Desarrollo de requisitos de un gemelo digital para la planificación de procesos

Abstract

[ES] La industria manufacturera se enfrenta a un rápido cambio en su dinámica debido al aumento de la competencia en el mercado y a las crecientes necesidades de los clientes. Esto hace que la planificación de procesos se enfrente al reto de modificar sus productos a un ritmo mayor, acortando los ciclos de vida de los productos y reduciendo el tamaño de los lotes. Como resultado, la planificación de procesos requiere una cantidad creciente de esfuerzo y tiempo, lo que lleva a los planificadores de procesos a necesitar un sistema sólido de apoyo a la toma de decisiones para la planificación de procesos. Como herramienta de automatización, los gemelos digitales se ofrecen como una solución prometedora para este fin. Aunque los gemelos digitales ya se han introducido en la industria manufacturera para muchos fines, el uso de esta tecnología en la planificación de procesos es todavía muy limitado. Esta tesis presenta el desarrollo de los requisitos para el uso de un gemelo digital en la planificación de procesos y el diseño de un concepto derivado para ello. Este concepto se centrará en cuatro etapas principales de la planificación de procesos planificación del proceso: la planificación de la secuencia operativa, la asignación de recursos a dicha secuencia, la determinación de los parámetros operativos y la gestión del proceso. En cuanto al gemelo digital, se identificaron cinco requisitos funcionales y uno no funcional: granularidad variable, representación realista, simulación y previsión, orientación al ciclo de vida, una arquitectura adecuada y el requisito de comportamiento para la calidad. A partir de estos requisitos, se elaboró una lista de requisitos detallados para la planificación del proceso. A partir de esta lista, se diseñó un modelo de concepto de gemelo digital para la planificación de procesos. Éste se compone de una base de datos estructurada, un sistema basado en el conocimiento y cuatro módulos principales de planificación de procesos. Estos elementos estarán conectados por una serie de interfaces que también permitirán al usuario acceder y controlar el sistema. A continuación, se validan los requisitos y se verifica el modelo en función del cumplimiento de cada requisito. Los resultados muestran que el modelo conceptual de los gemelos digitales para la planificación de procesos es un sistema adecuado de apoyo a la toma de decisiones

[EN] The manufacturing industry is facing a rapid change in its dynamic due to an increase in market competition and rising customer¿s need. This conveys process planning to confront the challenge of altering their products at a higher rate, shortening product life cycles and reducing batch sizes. As a result, process planning requires an increasing amount of effort and time, which leads to process planners in need of a robust decision-support system for process planning. As an automatization tool, digital twins are offered as a promising solution for this purpose. Although digital twins have been already introduced in the manufacturing industry for many purposes, the use of this technology in processplanning is still very limited. This thesis presents the development of requirements for the use of a digital twin in process planning and the design of a derived concept for it. This concept will focus on four main stages of process planning: the planning of operational sequence, resource allocation to such sequence, the determination of operational parameters and the management of the process. Concerning the digital twin, five functional requirements and one non-functional requirement were identified: varying granularity, realistic representation, simulation and forecasting, life-cycle orientation, a suitable architecture and the behavioural requirement for quality. Based on these requirements, a list of detailed requirements for process planning was developed. Using this list, a concept model for a digital twin for process planning was designed. This is composed of a structured database, a knowledge-based system and four main process planning modules. These elements will be connected by a series of interfaces that also allow the user to access and control the system. Subsequently, the requirements are is validated and the model is verified against the fulfilment of each requirement. The results show that the concept model of the digital twins for process planning is a suitable decision-support system.