The present Ph.D. thesis is devoted to studying, developing, and applying data-driven methodologies, based on multivariate statistical models of latent variables, to address the scientific learning paradigm in the Industry 4.0 environment. Particular emphasis is placed on causal latent variable-based models using both data coming from a planned design of experiments and, mainly, data coming from the daily production process, namely happenstance data. The dissertation is structured in five parts. I entre tots ells, a Noelia, per ser la meua companya en aquesta aventura. La persona capaç de detindre's amb mi a la vora del sender per disfrutar del paisatge que ens envolta, però al mateix temps encoratjar-me, fins i tot amb xicotets gestos quotidians, per continuar quan em flaquejen les forces. Gràcies per ensenyar-me que la fermesa d'aquesta aventura es troba en l'estima.A tots vosaltres, vos estime.