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Opportunities and Challenges of Industry 4.0 in OH&S Management System: A Critical Review

Masoud Rezazadeh

Master's thesis (2021)

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Abstract

The fourth industrial revolution, Industry 4.0, has been launched in 2011. Since then, it has attracted considerable attention from researchers around the world. Many scientific articles have been published to introduce the functions of Industry 4.0, to promote business, and to increase productivity. The opportunities of Industry 4.0 for improving occupational health and safety (OH&S) have also been considerably explored. However, a few publications have highlighted the challenges of Industry 4.0 in OH&S. There are concerns that OH&S achievements may be affected, and this may place an obstacle in the way of Industry 4.0's progress. This thesis aims to identify both the challenges that arise from Industry 4.0 and the opportunities it opens up for OH&S management systems. As a starting point, a background of the constituting technologies of Industry 4.0 as well as fundamental principles underlying OH&S management today are provided. Then, the methodology of this study is explained which consists of three steps. In the first step, we carry out a systematic literature review to gain background knowledge of the challenges and opportunities Industry 4.0 creates for OH&S, applying the ProKnow-C method. In the second step, a detailed comparison among three well-known OH&S management system standards – CSA Z1000 as a national standard, OHSAS 18001 as an international standard, and ISO 45001 as an ISO standard is made. In the last step, we synthesize the identified challenges and opportunities from the first step with the clauses included in these three standards. To facilitate the synthesis, we focus on the most inclusive of these three standards, ISO 45001. However, the results can be generalized to the other two standards. Accordingly, we come to five conclusions: First, there has not been sufficient attention to incorporating human aspects in 4.0 industrial systems yet. The mismatch between the human capabilities of workers and the workload produced by machines in human-machine interactions can lead to human errors, accidents, and even psychological problems. It is recommended to consider human aspects in the stage of design of an Industry 4.0 system. The fourth industrial revolution, Industry 4.0, has been launched in 2011. Since then, it has attracted considerable attention from researchers around the world. Many scientific articles have been published to introduce the functions of Industry 4.0, to promote business, and to increase productivity. The opportunities of Industry 4.0 for improving occupational health and safety (OH&S) have also been considerably explored. However, a few publications have highlighted the challenges of Industry 4.0 in OH&S. There are concerns that OH&S achievements may be affected, and this may place an obstacle in the way of Industry 4.0's progress. This thesis aims to identify both the challenges that arise from Industry 4.0 and the opportunities it opens up for OH&S management systems. As a starting point, a background of the constituting technologies of Industry 4.0 as well as fundamental principles underlying OH&S management today are provided. Then, the methodology of this study is explained which consists of three steps. In the first step, we carry out a systematic literature review to gain background knowledge of the challenges and opportunities Industry 4.0 creates for OH&S, applying the ProKnow-C method. In the second step, a detailed comparison among three well-known OH&S management system standards – CSA Z1000 as a national standard, OHSAS 18001 as an international standard, and ISO 45001 as an ISO standard is made. In the last step, we synthesize the identified challenges and opportunities from the first step with the clauses included in these three standards. To facilitate the synthesis, we focus on the most inclusive of these three standards, ISO 45001. However, the results can be generalized to the other two standards. Accordingly, we come to five conclusions: First, there has not been sufficient attention to incorporating human aspects in 4.0 industrial systems yet. The mismatch between the human capabilities of workers and the workload produced by machines in human-machine interactions can lead to human errors, accidents, and even psychological problems. It is recommended to consider human aspects in the stage of design of an Industry 4.0 system. intelligent algorithms prevail, they can provide real-time control of OH&S aspects in the operations of an organization. However, unpredictable situations that can stem from a malfunction of these algorithms and endanger workers must be taken into consideration. Moreover, augmented reality can provide close-to-reality exercises to enhance the preparedness of workers to respond to emergencies. However, organizations need to be also prepared to respond to unforeseen emergencies arising from large-scale cyber-attacks. In the performance evaluation phase, in the case of the development of big data analysis and computer vision in the world of work, evidence-based evaluations of OH&S performance are possible to conduct. It is worth mentioning that these possibilities should be used alongside the traditional evaluation tools to reflect the real evaluation of OH&S performance. In the improvement phase, more advancements in OH&S management are anticipated based on the rapid pace of technological progression such as the ability of computer visions in modelling motion dynamics, which aims to predict unsafe human behaviour. But technological progression might be associated with new risks. The example can be direct brain-to-machine interfaces that heat up body tissues and are suspected of causing or promoting cancer. To the best of our knowledge, this is among the first studies that use the criteria stated in OH&S management system standards to analyze the challenges and opportunities of Industry 4.0 and their implications for workers today and tomorrow. For future research, it is recommended that practical studies be carried out to assess the OH&S risks emerging from Industry 4.0.

Résumé

La quatrième révolution industrielle, Industrie 4.0, a été lancée en 2011. Depuis lors, elle a suscité une attention considérable de la part des chercheurs du monde entier. De nombreux articles scientifiques ont été publiés pour présenter les fonctions de l'Industrie 4.0, promouvoir les affaires et augmenter la productivité. Les opportunités de l'Industrie 4.0 pour améliorer la santé et la sécurité au travail (SST) ont également été considérablement explorées. Cependant, quelques publications ont mis en évidence les enjeux de l'Industrie 4.0 en SST. Certains craignent que les réalisations en matière de SST ne soient affectées, ce qui pourrait constituer un obstacle aux progrès de l'Industrie 4.0. Cette thèse vise à identifier à la fois les défis qui découlent de l'Industrie 4.0 et les opportunités qu'elle ouvre pour les systèmes de management de la SST. Comme point de départ, un historique des technologies constitutives de l'Industrie 4.0 ainsi que les principes fondamentaux qui sous-tendent la gestion de la SST aujourd'hui sont fournis. Ensuite, la méthodologie de cette étude est expliquée qui se compose de trois étapes. Dans la première étape, nous effectuons une revue systématique de la littérature pour acquérir des connaissances de base sur les défis et les opportunités que l'industrie 4.0 crée pour la SST, en appliquant la méthode ProKnow-C. Dans la deuxième étape, une comparaison détaillée entre trois normes de système de gestion de la SST bien connues - CSA Z1000 en tant que norme nationale, OHSAS 18001 en tant que norme internationale et ISO 45001 en tant que norme ISO est effectuée. Dans la dernière étape, nous synthétisons les défis et opportunités identifiés dès la première étape avec les clauses incluses dans ces trois normes. Pour faciliter la synthèse, nous nous concentrons sur la plus inclusive de ces trois normes, ISO 45001. Cependant, les résultats peuvent être généralisés aux deux autres normes. En conséquence, nous arrivons à cinq conclusions : Premièrement, il n'y a pas encore eu suffisamment d'attention à l'intégration des aspects humains dans les systèmes industriels 4.0. L'inadéquation entre les capacités humaines des travailleurs et la charge de travail produite par les machines dans les interactions homme-machine peut entraîner des erreurs humaines, des accidents et même des problèmes psychologiques. Il est recommandé de considérer les aspects humains dans la phase de conception d'un système Industrie 4.0. Deuxièmement, les coûts élevés et les limitations techniques sont deux obstacles principaux pour tirer pleinement parti des opportunités de SST des technologies de l'Industrie 4.0. De plus, le manque de main-d'œuvre qualifiée ainsi que les considérations éthiques sont d'autres obstacles dont il faut tenir compte. Les PME pourraient être plus touchées par ces problèmes en raison de ressources financières plus restreintes pour concurrencer les grandes entreprises. Troisièmement, les risques probables pour la SST à l'ère de l'Industrie 4.0 sont identifiés et classés en six groupes, y compris les risques biologiques, chimiques, physiques, ergonomiques, psychologiques et de sécurité. Parmi eux, les risques psychologiques pourraient être évidents à mesure que les systèmes homme-machine seront transformés. En plus de ces dangers, une hiérarchie de contrôles des risques, y compris l'élimination, la substitution, les systèmes de sensibilisation, les contrôles administratifs et les EPI pouvant être activés par l'industrie 4.0, est introduite. Quatrièmement, ISO 45001 est plus complet que les deux normes OHSAS 18001 et CSA Z1000. Les principales différences incluent l'identification des problèmes internes et externes affectant les performances de SST ainsi que les besoins des travailleurs. À cet égard, il est nécessaire de reconnaître les opportunités de la SST ainsi que les risques pour la SST. Cinquièmement, la synthèse de nos conclusions issues de l'analyse de contenu et des exigences des normes du système de management de la SST montre que dans la phase de leadership, une organisation peut rencontrer des difficultés à mener une culture de SST efficace grâce à la participation des travailleurs parce que les travailleurs de différentes nationalités, origines , et les cultures, avec des perceptions tout aussi diverses de la SST peuvent se réunir pour travailler. Au contraire, l'IdO et l'intégration verticale et horizontale des systèmes pourraient faciliter la communication, ce qui a un effet positif sur la participation des travailleurs. Dans la phase de planification, malheureusement, les lois et réglementations en matière de SST sont à la traîne par rapport à l'Industrie 4.0. Cela soulève des inquiétudes quant au fait que les approches proactives en matière de SST peuvent être affectées. D'autre part, l'Industrie 4.0 peut viser à lever des incapacités technologiques afin de répondre aux obligations légales. De plus, l'Industrie 4.0 peut aider à créer un système d'information efficace et en temps réel et stimuler la gestion des technologies de l'information qui joue un rôle clé dans la planification et la réalisation de ses objectifs en matière de SST dans une organisation. Dans la phase d'accompagnement, une pénurie de travailleurs possédant des compétences techniques et personnelles peut imposer une charge de travail supplémentaire aux employés compétents et les épuiser. D'un autre côté, les méthodes pédagogiques innovantes basées sur la réalité augmentée ont le potentiel d'améliorer l'efficacité de la formation en SST et la sensibilisation des travailleurs aux risques environnants. En phase d'exploitation, si des algorithmes intelligents prévalent, ils peuvent fournir un contrôle en temps réel des aspects SST dans les opérations d'une organisation. Cependant, les situations imprévisibles qui peuvent provenir d'un dysfonctionnement de ces algorithmes et mettre en danger les travailleurs doivent être prises en considération. De plus, la réalité augmentée peut fournir des exercices proches de la réalité pour améliorer la préparation des travailleurs à répondre aux urgences. Cependant, les organisations doivent également être prêtes à répondre aux urgences imprévues résultant de cyberattaques à grande échelle. Dans la phase d'évaluation des performances, dans le cas du développement de l'analyse des mégadonnées et de la vision par ordinateur dans le monde du travail, des évaluations factuelles des performances en matière de SST sont possibles. Il convient de mentionner que ces possibilités doivent être utilisées parallèlement aux outils d'évaluation traditionnels pour refléter l'évaluation réelle de la performance SST. Dans la phase d'amélioration, d'autres avancées dans la gestion de la SST sont attendues sur la base du rythme rapide de la progression technologique, comme la capacité des visions par ordinateur à modéliser la dynamique du mouvement, qui vise à prédire les comportements humains dangereux. Mais la progression technologique pourrait être associée à de nouveaux risques. L'exemple peut être des interfaces cerveau-machine directes qui chauffent les tissus corporels et sont suspectées de provoquer ou de favoriser le cancer. À notre connaissance, il s'agit de l'une des premières études qui utilisent les critères énoncés dans les normes de système de management de la SST pour analyser les défis et les opportunités de l'Industrie 4.0 et leurs implications pour les travailleurs d'aujourd'hui et de demain. Pour les recherches futures, il est recommandé que des études pratiques soient menées pour évaluer les risques pour la SST découlant de l'Industrie 4.0.
Department: Department of Mathematics and Industrial Engineering
Program: Maîtrise recherche en génie industriel
Academic/Research Directors: Daniel Imbeau, Yuvin Adnarain Chinniah, Samira Keivanpour
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/9959/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 27 Apr 2022 08:12
Last Modified: 26 Nov 2022 21:55
Cite in APA 7: Rezazadeh, M. (2021). Opportunities and Challenges of Industry 4.0 in OH&S Management System: A Critical Review [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/9959/

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