Impacto de las tecnologías de impresión 3D en entornos 4.0 personalizados y su cristalización a través de redes globales de servicios empresa-consumidor y empresa-empresa

Resumen

INTRODUCCIÓN La capacidad actual que tiene la humanidad para generar y recopilar información exige soluciones técnicas para crear canales de comunicación y de comercio electrónico (comercio-e). Uno de los resultados esperados es la simplificación de la cadena de suministro, que implica, entre otros, nuevos procedimientos de trabajo con beneficios en la eficiencia y reducción de costes. Ante las exigencias de descentralización y el intercambio de recursos, como factores de éxito en una economía global, las empresas de fabricación de bienes de equipo y consumo tienen que reaccionar a la presión del mercado con nuevos métodos y activos de diseño y fabricación compartidos a través de redes descentralizadas. MOTIVACIÓN La impresión 3D (I3D), como solución adaptada en un entorno de fabricación digital, aporta una serie de ventajas competitivas, entre las que destacan, además de la personalización del diseño de la pieza a fabricar y la fabricación de componentes de alta complejidad geométrica, la simplificación de la cadena de suministro a través de la selección de proveedores y recursos distribuidos geográficamente, la visibilidad y el intercambio de información, los precios y la personalización y condiciones de entrega. La utilización y estructura de los canales de comercio-e para servicios de I3D, y el diseño de la cadena de suministro, se utilizan como base de conocimiento para la propuesta de investigación de esta tesis en cuanto al impacto de la I3D en entornos de comercio con implicaciones de industria 4.0. La fabricación bajo pedido, y el rediseño de productos y procesos, provocan una optimización del ciclo de vida del producto y el tratamiento y reciclado de los materiales empleados. Esta implicación de la I3D con la sostenibilidad en términos de fuente de innovación, y modelo de negocio genera un puente de conexión con los paradigmas de industria 4.0 y las redes de comercio-e. OBJETIVOS DE LA TESIS El presente trabajo de investigación plantea como objetivo el análisis del impacto de las nuevas redes de cooperación enmarcadas dentro de la fabricación distribuida, mediante servicios adaptados a necesidades configurables, que permiten la transición hacia la fabricación en la nube. Entre estos servicios adaptados destacan el diseño colaborativo, la fabricación digital y el comercio-e, a los que se traslada la capacidad de transferencia de información entre el diseñador y el fabricante. Entre las tendencias previstas para el intervalo 2022-2025, la utilización de las plataformas de fabricación en línea ocupa el quinto lugar, con una opinión favorable del 6% de los encuestados [7]. La conversión que requiere la fabricación tradicional hacia la fabricación distribuida se basa en la utilización de servicios adaptados a la variación constante de las necesidades de fabricación. Estos servicios son los que provocan la transición hacia la fabricación en la nube (FaNb), y entre ellos, cabe destacar: • Diseño colaborativo entre usuarios de diferentes plataformas para compartir la información de diseño de productos. • Fabricación digital para aprovechar recursos de fabricación de diferentes dominios. • Comercio electrónico entre empresas que enriquece las transacciones comerciales en línea entre las empresas de fabricación basadas en la nube. Es un hecho que los ingenieros de diseño planifican sus productos y eligen al proveedor de servicios de fabricación que se adapta a sus requerimientos. La I3D se encuentra al alcance de cualquier usuario que haya creado un producto a partir de un modelo informático tradicional (3D) con diferentes niveles de complejidad. Esta tecnología disruptiva puede revolucionar la fabricación y ser un pilar fundamental en la fábrica del futuro. El impacto que provoca el comercio electrónico en la cadena de suministro, la adquisición y selección de proveedores, el intercambio y visibilidad de la información, la fijación de precios, la distribución, la personalización y la toma de decisiones, exige propuestas de trabajo en forma de soluciones técnicas que garanticen su correcta optimización. La descentralización y el intercambio de recursos son factores de éxito para que una empresa sea competitiva. Ante esta propuesta, en el presente trabajo de investigación se plantea: • ¿En qué medida las empresas se están planteando una revisión de sus recursos de producción mediante la utilización de la fabricación distribuida para compartir recursos y capacidades de I3D a través de plataformas digitales de comercio-e? • Ante la necesidad de obtener bajo demanda acceso a recursos y capacidades de I3D dispersos geográficamente con un criterio de servicio personalizado, ¿qué factores influyen en la toma de decisiones de los usuarios responsables?, ¿qué factores condicionan la evolución de la I3D? • Los ingenieros exigen que el servicio de I3D cumpla con unos requisitos de gestión, control, calidad, trazabilidad y seguridad. ¿Qué configuración debe tener la arquitectura de una plataforma digital de servicios de I3D en la nube, y que servicios son los realmente demandados? • Para garantizar la fiabilidad y el resultado del proceso de diseño y fabricación mediante tecnologías de I3D, es necesario garantizar en el personal involucrado, un nivel de formación mínimo que asegure las competencias profesionales necesarias. ¿Cuáles son los perfiles profesionales necesarios para el desarrollo e implantación de la I3D? • Las tecnologías habilitadoras propuestas en industria 4.0 permiten conseguir una economía conectada y digital en los ámbitos de producción, gestión y economía de las empresas, ¿Qué conexión debe existir entre industria 4.0 y las plataformas digitales de servicios de I3D? Las investigaciones realizadas por Eyers y Potter [8] y su revisión sistemática de la literatura sobre la estructura de los canales de comercio electrónico para la I3D y el diseño de la cadena de suministro, se utilizan como base de conocimiento para la propuesta de investigación de esta tesis en cuanto al impacto de la I3D en entornos de comercio con implicaciones de industria 4.0. RESULTADOS Teniendo en cuenta las tendencias previstas sobre la utilización de las plataformas digitales de fabricación en línea, la conversión de la fabricación tradicional hacia la fabricación distribuida y la optimización de la cadena de suministro, la presente investigación ha generado los siguientes resultados a partir de los objetivos planteados: 1. Se han establecido los motivos y factores que confirman que las empresas e instituciones, que tienen necesidades de diseño y fabricación de bienes de equipo y consumo se están planteando una revisión de los recursos de diseño y producción, mediante la utilización de la fabricación distribuida, de cara a compartir recursos y capacidades de I3D a través de plataformas digitales de comercio-e. En paralelo, se han detectado los factores que influyen en la decisión de los responsables de ingeniería y las barreras que pueden frenar la utilización de este tipo de plataformas. Se proponen soluciones para minimizar su impacto. 2. Se establece una propuesta de alcance y composición de una arquitectura de servicios de una plataforma digital de servicios de I3D en la nube. Esta propuesta se basa en el análisis detallado de las plataformas y procesos de intercambio actuales alrededor de la comunidad de comercio electrónico, en el alcance de las tecnologías habilitadoras de industria 4.0 y de la I3D en particular, y en el conocimiento existente entre los profesionales de la industria en España sobre la utilización de servicios digitales de I3D. 3. Para garantizar la implantación, fiabilidad del proceso de diseño y fabricación mediante tecnologías de I3D, se han definido los perfiles profesionales más adecuados, así como las preferencias de modelos de formación para el desarrollo de estos perfiles. 4. Como resultado final de la investigación, se ha establecido la conexión entre industria 4.0 y las plataformas digitales de servicios de I3D, a través de la selección de los conocimientos técnicos de digitalización, y el desarrollo de competencias metodológicas, sociales o interpersonales, asociadas a los perfiles profesionales con mayor impacto en la aplicación de las tecnologías de I3D. Y, por otro lado, mediante la integración en la arquitectura de una plataforma digital, de aquellos servicios que facilitan esta conexión. La conclusión más relevante de este trabajo es que las plataformas digitales de servicios de I3D en la nube, deben asumir la innovación generada por el modelo de fabricación distribuida, apoyándose en las tecnologías habilitadoras de industria 4.0 y en la motivación que genera la transformación digital. Para la conexión de las plataformas con las tecnologías habilitadoras y la transformación digital, se debe eliminar la resistencia al cambio, gracias al desarrollo formativo de los profesionales involucrados. Se ha detectado que para controlar los factores que influyen en el acceso a los recursos y capacidades de I3D a través de una plataforma digital, se tiene que revisar la estructura de los servicios ofrecidos, mediante la aplicación de criterios de optimización del coste, personalización del servicio, rapidez y seguimiento en línea del pedido, seguridad en el flujo de información y, calidad certificada de los servicios. Se propone que el alcance de los servicios ofrecidos en una plataforma digital de I3D, debe basarse en un ecosistema formado por, una oferta de servicios principales y secundarios, el contacto permanente con las empresas y sectores demandantes, la localización adaptable de recursos de I3D y, una comunidad de desarrollo y formación. CONTRIBUCIÓN DE LA TESIS El propósito de esta tesis y su principal contribución es detectar el nivel de conocimiento y utilización de servicios digitales de I3D a través del comercio electrónico en plataformas web, y la configuración óptima de los servicios que deben ofrecer. En el presente trabajo de investigación se ha realizado: • Una completa revisión de las plataformas y procesos de intercambio alrededor de la comunidad de comercio electrónico. • Un análisis detallado del alcance de las tecnologías de industria 4.0 y de la I3D en particular, y su influencia en los nuevos modelos de negocio con criterios de sostenibilidad. • Un estudio detallado de la situación actual de la I3D. • Un análisis de campo del conocimiento existente entre profesionales de la industria en España, sobre la utilización de servicios digitales de I3D a través de redes y servicios de comercio EaC y EaE, y su relación con las soluciones industria 4.0. • Un análisis de las plataformas digitales de servicios de fabricación más utilizadas y, a partir del estudio de campo realizado, se han establecido los parámetros idóneos de configuración de servicios de una plataforma digital de servicios de I3D. ESQUEMA DE LA TESIS El presente trabajo de investigación se ha estructurado teniendo en cuenta el análisis detallado que requieren las variables que influyen en los servicios digitales de I3D a través del comercio electrónico en plataformas web (Figura 1). Figura 1. Esquema del trabajo de investigación El análisis realizado en el capítulo 2, se ha concentrado en la situación actual de comercio electrónico, el proceso de diseño de un componente y las tecnologías de I3D y su relación con la sostenibilidad, sin olvidar el impacto del paradigma industria 4.0. En el método de investigación, capítulo 3, previo al estudio de campo, se ha profundizado en la situación actual de las plataformas comerciales y el alcance de los servicios relacionados con la I3D, que pueden integrarse en una plataforma comercial abierta bajo criterios de economía compartida. Por último, ante la pluralidad de perspectivas alrededor del impacto y utilización de los servicios digitales alrededor de la I3D y su relación con industria 4.0 se plantea, en el capítulo 4, un estudio de campo y posterior análisis estadístico del conocimiento existente y utilización actual de estos servicios. Este estudio de campo se basa en la adquisición y el análisis de datos obtenidos mediante tres fases sucesivas: • Fase 1: encuesta dirigida (40 usuarios convencionales). • Fase 2: encuesta dirigida (40 usuarios profesionales). • Fase 3: encuesta dirigida (30 usuarios expertos). BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA [1] B. Kamp, A. Ochoa, y J. Diaz, «Smart servitization within the context of industrial user–supplier relationships: contingencies according to a machine tool manufacturer», Int. J. Interact. Des. Manuf. IJIDeM, vol. 11, n.o 3, pp. 651-663, ago. 2017, doi: 10.1007/s12008-016-0345-0. [2] Kimberly Knickle, «10 Predictions for the Manufacturing Industry». 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