Hora de acelerar na corrida em direção à indústria 4.0

Em todo o mundo, as empresas reconhecem que seu sucesso depende da adoção das novas tecnologias industriais digitais que são conhecidas coletivamente como indústria 4.0. Para avaliar a rapidez com que essa quarta onda de avanços tecnológicos é ganhar impulso, o Boston Consulting Group estudou recentemente o status de adoção na Alemanha e nos EUA. (Consulte “Sobre a pesquisa”.) Descobrimos que, até agora, as empresas nos dois países implementaram tecnologias do setor 4.0 aproximadamente no mesmo ritmo. No entanto, as empresas alemãs parecem estar melhor preparadas para implementar esses avanços nos próximos anos e têm ambições mais altas, o que pode dar -lhes uma vantagem à medida que a adoção prossegue. No geral, as empresas veem a falta de funcionários qualificados como seu maior desafio na implementação do setor 4.0. A segurança dos dados e os investimentos significativos necessários para novas tecnologias digitais também classificaram como grandes desafios, embora a pesquisa tenha encontrado diferenças notáveis ​​entre as empresas alemãs e americanas. Os participantes da pesquisa incluíram executivos e pessoal de gerenciamento de operações de 312 empresas alemãs e 315 dos EUA com receita de mais de US $ 50 milhões. Os objetivos da pesquisa foram avaliar a extensão do progresso das empresas na implementação do setor 4.0, entender o que sua administração considera os principais desafios e identificar como a implementação poderia ser mais eficiente. A pesquisa também abordou as implicações do setor 4.0 para qualificações de funcionários e os investimentos necessários para a introdução de tecnologias da nova indústria 4.0. A análise da BCG sobre os efeitos da indústria 4.0 na força de trabalho de fabricação. Também discutimos como o BCG apóia os esforços das empresas para implementar o setor 4.0 por meio de seu Centro de Operações (ICO), que inclui fábricas modelo que permitem que os executivos e a equipe das empresas experimentem e testem novas tecnologias. Três quartos dos entrevistados alemães e dois terços dos entrevistados dos EUA associam a indústria 4.0 a aumentar a produtividade e a redução de custos. Além disso, muitos entrevistados (48% na Alemanha e 43% nos EUA) o associam ao crescimento da receita. Conforme mostrado no Anexo 1, 19% das empresas alemãs implementaram um conceito completo do setor 4.0 (como uma fábrica inteligente) ou as primeiras medidas em relação a um conceito (como a introdução de robôs autônomos), em comparação com 16% das empresas americanas. As empresas alemãs estão com um início de implementação um pouco mais rápido, apesar da percepção comum de que as empresas dos EUA são os lineares em adotar a transformação digital. Quase metade (47%) das empresas alemãs desenvolveu seus primeiros conceitos completos da indústria 4.0, e apenas 18% dos entrevistados alemães dizem que sua empresa ainda não está preparada para introduzir tecnologias da indústria 4.0. Por outro lado, apenas 29% das empresas americanas desenvolveram seus primeiros conceitos e 41% dizem que sua empresa ainda não está preparada. Em termos de fabricantes, as empresas alemãs parecem ter ambições mais altas do que seus colegas nos EUA com relação à aplicação ou planejamento de aplicar tecnologias avançadas. Por exemplo, aproximadamente 60% dos fabricantes alemães se inscreveram ou planejam aplicar (dentro dos próximos um ou dois anos), logística de fábrica digital ou manutenção preditiva, em comparação com aproximadamente 40% dos fabricantes dos EUA. (Veja o Anexo 2.)

BCG’s study focused on a survey of more than 600 managers and senior executives representing 312 German and 315 US companies. (See “About the Survey.”) We found that, so far, companies in the two countries have implemented Industry 4.0 technologies at approximately the same pace. However, German companies appear to be better prepared to implement these advances in the coming years, and they have higher ambitions, which could give them an edge as adoption proceeds. Overall, companies see the lack of qualified employees as their biggest challenge in implementing Industry 4.0. Data security and the significant investments required for new digital technologies also ranked as major challenges, although the survey found notable differences between German and US companies.

Our study demonstrates that companies in two leading industrial nations have set high ambitions for Industry 4.0 but will need to accelerate their efforts to implement these technological advances and achieve their goals.

In this report, we present the survey’s key findings and share related insights from BCG’s analysis of the effects of Industry 4.0 on the manufacturing workforce. We also discuss how BCG supports companies’ efforts to implement Industry 4.0 through its Innovation Center for Operations (ICO), which includes model factories that allow companies’ executives and staff to experience and test new technologies.

The Status of Adoption

Companies on both sides of the Atlantic understand that the adoption of Industry 4.0 brings important benefits. Three-quarters of German respondents and two-thirds of US respondents associate Industry 4.0 with increased productivity and cost reduction. In addition, many respondents (48% in Germany and 43% in the US) associate it with revenue growth.

The pace of Industry 4.0 implementation is similar in the two countries. As shown in Exhibit 1, 19% of German companies have implemented either a full Industry 4.0 concept (such as a smart factory) or first measures toward a concept (such as the introduction of autonomous robots), compared with 16% of US companies. German companies are off to a somewhat faster start of implementation despite the common perception that US companies are the front-runners in embracing digital transformation.

Furthermore, German companies appear to be better prepared to adopt Industry 4.0. Almost half (47%) of the German companies have developed their first full Industry 4.0 concepts, and only 18% of German respondents say that their company is not yet prepared to introduce Industry 4.0 technologies. In contrast, only 29% of US companies have developed their first concepts, and 41% say that their company is not yet prepared. In terms of manufacturers, German companies appear to have higher ambitions than their US peers with respect to applying, or planning to apply, advanced technologies. For example, approximately 60% of German manufacturers have applied, or plan to apply (within the next one or two years), digital factory logistics or predictive maintenance, compared with approximately 40% of US manufacturers. (See Exhibit 2.)

As fortes ambições das empresas alemãs para a indústria 4.0 refletem sua necessidade de superar os desafios dos custos de fatores significativos que surgem de altos salários e um mercado menos flexo. Esses custos fatoriais incentivam as empresas a buscarem maior produtividade e, portanto, promovem a adoção mais rápida de novas tecnologias. O ritmo acelerado de adoção na Alemanha também é alimentado pelas capacidades avançadas de manufatura industrial das empresas. As empresas podem aplicar esses recursos para acelerar a introdução de novas tecnologias digitais, reduzindo assim os custos, aumentando a flexibilidade e acelerando a velocidade da fabricação. Por exemplo, os fabricantes alemães lideram a adoção de robótica, permitindo um nível mais alto de automação e promovendo ganhos de produtividade. Em 2014, a taxa de penetração de robótica na Alemanha estava entre as mais altas: 292 robôs industriais por 10.000 trabalhadores na fabricação. Esse nível de penetração excedeu o nível alcançado nos EUA (164 por 10.000 trabalhadores) em 78%. Como a indústria 4.0 requer habilidades fundamentalmente novas, houve perdas de empregos em algumas categorias de trabalho (como fabricação e manutenção) e ganhos em outros (como TI). Refletindo essa transição, gerenciamento de dados, segurança de dados, desenvolvimento de software, programação, ciência de dados e análises estão entre as habilidades mais desejáveis ​​do setor 4.0 na Alemanha e nos EUA. (Consulte o Anexo 3.)

The Lack of Qualified Employees Is the Top Challenge

Industry 4.0 is having a significant impact on the industrial workforce. Because Industry 4.0 requires fundamentally new skills, there have been job losses in some work categories (such as manufacturing and maintenance) and gains in others (such as IT). Reflecting this transition, data management, data security, software development, programming, data science, and analytics are among the most desirable Industry 4.0 skills in both Germany and the US. (See Exhibit 3.)

The extent to which companies benefit from Industry 4.0 will depend on how successfully they build and manage newly skilled talent pools. Respondents recognize the challenge: 40% of German companies and 35% of US companies regard the lack of qualified employees as a major (“big” or “very big”) challenge. (See Exhibit 4.)

To close the Industry 4.0 qualifications gap, German companies appear to be considering an approach that is less aggressive than that of US companies. Consistent with the constraints imposed by Germany’s strict labor regulations, almost two-thirds (64%) of German respondents say that they will focus on continuing education to ensure that their current employees are qualified for Industry 4.0. (See Exhibit 5.) They place much less emphasis on occupational retraining (15%) and recruitment of new talent (20%). In contrast, approximately half (48%) of US respondents say that they will focus on continuing education, while about one-quarter will focus on occupational retraining (27%) and hiring new talent (25%).

By broadening and intensifying their efforts to educate employees internally and train them on the job, companies can facilitate their workforce’s transition to Industry 4.0. However, while German companies’ focus on internal education may help maintain the employment of the current workforce, it will not be sufficient to meet the skill requirements of Industry 4.0. The critical Industry 4.0 jobs—for example, for data managers and scientists, software developers, and analytics experts—require skills that are fundamentally different from those that most industrial workers possess today. To close such skill gaps, German companies need to place a greater emphasis on tapping into the global pool of digital talent.

A study that BCG conducted last year on the future of work in Industry 4.0 suggests that companies’ concerns about finding qualified talent are well founded. (See Homem e máquina na indústria 4.0 . Mas o declínio será mais do que compensado pela necessidade de aproximadamente 1 milhão de novos empregos na indústria 4.0 em áreas como desenvolvimento de software, análise avançada, interação humana-máquina, arquitetura de solução de TI e design de interface do usuário. Haverá demanda por aproximadamente 200.000 novos trabalhadores altamente qualificados, análises e funções de P&D, bem como a criação de aproximadamente 800.000 novos empregos resultantes de oportunidades de crescimento de receita. As tarefas de design, análise de dados e gerenciamento de processos de rede substituirão as máquinas operacionais e os objetos em movimento como os aspectos mais importantes dos perfis de emprego industriais.

A pesquisa constatou que as habilidades de TI e desenvolvimento de software classificadas como as habilidades mais desejáveis ​​para a indústria 4.0. Esse resultado é consistente com a modelagem anterior da evolução da força de trabalho industrial da Alemanha de 2015 a 2025, o que indicou que a demanda por trabalhadores com competências no desenvolvimento de TI e software aumentará mais. A modelagem também descobriu que o número de trabalhos de TI e integração de dados na Alemanha quase dobrará: 110.000 empregos serão adicionados. Nesta categoria de trabalho, o crescimento da demanda por cientistas de dados industriais - um dos papéis criados pela indústria 4.0 - será o mais alto: aproximadamente 70.000 novos empregos serão adicionados. Os cientistas de dados industriais extraem e preparam dados, conduzem análises avançadas e aplicam as descobertas para melhorar os produtos ou a produção. A indústria 4.0 também exigirá trabalhadores com habilidades de programação, incluindo a capacidade de usar linguagens de programação estatísticas e de uso geral. A modelagem estimou que 40.000 novos empregos serão criados na Alemanha para as funções da indústria 4.0 como arquiteto de solução de TI, designer de interface do usuário e coordenador de robôs. No entanto, investigando as descobertas do país, encontramos diferenças notáveis ​​na maneira como as empresas classificaram a magnitude desses desafios. A maior preocupação dos entrevistados alemães com a segurança dos dados, sem dúvida, reflete a forte sensibilidade sobre a privacidade de dados na Alemanha e aponta para a necessidade de desenvolver uma estrutura legal clara para segurança e privacidade de dados para o mercado digital. Também reforça a importância de fazer um progresso adicional em direção a um acordo de privacia de dados e proteção de dados a longo prazo entre os EUA e a União Europeia. Cerca de um terço das empresas americanas e alemãs consideram que o investimento excessivo precisa ser um grande desafio, embora as empresas alemãs tenham classificado isso um pouco menor que vários outros desafios. Notavelmente, apenas para as empresas de manufatura, a necessidade excessiva de investimento é a preocupação número um dos fabricantes dos EUA: 37% avalia um grande desafio. Esta questão está mais abaixo da lista de preocupações para os fabricantes alemães: apenas 27% avaliam um grande desafio. O planejamento cuidadoso é especialmente importante para as empresas - em empresas americanas e em pequenas empresas em ambos os países - que estão mais preocupados com sua capacidade de cobrir os custos de investimento necessários. A análise do BCG constatou que, apesar dos investimentos iniciais esperados de 7% a 9% da receita total, a implementação de novas tecnologias digitais ajudará a elevar a produtividade geral em 5% a 8% do total de custos de fabricação em um estado estacionário, resultando em uma pesquisa de negócios positiva. (Ver

Data Security and Investment Needs Are Also Major Challenges

Noting first the lack of qualified employees, survey respondents overall cited data security and investment needs as the next-most-difficult challenges to successful implementation of Industry 4.0. However, delving into the findings by country, we found notable differences in how companies rated the magnitude of these challenges.

Of the German companies, 41% rated data security as a major challenge, compared with only 32% of the US companies. German respondents’ greater concern about data security no doubt reflects the strong sensitivity about data privacy in Germany and points to the need to develop a clear legal framework for data security and data privacy for the digital market. It also reinforces the importance of making further progress toward a long-term data-privacy and data-protection agreement between the US and the European Union.

Companies in both countries said that they will need to make significant investments in order to adopt Industry 4.0, and they estimate the level of investment at, on average, 7% to 9% of total revenues. About one-third of both US and German companies consider excessive investment needs to be a major challenge, although German companies rated this slightly lower than several other challenges. Notably, for manufacturing companies alone, excessive need for investment is the number one concern of US manufacturers: 37% rate it a major challenge. This issue is further down the list of concerns for German manufacturers: only 27% rate it a major challenge.

Because the investment requirements for new digital technologies are significant, companies must develop clear plans for their Industry 4.0 expenditures early in the implementation process. Careful planning is especially important for companies—large US companies as well as small companies in both countries—that are most concerned about their ability to cover the necessary investment costs.

When they evaluate whether investments are excessive, companies need to consider the relatively short period required for capturing a return. BCG’s analysis found that, despite the expected initial investments of 7% to 9% of total revenues, implementation of new digital technologies will help lift overall productivity by 5% to 8% of total manufacturing costs in a steady state, resulting in a positive business case.

Additionally, the expected revenue growth resulting from the implementation of Industry 4.0 will help shorten the payback period to only a few years. (See Indústria 4.0: O futuro da produtividade e crescimento nas indústrias de fabricação , BCG Focus, abril de 2015.)

Além disso, esses investimentos são essenciais para manter a competitividade. As tecnologias da indústria 4.0 representam uma mudança de paradigma na fabricação industrial comparável à introdução de sistemas de design auxiliado por computador (CAD) que substituíram o desenho técnico analógico nos anos 90 e os sistemas CAD integrados que posteriormente combinaram o projeto mecânico e elétrico dos sistemas. As empresas que não estavam entre os primeiros adotantes dos sistemas CAD não conseguiram acompanhar o aumento da produtividade de seus concorrentes. Como eles não conseguiram participar do intercâmbio de dados eletrônicos padronizados entre as empresas, muitos retardatários abandonados por todo o ecossistema de negócios.

Dominando os desafios

Para dominar os desafios da implementação, uma empresa precisa definir uma estratégia de 4.0 do setor personalizado. A OIC da BCG apóia os esforços das empresas usando as fábricas modelo para facilitar uma abordagem em quatro etapas. Ao mesmo tempo, usamos uma verificação de saúde para ajudar a empresa a avaliar seu estado atual da indústria 4.0 Progress. Para compreender melhor como os pontos problemáticos identificados podem ser abordados, os executivos e funcionários da empresa participam de demonstrações exploratórias das tecnologias da indústria 4.0 nas fábricas modelo da OIC. Recentemente, uma fábrica européia avaliou seu nível de maturidade 4.0 da indústria em mais de 20 categorias e descobriu que precisava fazer melhorias específicas em dois terços dessas categorias. As fábricas modelo da OIC podem ajudar as empresas a detalhar essas oportunidades. A planta européia mencionada acima identificou cerca de 70 casos de uso relevantes. Com base em discussões durante os workshops nas fábricas modelo da OIC, os representantes da planta priorizaram esses casos de uso para uma avaliação mais detalhada. A avaliação dos benefícios financeiros e não financeiros esperados ajuda as empresas a selecionar os casos de uso prioritário para implementação. Nesse workshop, os representantes da planta europeia priorizaram mais de uma dúzia de casos de uso com base na atratividade, usando o tempo necessário para a implementação distinguir entre as oportunidades de curto, médio e de longo prazo. sair da cama. As empresas também devem avaliar a lacuna de qualificações de sua força de trabalho, relacionadas aos casos de uso e, em seguida, determinar as melhores maneiras de responder, contratando novos talentos e recolhendo a força de trabalho existente. Para construir e sustentar uma liderança na corrida para a implementação completa, as empresas precisam ampliar e aprofundar seu conhecimento prático sobre tecnologias digitais e os casos de uso relacionados. Esse conhecimento fornecerá a base para o desenvolvimento e a implementação das estratégias de fabricação digital certas. Os primeiros adotantes estabeleceram um ritmo acelerado para a implementação e estão construindo recursos que lhes permitirão aumentar sua liderança. Para manter sua competitividade, todas as empresas precisarão acelerar seus esforços ao longo da jornada da indústria 4.0.

Understanding Pain Points and Assessing the Industry 4.0 Maturity Level. To understand where Industry 4.0 solutions can be deployed, we identify the key challenges to a company’s operations. At the same time, we use a health check to help the company assess its current state of Industry 4.0 progress. To better comprehend how the identified pain points can be addressed, company executives and staff participate in exploratory demonstrations of Industry 4.0 technologies at the ICO’s model factories. Recently, a European plant assessed its Industry 4.0 maturity level in more than 20 categories and found that it had to make specific improvements in two-thirds of those categories.

Developing a Long List of Specific Opportunities. Drawing on BCG’s database of more than 150 examples of Industry 4.0 applications, companies can identify specific use cases for further examination, and expert deep-dive workshops at the ICO’s model factories can help companies detail those opportunities. The European plant referred to above identified about 70 relevant use cases. On the basis of discussions during workshops at the ICO’s model factories, the plant’s representatives prioritized these use cases for further detailed assessment.

Assessing Impact and Selecting Priority Use Cases. At ICO’s model factories, additional workshops support companies as they quantify all related implementation costs and required investments for the long list of use cases. The assessment of expected financial and nonfinancial benefits helps companies select the priority use cases for implementation. In such a workshop, the European plant’s representatives prioritized more than a dozen use cases on the basis of attractiveness, using the time required for implementation to distinguish among short-, medium-, and long-term opportunities.

Starting Implementation. We help companies identify technology suppliers, perform application engineering as required at the ICO’s model factories, and prepare for implementing a pilot program and a full rollout. Companies should also assess the qualifications gap of their workforce as related to the use cases and then determine the best ways to respond, hiring new talent as well as retraining the existing workforce.

---

This study demonstrates that companies do recognize both the significant value of Industry 4.0 and the formidable challenges they must overcome to implement the new technologies. To build and sustain a lead in the race to full implementation, companies need to broaden and deepen their practical knowledge about digital technologies and the related use cases. This knowledge will provide the basis for developing and implementing the right digital manufacturing strategies. The early adopters have set a fast pace for implementation and are building capabilities that will enable them to increase their lead. To maintain their competitiveness, all companies will need to accelerate their efforts along the Industry 4.0 journey.

Acknowledgments

The authors would like to thank their BCG colleagues Marike Bartels, Barbara Eschlberger, Carsten Kratz, Leanne Lewin, Hemant Sangwan, and Romy Uhlig for their contributions to this report.