en el rendimiento a largo plazo. La manufactura aditiva tiene el potencial de reducir la propagación de interrupciones en la cadena de suministro, dado que se reducirían el número de capas y la complejidad resultante.
4. Resiliencia en la cadena de suministro: el modelo de Baja Necesidad de Certeza (LCN)
4.1. Modelo conceptual
El modelo LCN de CS (Ivanov y Dolgui 2018) sugiere abordar el riesgo de ruptura en CS y el campo del efecto cascada desde otra perspectiva. En lugar de oponer eficiencia y resiliencia, sugerimos considerar sus intersecciones mutuas para mejorarlas conjuntamente basándose en efectos sinérgicos en términos de resiliencia de CS.
Los principales costos de la gestión de interrupciones se observan en la predicción de interrupciones, en la redundancia protectora y en las capacidades reactivas, como resultado de una mayor necesidad de certeza y los esfuerzos resultantes en redundancia y recuperación. Por lo tanto, sugerimos estudiar estas áreas desde la perspectiva de la complementariedad de la eficiencia y la resiliencia (Fig. 3).
Fig. 3. Modelo de baja necesidad de certeza para la cadena de suministro (Ivanov y Dolgui 2018)
Según la Figura 3, la complejidad estructural, la inflexibilidad del proceso y el uso no flexible de recursos, así como la insuficiente redundancia paramétrica, aumentan la incertidumbre y la propagación del riesgo de interrupción en CS. El objetivo final del diseño de la cadena de suministro LCN es desarrollar la capacidad de operar según el rendimiento planificado, independientemente de los cambios ambientales. Por lo tanto, el diseño LCN tiene dos capacidades críticas, a saber, la baja necesidad de consideración de la incertidumbre en las decisiones de planificación y la baja necesidad de esfuerzos de coordinación de recuperación.
La variedad estructural, la flexibilidad del proceso y la redundancia paramétrica aseguran la resistencia a las interrupciones y la asignación de recursos de recuperación, permitiendo que la operación de CS se lleve a cabo en una amplia gama de condiciones ambientales. Esto significa que las actividades de planificación en las cadenas de suministro LCN no dependen fuertemente de la predicción de la incertidumbre ni de inversiones proactivas en protección. Del mismo modo, se minimizan los esfuerzos de coordinación para la recuperación. Es importante destacar que el diseño de la cadena de suministro LCN no implica necesariamente costos más altos, sino que busca una combinación eficiente de elementos magros y resilientes.
Podemos discutir los principios de implementación de la estructura LCN SC en la práctica utilizando tecnología digital.
4.2. Flexibilidad en el uso de procesos y recursos
La flexibilidad en el uso de procesos y recursos implica, en un sentido amplio, la implementación de estaciones de trabajo universales y altamente flexibles, como las propuestas en los sistemas de la Industria 4.0. Asimismo, el uso de materiales universales puede considerarse en términos de flexibilidad para la recuperación en CS. La tecnología de manufactura aditiva también puede influir positivamente en la flexibilidad de productos y procesos, resultando en una combinación de eficiencia y resiliencia. La manufactura aditiva puede reducir la necesidad de proveedores de contingencia de reserva. Los principios de control descentralizado en los sistemas de la Industria 4.0 permiten diversificar los riesgos mediante el aumento de la flexibilidad de producción. Nuevas áreas de investigación pueden observarse en relación con el impacto de la digitalización en la resiliencia del diseño de CS (Ivanov et al., 2018). Por ejemplo, el análisis de big data y los sistemas avanzados de seguimiento y rastreo en general, y la tecnología blockchain en particular, pueden ayudar a rastrear el origen de las interrupciones, observar la propagación de estas interrupciones (es decir, el efecto cascada), seleccionar acciones de estabilización a corto plazo basadas en una comprensión clara de las capacidades y existencias disponibles (planificación de emergencia), desarrollar una política de recuperación a medio plazo y analizar el impacto del efecto cascada en el rendimiento a largo plazo. La manufactura aditiva tiene el potencial de reducir la propagación de interrupciones en CS, ya que disminuiría el número de capas en CS y la complejidad resultante.
4.3. Redundancia paramétrica económica
La redundancia paramétrica económica busca reservas eficientes de capacidad, inventario y plazos de entrega. Específicamente, estas reservas deben considerarse no solo como redundancia no utilizada, sino también para uso en condiciones normales de operación. La optimización de la redundancia de redes puede ser vista como un nuevo tema de investigación en esta área. Otro aspecto de la redundancia paramétrica es su asignación eficiente. Puede ser considerado como una nueva dirección de investigación que amplíe las técnicas existentes de mapeo de flujo de valor para la resiliencia de CS. La redundancia eficiente puede implementarse utilizando manufactura aditiva, lo cual ayuda a reducir la necesidad de inventarios de riesgo y reservas de capacidad. Finalmente, es necesario desarrollar nuevos esquemas de clasificación de materiales, basados en la criticidad de los materiales y la exposición al riesgo, en términos de diseño de CS eficientes y resilientes.
5. Gémino Digital de la Cadena de Suministro: Optimización y simulación basadas en datos para gestionar los riesgos de interrupción
5.1. Cadena de suministro como sistemas ciberfísicos
Hoy y mirando hacia el futuro cercano, la CS será tan buena como la tecnología digital que la respalde. Ejemplos recientes de aplicaciones de tecnología digital para CS permiten la nueva proposición de que la competencia no es entre CS, sino entre servicios de CS y los algoritmos analíticos detrás de las CS. Los servicios pueden ser encargados en paquetes o en módulos individuales (Fig. 4).
Fig. 4. Coordinación de servicios y flujos de materiales en la cadena de suministro ciberfísica
Ejemplos de aplicaciones de CS y análisis de operaciones incluyen logística y control de CS con datos en tiempo real, gestión de inventarios y manejo utilizando datos de detección, asignación dinámica de recursos en sistemas de ensamblaje personalizados de la Industria 4.0, mejora de modelos de pronóstico utilizando big data, técnicas de aprendizaje automático para control de procesos, visibilidad y control de riesgos en CS, optimización de sistemas basada en información predictiva (por ejemplo, mantenimiento predictivo), combinación de algoritmos de optimización y aprendizaje automático, y modelado y optimización basados en simulación para sistemas estocásticos.
El éxito competitivo de CS dependerá cada vez más de algoritmos analíticos combinados con optimización y modelado de simulación. Inicialmente diseñadas para la automatización de procesos, las técnicas de análisis de negocios ahora están revolucionando mercados y modelos de negocio, con un impacto significativo en el desarrollo de GCS. Como resultado, surgirán nuevos modelos disruptivos de negocio de CS, donde las CS no se entenderán como sistemas físicos rígidos con asignaciones fijas y estáticas de procesos a empresas individuales. En su lugar, diferentes empresas físicas ofrecerán servicios de suministro, producción, logística y ventas, lo que conducirá a una asignación dinámica de procesos y estructuras de CS. La literatura reciente ha documentado la posibilidad de modelar tales CS con flujos integrados de servicios y materiales (Ivanov et al., 2014c).
5.2. Gemelos digitales de la cadena de suministro
Dunke et al. (2018) subrayan que la digitalización y la Industria 4.0 pueden influir significativamente en las técnicas de optimización en el dominio de CS, así como en los impactos de la propagación de interrupciones en el rendimiento de CS. Con la ayuda de enfoques de optimización y simulación, la investigación actual genera nuevos conocimientos sobre la influencia de la propagación de interrupciones en el rendimiento de salida de CS, considerando la ubicación de la interrupción, su duración y las políticas de propagación y recuperación. Las nuevas tecnologías digitales crean nuevos desafíos para la aplicación de técnicas de análisis cuantitativo en el análisis de efectos cascada en CS y abren nuevos caminos y problemas para estas aplicaciones.
En las últimas décadas, la simulación y la optimización han desempeñado roles significativos en la resolución de problemas complejos. Ejemplos exitosos incluyen la planificación y programación de la producción, el diseño de CS y la optimización de rutas, entre otros. Sin embargo, muchos problemas siguen siendo desafiantes debido a su complejidad y escala, y/o a la incertidumbre y naturaleza estocástica. Además, la principal aplicación de métodos de optimización y simulación en las últimas décadas se ha observado en el apoyo a la toma de decisiones, lo que implica que los tomadores de decisiones deben proporcionar manualmente la entrada del modelo e interpretar la salida del modelo. Por otro lado, el rápido ascenso del análisis de negocios ofrece oportunidades interesantes para la Investigación Operativa y el reexamen de estos difíciles problemas de optimización, así como problemas emergentes (Fig. 5).
Fig. 5. Modelo de análisis de riesgos de la cadena de suministro digital
Los datos de suministro, fabricación, logística y ventas están distribuidos entre sistemas muy diversos como ERP, RFID, sensores y blockchain. El análisis de big data integra estos datos con la información utilizada por los algoritmos de IA en CS cibernética y por los gerentes en CS física. Como resultado, está surgiendo una nueva generación de modelos de simulación y optimización. La adopción generalizada del análisis y su integración con la Investigación Operativa demuestran que la simulación y la optimización son fundamentales, no solo en la modelización de sistemas de CS físicos, sino también en la modelización de sistemas de CS cibernéticos y en el aprendizaje con ellos.
Un ejemplo de sistema de soporte a la decisión que combina simulación, optimización y análisis de datos se muestra en la Fig. 6.
Fig. 6. Concepto de un sistema de apoyo a la decisión para análisis de riesgo de la cadena de suministro (Ivanov et al., 2018)
El sistema de apoyo a la decisión para análisis de riesgo de CS tiene como objetivo el diseño proactivo y resiliente de CS anticipando interrupciones y adaptaciones estructurales y paramétricas en caso de interrupciones. El sistema de apoyo a la decisión se basa en un concepto que combina simulación, optimización y análisis de datos. La parte de Simulación-Optimización del sistema está destinada a proporcionar una optimización proactiva y resiliente de CS y la simulación del comportamiento dinámico de CS en caso de posibles interrupciones o escenarios de interrupción. Además, esto respalda la simulación reactiva y predictiva de los impactos de las interrupciones en el rendimiento de CS y las políticas de recuperación que posteriormente se optimizan de manera prescriptiva utilizando un modelo analítico. La parte de análisis de datos del sistema se aplica a la identificación de interrupciones en tiempo real utilizando datos de retroalimentación del proceso, por ejemplo, de sensores y RFID. Además, busca la entrada automatizada de datos de interrupción en el modelo de simulación reactiva para la simulación y optimización de políticas de recuperación. Finalmente, el análisis de datos se utiliza como un sistema de aprendizaje basado en datos en la fase proactiva, ayudando a generar escenarios de interrupción adecuados para el diseño y planificación resiliente de CS.
A nivel proactivo, los modelos de programación matemática ofrecen insights significativos para los gestores y pueden aplicarse donde se puede estimar aproximadamente la probabilidad de interrupción. Por otro lado, el análisis de big data y los sistemas avanzados de seguimiento y monitoreo pueden ayudar en la predicción de interrupciones y proporcionar datos más precisos para construir escenarios sofisticados de interrupción para análisis de proyectos de CS resilientes. Las tecnologías digitales plantean nuevos desafíos para el diseño resiliente de CS. Por ejemplo, la manufactura aditiva está cambiando los diseños de CS y pueden surgir nuevos problemas para el abastecimiento resiliente. Esta área aún puede mejorarse mediante plataformas de compras colaborativas.
A nivel reactivo y en términos de estrategias de mitigación e identificación del impacto de las interrupciones en el desempeño financiero y operativo, las tecnologías digitales pueden utilizarse ampliamente para obtener información en tiempo real sobre el alcance y la escala de las interrupciones, su propagación en CS y para simular posibles estrategias de recuperación. Además, a nivel reactivo, se requiere adaptación para alcanzar el rendimiento de producción deseado, asegurando la posibilidad de cambiar planes de CS y políticas de inventario. Los procesos de adaptación en el control del efecto cascada pueden ser respaldados por retroalimentación y métodos de control adaptativos utilizando técnicas de agentes descentralizados con la ayuda de tecnologías digitales (Levalle y Nof, 2017). La visualización de estos procesos a través de simulación respaldada por realidad virtual aún no se ha explorado ampliamente para modelar el efecto cascada en la cadena de suministro. Para ello, los modelos de simulación junto con las nuevas tecnologías digitales pueden mejorar las herramientas utilizadas en el desarrollo de la agilidad y visibilidad de CS en términos de velocidad de disrupción.
A combinação de simulação e otimização pode ampliar o escopo de ambas. A combinação dos métodos permite:
- Otimização da rede para minimizar o custo total da cadeia de suprimentos (CS).
- Análise dinâmica de políticas de pedidos, produção, estoque e controle de fornecimento usando simulação.
A simulação é uma ferramenta poderosa, especialmente quando combinada com otimização. Mais gestores de CS estão adotando a prática de usar essas técnicas em conjunto.
Um modelo típico de otimização e simulação de CS pode incluir e considerar os seguintes fatores ao trabalhar na análise de risco:
Design de rede e informação geográfica:
O projeto de rede, incluindo a localização geográfica dos locais, é fundamental para a maioria dos modelos de simulação de CS. Os sistemas de Informação Geográfica (GIS) são utilizados para localizar os pontos e calcular distâncias, rotas e tempos de viagem ao longo de estradas reais. Além dos cálculos geoespaciais, proporcionam visualização e transparência no modelo.
Parâmetros operacionais:
Políticas de controle de estoque, regras de pedidos pendentes, lotes de produção e algoritmos de programação, assim como políticas de remessa, precisam ser definidos e equilibrados no modelo para operação normal e interrompida. As ferramentas modernas de simulação de CS permitem a modelagem visual dessas políticas sem a necessidade de habilidades avançadas de programação.
Interrupções e recuperação:
A duração de eventos de interrupção aleatórios ou programados pode ser modelada usando distribuições de probabilidade. Para a recuperação, os analistas podem definir políticas específicas para diferentes locais e estabelecer regras para acionar essas políticas com base no momento do evento, sua duração prevista e sua gravidade.
Impacto no desempenho:
O impacto direto do efeito cascata pode ser observado nas mudanças nos KPIs (Key Performance Indicators). Receita, vendas, nível de serviço, taxa de atendimento e custos são frequentemente calculados. Ao contrário dos modelos analíticos que tendem a focar em uma métrica específica (por exemplo, custo/lucro), a simulação permite a medição simultânea de todas as métricas no mesmo modelo. Isso permite avaliar a duração da interrupção, medir o impacto no desempenho e avaliar a eficácia das políticas de mitigação.
Um modelo de simulação que aborde todos esses fatores pode servir como base para a construção de um gêmeo digital bem-sucedido de uma CS física, que pode ser usado para análises complexas de riscos da CS, desenvolvimento de planos de contingência e gerenciamento operacional mais eficiente.
Um gêmeo digital da CS pode apoiar a tomada de decisões baseada em dados para a CS física. Em cada ponto no tempo, o gêmeo digital reflete a CS física: dados reais de transporte, estoque, demanda e capacidade podem ser utilizados para planejamento e decisões de controle em tempo real. A combinação de simulação, otimização e análise de dados constitui um conjunto completo de tecnologias que podem ser empregadas para criar um gêmeo digital da CS – um modelo que sempre representa o estado da rede em tempo real (Fig. 7).
Fig. 7. Gemelo digital de la cadena de suministro (Ivanov 2018c)
Como se mencionó, un gemelo digital refleja el estado actual de una CS, con datos reales de transporte, inventario, demanda y capacidad. Por ejemplo, si hay una huelga en un centro logístico internacional, esta interrupción puede ser detectada por una herramienta de monitoreo de datos de riesgo y transmitida al modelo de simulación como un evento disruptivo. Entonces, la simulación en el gemelo digital puede ayudar a prever la posible propagación de interrupciones y cuantificar su impacto. Además, la simulación permite realizar pruebas eficientes de políticas de recuperación y ajustar planes de contingencia; por ejemplo, topologías de red alternativas y rutas de reserva pueden ser reconsideradas en tiempo real. Estas capturas de pantalla fueron tomadas del software anyLogistix™ y muestran la animación del modelo basado en mapas y el editor de construcción de modelos.
Los datos de salida de una simulación del gemelo digital pueden transferirse a un sistema ERP o a una herramienta de inteligencia empresarial (BI) para analizar el impacto de las interrupciones en el rendimiento. Además, un modelo de simulación puede activar algoritmos de BI. Por ejemplo, si el nivel de servicio en un modelo de simulación disminuye hasta cierto punto, el gemelo digital puede activar un algoritmo de BI para investigar la causa del problema. Interactuando con otras herramientas de gestión de la cadena de suministro, un gemelo digital proporciona una torre de control para la visibilidad de la CS de extremo a extremo.
6. Conclusión
El impacto de la digitalización y la Industria 4.0 en el efecto cascada en la CS se ha estudiado en este capítulo. A pesar de algunos esfuerzos parciales para descubrir nuevos conocimientos sobre el impacto de las tecnologías digitales en los riesgos de la CS, la comprensión de la contribución individual y la interacción de diferentes tecnologías digitales en la gestión específica del riesgo de interrupción de la CS y el efecto cascada sigue siendo vaga. Este estudio contribuye al cuerpo de conocimientos en el área al combinar los resultados obtenidos en dos áreas aisladas, es decir, el impacto de la digitalización en la GCS y la gestión del efecto cascada en la CS.
Se espera que la digitalización penetre cada vez más en la industria en los próximos años, alterando enormemente los sistemas operativos y de negocios, así como la economía. Este potencial ofrece nuevas aproximaciones a la gestión de riesgos de la CS que traen oportunidades y desafíos. La fusión del mundo digital con los procesos industriales es lo que se conoce como transformación digital. Además de los procesos internos e interempresariales de producción y logística, esto también se aplica a los productos y servicios ofrecidos a los clientes que deben ser refinados mediante el uso de tecnologías digitales. Este capítulo explicó cómo las tecnologías digitales pueden utilizarse en la gestión de los riesgos de interrupción de la CS y el efecto cascada.
La tendencia hacia la aplicación de tecnologías digitales va más allá de la empresa fabricante. La red de proveedores, la red de clientes y los proveedores de servicios logísticos también deben instalar y desarrollar tecnologías digitales para flexibilizar toda la CS en entrega continua. Por esta razón, el enfoque debe estar en la gestión de riesgos para todos los actores de la CS en caso de incidentes más frecuentes, como catástrofes naturales o interrupciones de proveedores. Es fundamental comprender las fuentes y el proceso de tratamiento de los riesgos para facilitar la aplicación exitosa de las tecnologías digitales. Estas tecnologías pueden ofrecer beneficios enormes para las CS en términos de transparencia, visibilidad, reducción de costos, eficiencia y resiliencia. Sin embargo, aún existe una gran incertidumbre sobre la aplicación y la aceptación de las tecnologías, dado que muchas aún están en desarrollo y los estándares industriales no están establecidos.
Específicamente, este estudio concluyó que, en la fase proactiva, las tecnologías digitales aumentan la capacidad de respuesta a la demanda y la flexibilidad de la capacidad, lo cual puede tener un impacto positivo en la reducción del inventario de riesgos en el control del efecto cascada. Además, los plazos de entrega más cortos debido a la manufactura aditiva aumentan el impacto de la digitalización en el control de inventarios. La Industria 4.0 y la manufactura aditiva, con el apoyo de tecnologías ABD y R&A, facilitan una nueva calidad de planificación proactiva de la infraestructura de gestión de riesgos y aumentan la capacidad de reconfigurar recursos en la fase de recuperación. En la fase reactiva, las tecnologías blockchain, R&A y ABD permiten principalmente una nueva calidad de coordinación de datos y visibilidad de la CS al simular y activar políticas de recuperación.
En términos del modelo SCOR, las actividades de aprovisionamiento y producción pueden verse negativamente afectadas por la manufactura aditiva y la Industria 4.0, que presentan una mayor exposición a riesgos externos y efecto cascada. Una explicación plausible es el aumento de la complejidad y la reducción de los riesgos de tiempo y demanda, impulsados a su vez por una mayor flexibilidad y plazos de entrega más cortos. Se pueden encontrar mayores riesgos de aprovisionamiento si ocurre una interrupción en la CS aguas arriba, dado que no hay inventario intermedio entre las etapas. Los riesgos en los procesos de entrega son influenciados por el análisis de big data en términos de reducción de los riesgos de demanda debido a una mejor visibilidad de la CS y precisión en las previsiones, reducción de los riesgos de interrupción de la información y mejora en la calidad de activación del plan de contingencia. Las reducciones en los riesgos de aprovisionamiento y tiempo en la planificación integrada de la CS pueden lograrse utilizando blockchain y sistemas avanzados de R&A que proporcionan coordinación en tiempo real mientras activan políticas de contingencia. El diseño de una CS resiliente puede verse influenciado por mayores riesgos de información, mayor exposición a riesgos externos y una reducción en los riesgos de tiempo y demanda basada en la tecnología de la Industria 4.0 y la manufactura aditiva.
Se han identificado varias pautas para la aplicación de simulación y optimización para la GCS mediante la aplicación de tecnologías digitales. El análisis de big data y los sistemas avanzados de R&A pueden ayudar a predecir interrupciones y proporcionar datos más precisos para construir escenarios sofisticados de interrupción para análisis de proyectos de CS resilientes. Las tecnologías digitales pueden utilizarse extensivamente para obtener información en tiempo real sobre el alcance y la escala de las interrupciones, su propagación en la CS y para simular posibles estrategias de recuperación. Además, en el nivel reactivo, se requiere adaptación para lograr el rendimiento de producción deseado, asegurando la posibilidad de cambiar los planes de la CS y las políticas de inventario. Los procesos de adaptación en el control del efecto cascada pueden ser respaldados por métodos de retroalimentación y control adaptativo mediante el uso de técnicas de agentes descentralizados con la ayuda de tecnologías digitales. La visualización de estos procesos a través de simulación apoyada por realidad virtual aún no se ha realizado extensamente para modelar el efecto cascada en la cadena de suministro.
Los futuros sistemas de apoyo a la decisión utilizarán extensivamente tecnologías digitales y el gemelo digital de la CS, es decir, un modelo computarizado de una CS actualizada con datos reales en tiempo real.
A pesar de los rápidos desarrollos en CS y sus gemelos digitales, surgen varias preguntas:
• ¿Es tan resiliente la CS como la tecnología digital detrás de ella?
• En caso afirmativo, ¿qué proporcionará la mayor ventaja competitiva en el futuro: CS físicas o sus gemelos digitales?
• ¿La resiliencia de la CS será gestionada por inteligencia humana, artificial o una combinación de ambas?
• ¿Cuál será el papel de los futuros Gestores de Riesgo de CS?
Hay mucho potencial de investigación y práctico en relación con las preguntas mencionadas anteriormente. Esperamos que estas puedan motivar nuevos desarrollos perspicaces en la investigación sobre el efecto cascada y el riesgo de interrupción.
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