Digital transformation for sustainability in the agro-industrial sector : an integrated approach to Industry 4.0 and green supply chains

Abstract

RESUMO: A crescente convergência entre transformação digital e sustentabilidade tem ampliado a necessidade de abordagens integradas capazes de apoiar organizações na construção de cadeias de suprimentos mais resilientes, eficientes e ambientalmente responsáveis. Nesse contexto, esta dissertação teve como objetivo desenvolver uma abordagem integrada para compreender, estruturar e avaliar a contribuição da Indústria 4.0 para a sustentabilidade em cadeias de suprimentos verdes. A pesquisa foi estruturada em cinco estudos complementares e interdependentes. Inicialmente, realizou-se uma revisão narrativa da literatura sobre a evolução da gestão da cadeia de suprimentos, evidenciando sua transição para uma perspectiva orientada pela sustentabilidade, resiliência e digitalização. Em seguida, desenvolveu-se uma Revisão Sistemática da Literatura (RSL), conduzida segundo as diretrizes PRISMA, permitindo identificar tendências, lacunas teóricas e fatores críticos relacionados à integração entre Indústria 4.0 e sustentabilidade. Como resultado, foi proposto o Framework IRIS (Industry 4.0 Framework for Integrated Sustainability), integrando dimensões tecnológicas, ambientais, econômicas, sociais e de governança. Na terceira etapa, aplicou-se uma abordagem integrada baseada nos métodos DEMATEL, ISM e MICMAC para identificar e hierarquizar as principais barreiras à implementação da Indústria 4.0 sustentável. Os resultados indicaram que a qualificação profissional e a resistência à mudança constituem os principais fatores causais do sistema. Posteriormente, sob a perspectiva da Design Science Research (DSR), desenvolveu-se o Sustainable Industry 4.0 Supply Chain Maturity Index (SI4SCMI), estruturado em seis dimensões: organizacional, econômica, tecnológica, ambiental, social e integração sustentável da cadeia de suprimentos. A aplicação piloto revelou maior maturidade nas dimensões tecnológica, social e organizacional. Por fim, foi proposto o Green Chain Index (GCI), indicador sintético destinado à mensuração do desempenho sustentável de cadeias de suprimentos no contexto da Indústria 4.0. Os resultados demonstram que a transformação digital sustentável depende tanto da adoção de tecnologias avançadas quanto da superação de barreiras organizacionais e humanas. Como contribuição, a dissertação disponibiliza frameworks, modelos estruturais, índices de maturidade e indicadores de desempenho capazes de apoiar a implementação da sustentabilidade e da Indústria 4.0 em cadeias de suprimentos.

ABSTRACT: The growing convergence between digital transformation and sustainability has increased the need for integrated approaches to help organizations build more resilient, efficient, and environmentally responsible supply chains. In this context, this dissertation aimed to develop an integrated approach to understanding, structuring, and evaluating Industry 4.0's contribution to sustainability in green supply chains. The research was structured into five complementary and interdependent studies. Initially, a narrative literature review was conducted to examine the evolution of supply chain management, highlighting its transition toward a perspective driven by sustainability, resilience, and digitalization. Subsequently, a Systematic Literature Review (SLR) conducted in accordance with the PRISMA guidelines identified research trends, theoretical gaps, and critical factors related to the integration of Industry 4.0 and sustainability. As a result, the Industry 4.0 Framework for Integrated Sustainability (IRIS Framework) was proposed, integrating technological, environmental, economic, social, and governance dimensions. In the third stage, an integrated approach based on the DEMATEL, Interpretive Structural Modeling (ISM), and MICMAC methods was applied to identify and prioritize the main barriers to implementing sustainable Industry 4.0. The results indicated that workforce qualification and resistance to change constitute the main causal factors within the system. Subsequently, from a Design Science Research (DSR) perspective, the Sustainable Industry 4.0 Supply Chain Maturity Index (SI4SCMI) was developed, structured around six dimensions: organizational, economic, technological, environmental, social, and sustainable supply chain integration. The pilot application revealed higher maturity levels in the social, economic, and organizational dimensions. Finally, the Green Chain Index (GCI) was proposed as a composite indicator to measure sustainable supply chain performance in the Industry 4.0 context. The findings demonstrate that sustainable digital transformation depends not only on the adoption of advanced technologies but also on overcoming organizational and human barriers. As its main contribution, this dissertation provides frameworks, structural models, maturity indices, and performance indicators to support the implementation of sustainability and Industry 4.0 initiatives in supply chains.