Integración del internet de las cosas en la gestión de la cadena de suministro de alimentos: una revisión bibliométrica

Alcibíades Rodríguez , Karen Ochoa , Práxedes Torres

Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad Tecnológica de Panamá. [email protected]; [email protected]; [email protected]

Tipo de artículo: Investigación.
Fecha de recepción: 3 de agosto de 2020.
Fecha de aceptación: 5 de enero de 2021.

DOI: https://doi.org/10.33412/pri.v12.1.2448

Resumen: Se estima que el internet de las cosas (IoT por sus siglas en inglés) tendrá un rol sustancial en el desarrollo de nuevos paradigmas de gestión de cadena de suministros. La integración de las tecnologías de IoT en las diversas fases de la cadena de suministro contribuirá a solventar los retos de control, monitoreo, y planeación que mantienen las cadenas de suministros tradicionales. En el caso específico de la gestión de cadenas de suministro de alimentos, existen actualmente desafíos importantes derivados de la complejidad en cuanto al manejo y control de los productos perecederos. Sin embargo, a pesar del potencial que brinda el IoT, su integración en la gestión de cadenas de suministro es un tema que aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo. Razón por la cual, la presente investigación explora el impacto que tiene la integración del IoT en la gestión de la cadena de suministro de alimentos, a través de una revisión sistemática de la literatura.

Palabras claves: Cadena de suministro de alimentos, logística de alimentos, internet de las cosas.

Title: Integration of the internet of things in the food supply chain management: a systematic review of the literature.

Abstract: It is estimated that the internet of things (IoT) will play a substantial role in the development of new supply chain management paradigms. The integration of IoT technologies in the various phases of the supply chain will help solve the control, monitoring, and planning challenges that traditional supply chains maintain. In the specific case of food supply chain management, there are currently significant challenges arising from the complexity of handling and controlling perishable products. However, despite the potential offered by IoT, its integration into supply chain management is an issue that is still in its early stages of development. For this reason, this research explores the impact that the integration of IoT has on the management of the food supply chain, through a systematic review of the literature.

Key words: food supply chain, food logistics, internet of things.

1. Introducción

Hoy en día se vive probablemente el momento más cercano a lo que representó para el hombre, el monumental avance tecnológico-industrial registrado durante la primera revolución industrial. Este conjunto de fenómenos sociales, industriales y tecnológicos ha pasado a denominarse: la cuarta revolución industrial o en términos más contemporáneos, la Industria 4.0

Muchas serán las tecnologías que acompañarán este proceso, sin embargo, [1] perfilan 9 de ellas como las más relevantes, estas son: big data, robots autónomos, simulación, integración horizontal y vertical, la nube, fabricación aditiva, realidad aumentada, seguridad cibernética e internet de las cosas (IoT). La IoT ha cobrado especial relevancia para el desarrollo de este trabajo, ya que la integración de este concepto con la cadena de suministro da paso a una serie de aplicaciones que sin duda revolucionarán la manera como se gestionan los procesos industriales.

El IoT corresponde a una red de objetos físicos los cuales se encuentran interconectados con la finalidad de brindar información a la empresa en tiempo real, permitiendo mayor agilidad, visibilidad y mejorando las actividades de rastreo, de manera que se facilitan los procesos de planeación, control y coordinación [2].

Hoy en día, las sofisticadas estructuras que conforman las cadenas de suministro, integradas en un sistema que se encuentra en constante cambio, las hace vulnerables a un sin número de riesgos en todos sus niveles [3]. En este sentido el IoT ofrece la capacidad de llegar a niveles de control, planificación y optimización remota en tiempo real [4].

La cadena de suministro de alimentos (Food Supply Chain – FSC) según estadísticas de la FAO, presenta una grave problemática en cuanto al desperdicio de alimentos a nivel mundial. Esto resulta alarmante y pone de manifiesto una problemática que trasciende el aspecto meramente productivo, para retratar una realidad social que resulta inaceptable tomando en cuenta la gran cantidad de personas que padecen hambre alrededor del mundo. Actualmente las cadenas de suministro de alimentos representan una compleja estructura de eslabones que van desde las actividades productivas primarias o agrícolas, pasando por los distribuidores, y llegando al consumidor final a través de actividades de procesamiento, logística y control de los productos alimentarios.

Los alimentos están en riesgo de sufrir múltiples daños a lo largo de la cadena [5], por lo que se requiere que los actores involucrados en su gestión sean capaces de controlar y supervisar las condiciones de los productos, así como de garantizar la calidad e inocuidad a lo largo de todo el proceso [6].

En función de comprender las implicaciones que podría tener la integración del IoT en las diversas fases de la cadena de suministro de alimentos, se ha planteado identificar a través de una revisión de literatura, los principales aportes científicos que se han realizado en los últimos años referentes a este tema. De esta forma se podrán obtener datos cuantificables, que permitan plantear un panorama general acerca de la literatura existente con lo que se contribuya a visibilizar posibles rutas de solución a la problemática en la gestión de la cadena de suministro de alimentos mediante el uso del IoT.

2. Concepto del internet de las cosas (IoT)

Múltiples definiciones de IoT han sido propuestas a pesar de que este concepto es bastante reciente. Según [7], sintácticamente, este término está compuesto por dos palabras, en donde el término “internet” está orientado a la red y el segundo “cosas” enfocado a los objetos genéricos para integrarlos en un marco común. En este sentido han sido propuestas varias definiciones, a continuación, se detallan algunas de ellas:

- Punto de interacción entre los humanos y las aplicaciones mediante la nueva dimensión de la comunicación y la integración de las cosas [8].

- Red global integrada por numerosos dispositivos conectados que dependen de tecnologías sensoriales, comunicaciones y redes de procesamiento de información [9].

- Se conforma de elementos digitales y físicos que se pueden vincular por medio de tecnologías de información que permiten nuevas clases de aplicaciones y servicios [10].

Los planteamientos anteriores llevan a concluir que el IoT es una red global de objetos conectados a internet y entre ellos, de manera que pueden intercambiar y enviar información en tiempo real, acerca de un proceso específico, facilitando con esto la toma de decisiones.

Por otra parte, según [11] las tecnologías de IoT deben contar con 4 características esenciales que son: interconectividad entre dispositivos, heterogeneidad para que puedan interactuar entre diferentes plataformas, ser resistentes a cambios dinámicos y su comunicación debe ser a gran escala.

2.1 El IoT en la gestión de la cadena de suministro de alimentos

La gestión de la cadena de suministro podría definirse como un proceso que involucra: la planificación de las actividades referentes al abastecimiento, transformación, almacenaje y distribución de alimentos, de manera tal que se logre una optimización total de las actividades involucradas, conllevando con esto el aumento del valor agregado de los alimentos que llegan al consumidor final y al costo mínimo para la empresa.

Hoy en día se requiere atender a millones de personas alrededor del mundo que precisan de alimentos frescos en sus mesas [12]. No obstante, al tratarse de suministros perecederos se tiene un reto extra en cuanto al cumplimiento de las funciones

logísticas básicas, de llevar: los productos correctos, en las cantidades y calidad adecuada, en el tiempo correcto, al lugar correcto y por el precio correcto [13].

Por lo que, ante estos desafíos, la industria de alimentos perecederos deberá adaptar sus modelos de cadena de suministro, con ayuda de sistemas vinculados al IoT, de manera que puedan lidiar con situaciones impredecibles a la vez que cumplen con los requisitos de calidad para alimentos de manera integral [14].

3. Metodología

Este trabajo de investigación se dirige a través de una búsqueda bibliográfica exhaustiva en cuatro (4) bases de datos científicas (Emerald, Science Direct, Wiley Online Library y Springer), a conocer el estado del arte del tema objeto de estudio. En total fueron consultados 245 artículos preliminares, correspondientes al periodo incluido entre 2010 y 2019.

Posteriormente los artículos preliminares fueron depurados para dar con un total final de 135 artículos científicos.

El trabajo investigativo constó de dos etapas: la primera corresponde a una revisión de literatura, que sirvió para encontrar los artículos relevantes del tema de investigación. Durante la segunda etapa se organizó toda la información encontrada de manera cuantitativa, haciendo uso de un análisis bibliométrico.

Para la realización de búsqueda de información se utilizó “La metodología para la realización de búsquedas sistemáticas de literatura” propuesta por [15] que consta de cinco (5) etapas que son: identificación del campo de estudio, selección de fuentes de información, realización de la búsqueda, gestión y depuración de resultados y análisis de los resultados.

Las publicaciones encontradas fueron clasificadas atendiendo al aporte que realizan las mismas a cada eslabón específico de la cadena de suministro de alimentos. Para dicha clasificación se utilizó el criterio presentado por [16] el cual segmenta la cadena de suministro de alimentos en 8 etapas: producción, procesamiento, embalaje, ventas y marketing, logistica y distribución, retail, consumidor y residuos.

Además de las 8 categorías propuestas se consideró pertinente agregar las categorías de trazabilidad que cuenta con un número plural de estudios, y la de enfoque múltiple para estudios que abarquen aplicaciones del IoT en más de un eslabón de la cadena de suministro de alimentos. De esta manera se conforman las 10 categorías finales, bajo las cuales se clasificaron cada uno de los 135 estudios identificados en la revisión sistemática de literatura.

4. Resultados

Por medio de la aplicación sistemática de la metodología propuesta por [15] se lograron identificar 135 artículos científicos que esbozan el estado del arte del tema objeto de estudio. En el presente apartado se evalúan estos resultados por medio de un análisis bibliométrico.

La figura 1 muestra la distribución cronológica de las publicaciones identificadas. Resulta evidente que ha habido un incremento notorio en el volumen de publicaciones a partir del año 2013. Esta tendencia ha representado que sólo el periodo comprendido entre 2016-2019 cuente con el 85% de las publicaciones identificadas, siendo esto un indicador claro del interés investigativo creciente en este campo. Por otra parte, la tabla 1 muestra las revistas científicas con mayores aportes a este trabajo, siendo las más destacadas: Computers and Electronics in Agriculture e Industrial Management & Data Systems con 9 y 6 aportes respectivamente. Lo anterior demuestra un interés marcado de estas dos revistas en temas referentes a posibles aplicaciones de sistemas tecnológicos en la solución de problemáticas agrícolas e industriales.

De igual forma se realizó una categorización atendiendo al tipo de metodología utilizada en cada artículo identificado (figura 2), siendo la implementación de modelos y prototipos la de mayor preferencia investigativa con un 57.78% de los estudios, seguida por el planteamiento de diseños conceptuales con un 13.33% y los estudios de revisión con un 11.85%. Estos resultados indican un enfoque centrado mayormente en la resolución de los problemas que mantiene la cadena de suministro de alimentos a través de prototipos robóticos, sistemas de comunicación, softwares, etc.

Figura 1. Distribución cronológica de las publicaciones.

Tabla 1. 10 principales revistas con contenido relevante para esta investigación.

Figura 2. Distribución porcentual de metodologías.

En cuanto a la distribución regional de las publicaciones se observa una marcada tendencia en el volumen investigativo de las regiones asiáticas (tabla 2), las cuales han aportado la mayor parte (66%) de las investigaciones que fueron identificadas en este estudio.

Tabla 2. 10 principales países con mayor productividad respecto al tema en estudio.

Particularmente China con 50 publicaciones se coloca como el país de mayores aportes respecto a la temática investigada. Estos resultados son consistentes con otras investigaciones que fueron consultadas durante la realización de este trabajo, y en donde igualmente las instituciones chinas figuran como las primeras en volumen investigativo.

4.1 Distribución porcentual de las categorías desarrolladas en las publicaciones identificadas.

Tal como se observa (figura 3), cuatro categorías (producción, procesos, trazabilidad y enfoque múltiple) representan el 91.86% de los estudios identificados, mientras que las restantes 6 categorías (consumidor, embalaje, logística, residuos, retail y ventas) representan el restante 8.14%.

Figura 3. Distribución porcentual de categorías temáticas.

Es importante aclarar que la categoría “ventas” no se encuentra representada dentro de la gráfica anterior ya que ninguno de los estudios identificados mantenía contenido referente a este ámbito. Según lo consultado, la mayor parte de los investigadores mantienen un enfoque hacia el desarrollo de proyectos que integran tecnologías de IoT en el eslabón de “producción” de la cadena de suministro de alimentos, es decir en la etapa relacionada con las actividades productivas primarias o agrícolas.

Así pues, la mayor parte de las líneas investigativas se han enfocado en los aspectos relacionados al mejoramiento en la gestión de las actividades agrícolas tradicionales a través del uso de las diferentes herramientas tecnológicas de gestión que ofrece el internet de las cosas.

4.2 Inventario final de categorías y subcategorías temáticas

A continuación, se presenta un inventario final (tabla 3) de las categorías y subcategorías temáticas finales, así como de la cantidad de artículos identificados en cada una de ellas.

Tabla 3. Resumen de categorías y subcategorías temáticas finales.

4.3 Análisis de las aplicaciones del internet de las cosas en cada eslabón de la cadena de suministro de alimentos.

Se hizo un análisis del rol que juega el IoT en el mejoramiento de cada etapa de la FSC en base a las publicaciones científicas identificadas durante la revisión sistemática de literatura.

Producción: una de las áreas más prometedoras en este eslabón es la de agricultura inteligente, dentro de la cual se distinguen numerosas aplicaciones tecnológicas en los ámbitos de fertilización, monitoreo, micro irrigación [17-37] así como en el de acuaponía [38]. Igualmente se observa un interés científico creciente en el ámbito agrícola en general y en la solución de las problemáticas tradicionales de este sector, específicamente existe un énfasis en aplicaciones como control de pestes, gestión de las enfermedades de los cultivos, gestión inteligente del ganado etc. [39-66]. En el campo de la agricultura de precisión se observa una prevalencia de investigaciones enfocadas en el uso del internet de las cosas para recolección de datos que faciliten la toma de decisiones oportuna [67-77]. El ámbito de gestión integral de cadena de suministro agrícola y sus implicaciones ha sido abordado de igual forma por algunos investigadores [78-80]. En cuanto al uso del internet de las cosas en la gestión específica de ciertos cultivos se pueden identificar estudios tendientes a optimizar la producción, monitorear el crecimiento, así como a generar alertas tempranas contra plagas [81-90]. Por otra parte, se encuentran artículos sobre el uso del IoT en la optimización de métodos controlados de cultivo como la hidroponía [91, 92] y los invernaderos [93-96]. En esta misma línea las preocupaciones sobre la disponibilidad del agua han planteado la posibilidad de buscar en el internet de las cosas un medio que contribuya la administración eficiente de este recurso [97-104]. Por último, se encuentran estudios referentes a conocer las implicaciones del uso de IoT en ámbitos como la gestión de maquinaria agrícola [105-107] y la administración del suelo [108].

Proceso: uno de los factores más preocupantes durante los últimos años en materia de calidad alimentaria son las condiciones de vulnerabilidad que mantienen los alimentos a lo largo de la cadena de suministros. Se identificaron estudios en las áreas de cadena de frío [109, 110], calidad alimentaria [111-117] y seguridad alimentaria [118-122].

Embalaje: en el ámbito de embalaje se destaca el estudio referente al empacado inteligente a través de IoT en las cadenas de suministro alimentarias de Brasil [123].

Logística: la preservación de la calidad alimentaria en el proceso de transporte ha sido objeto de análisis por parte de algunos estudios. Se ha hecho énfasis de manera específica en la habilitación de camiones refrigerados con herramientas de IoT que contribuyan a optimizar esta actividad [124]. De igual manera se enfatiza en el uso de ambientes de IoT para la creación de rutas de distribución inteligentes [125]. En cuanto a las labores logísticas de almacenamiento se identificó la investigación sobre el uso de internet de las cosas para el monitoreo del almacenaje de granos [126].

Retail / Minorista: en este eslabón de la cadena de suministro de alimentos se puede destacar el estudio sobre las barreras existentes en la implementación de un modelo de IoT en las actividades de retail [127], así como la investigación sobre la generación de valor en tiendas de abarrotería por medio del IoT [128].

Consumidor: las tecnologías de IoT han tenido un impacto que trasciende el aspecto industrial, y llega a tener aplicaciones incluso a nivel doméstico. Y es que con el nivel de vida tan ocupado que llevan las personas hoy en día, es difícil gestionar tareas tan comunes como la administración de la despensa. En este sentido el internet de las cosas ofrece soluciones que permiten la posibilidad de conocer el inventario que mantenemos de ciertos alimentos en casa [129, 130]. En esta misma línea se detectaron estudios que brindan aplicaciones para facilitar el pedido a domicilio de alimentos [131].

Residuos: la gestión residuos es una de las actividades de las cuales menor volumen de investigación científica se ha identificado, sin embargo, se observan algunas investigaciones en las áreas de reducción de desperdicios [132] y gestión de residuos en restaurantes [133].

Trazabilidad: durante los últimos años se ha generado el concepto “’Farm to table (del campo a la mesa)” para hacer referencia entre otras cosas al hecho de que el consumidor final pueda tener certeza acerca de la procedencia de sus alimentos. En este contexto muchos estudios han tratado de garantizar esta premisa haciendo uso del IoT y técnicas de trazabilidad. En el área agrícola destacan numerosas investigaciones [134- 138]. Así mismo otras líneas investigativas han optado por el estudio en concreto de la trazabilidad de productos específicos como es el caso del: pepino [139], patos [140, 141] y comida pre empacada [142]. Los sistemas autónomos de trazabilidad [143] también se perfilan como un nuevo paradigma en la industria alimentaria.

Enfoque múltiple: en la categoría de enfoque múltiple se encontraron estudios que examinan el impacto integral del IoT a lo largo de la FSC. En este sentido se observan estudios enfocados en el incremento de las ganancias [144, 145] la generación de modelos conceptuales [146], la virtualización de la cadena de suministro de alimentos [147] y el mejoramiento de la eficiencia y control [148, 149]. Así mismo se pudieron identificar dos revisiones de literatura [150, 151] que plantean aplicaciones del IoT en diferentes ámbitos de la FSC.

5. Discusión

Existe un interés creciente en el desarrollo de investigaciones concernientes al impacto que puede tener el uso del internet de las cosas en los diversos eslabones de la cadena de suministro de alimentos. Este aspecto es corroborado con los resultados cronológicos que fueron planteados en apartados previos y en donde se observa un desarrollo investigativo creciente a partir del año 2013. Existe una tendencia investigativa marcada hacia el desarrollo de estudios en la categoría de producción. Esta área en especial de la FSC se presenta como una de las más prometedoras si se toma en cuenta la amplia cantidad de modelos aplicativos y de prototipos que fueron identificados.

El IoT optimizará la FSC ofreciendo entre otras cosas mejores sistemas para la toma de decisiones, capacidades de monitoreo en tiempo real con alertas tempranas, sistemas de utilización racional de insumos, lo cual ofrecerá beneficios notables en los costos de producción, automatización de procesos y maximización de los márgenes de beneficio.

Por otra parte, los estudios de [152, 148] validan que la mayor parte de las investigaciones se han restringido a eslabones específicos de la cadena de suministro. El trabajo de [43] concuerda en que la mayor parte del volumen investigativo respecto al tópico en estudio se ha desarrollado principalmente en países asiáticos, siendo China el de mayor desarrollo. Mientras que la investigación de [42] respalda el potencial especial que mantiene el IoT en la optimización del eslabón de producción de la FSC.

6. Conclusión

El internet de las cosas ofrece beneficios fundamentalmente en la optimización de todos los eslabones de la FSC. No obstante, se encontró que la mayoría de las investigaciones se encuentran confinadas en ciertos eslabones de la FSC (producción, proceso, trazabilidad) lo cual ha contribuido a que no exista un desarrollo completo del tema en estudio. Se pudo determinar que el interés generalizado en el tema comienza a partir del año 2013, mayoritariamente en la forma de modelos aplicativos y con una prevalencia de investigaciones centradas en la solución individualizada de las problemáticas más que en una visión holística de los beneficios del IoT en la FSC. Se lograron identificar vacíos en la literatura en cuanto a: beneficios económicos potenciales, costos de implementación, así como de las competencias requeridas para una correcta integración del IoT en las actividades de la FSC. Es importante mencionar que los resultados que fueron obtenidos a través de la realización de este estudio complementan la investigación realizada por [152] respecto al rol potencial del IoT en la gestión de la cadena de suministro. En este sentido se brinda una visión mucho más amplia del impacto del uso de las tecnologías de IoT en el caso específico de la FSC, con lo cual se constituye una hoja de ruta para el desarrollo de futuras investigaciones.

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