Definición de una ontología integrada de procesos y recursos, para el desarrollo colaborativo de planes de proceso

Abstract

[EN] Process planning, as a link between design and manufacturing, is a key function to ensuring that the characteristics of manufactured products meet customer needs. Multiple factors converge in the tasks of manufacturing process planning. When these factors are combined with the diversity of possible strategies and approaches, they form a particularly complex scenario. Moreover, the development of an environment increasingly competitive and globalized forces an increase of flexibility and agility of production systems. This has been especially critical in small and medium enterprises. In order to survive, these enterprises have had to improve their organization creating collaborative structures. Collaborative structures that take advantage of information and communication technologies, allowing overcome the difficulties caused by their location all over the world. An extreme case occurs in the virtual OKP (One-of-a-Kind Production) companies, in which the development of new products is the key process and it is subject to heavy demands of immediacy and diversity in terms of production. These demands can only be achieved through a close cooperation/collaboration between company partners. Taking as a starting point the above, this thesis makes a contribution in the field of collaborative process planning. For this, an ontological approach is proposed. This ontology gives support and consistency to the co-planning tools used in creating process plans, especially in decision-making related to the optimal and dynamics resource allocation. The first proposed ontology, the domain PPDRC (Product and Processes Development Resource Capabilities) ontology, is a generic ontology able to support any kind of process planning to be executed by intelligent agents in a collaborative context. Its generality is validated in this work, by means of its application to the process planning of the development process of products, processes and resources and its specialization, the MIRC (Manufacturing and Inspection Resource Capabilities) ontology, for machining and inspection process planning. The PPDRC ontology presents a number of particular characteristics, such as: social and agentive character of the resources involved in the process planning; the possibility for representing nonlinear process plans; the concept of resource capability based on its skills to perform a specific activity; or the fact that it has been built using concepts of foundational ontologies, facilitating the interoperability with other ontologies. The ontology is particularly effective for the establishment and validation of process plans based on the capabilities of the resources involved, allowing to maintain the information and knowledge about the capabilities of these resources. A knowledge that is enriched by inference from the data, predicates and rules that are part of the ontology. On the other hand, the MIRC ontology is a proposal that has all the characteristics of PPDRC ontology and pays special attention to preparation activities of the resources, because they largely determine their capability to implement operation activities (machining and inspection). This is a characteristic that differentiates it from others, considering that preparation activities are critical to the correct selection and allocation of resources that should be considered during the validation of these process plans. The thesis has been written on the basis of two articles that describe the aforementioned ontologies (PPDRC and MIRC) and they present two separate case studies which demonstrate their validity and scope. To facilitate the reading, this document contains some additional chapters. These additional chapters relate the general approach and the basis of the work, and discuss the results and future works.

[ES] La planificación de procesos, como nexo de unión entre el diseño y la fabricación, es un elemento clave para asegurar que las características de los productos fabricados satisfacen las necesidades del cliente. En las tareas de planificación del proceso de fabricación confluyen múltiples factores que, al conjugarse con la diversidad de estrategias y enfoques posibles, configuran un escenario particularmente complejo. Por otra parte, la evolución de un entorno cada vez más competitivo y globalizado ha obligado a aumentar la flexibilidad y agilidad de los sistemas productivos. Esto ha sido especialmente crítico en las pequeñas y medianas empresas que para sobrevivir han tenido que organizarse creando estructuras de colaboración. Estructuras colaborativas que aprovechan las tecnologías de información y comunicación, y permiten salvar las dificultades originadas por la deslocalización. Un caso extremo se presenta en las empresas de tipo OKP (One-of-a-Kind Production) virtual, en las que el desarrollo de nuevos productos es el proceso clave y está sujeto a grandes exigencias de inmediatez y diversidad de producción, que solo pueden alcanzarse con una estrecha cooperación/colaboración entre los socios. Tomando como punto de partida lo anterior, esta tesis realiza una aportación en el ámbito de la planificación de procesos colaborativa. Para ello se propone una ontología que da soporte y consistencia a las herramientas de co-planificación empleadas en la creación de planes de proceso, especialmente en la toma de decisiones vinculadas con la asignación óptima y dinámica de los recursos. La ontología propuesta en primer lugar, ontología de dominio PPDRC (Product and Processes Development Resource Capabilities), es una ontología genérica capaz de soportar cualquier tipo de planificación de proceso que sea ejecutada por agentes inteligentes en un contexto colaborativo. Una generalidad que se valida en el trabajo, con su aplicación a la planificación del propio proceso de desarrollo de productos, procesos y recursos, y con la especialización de la misma, ontología MIRC (Manufacturing and Inspection Resource Capabilities), para la planificación de los procesos de mecanizado e inspección. La ontología PPDRC presenta toda una serie de características singulares, como: el carácter social y agentivo de los recursos implicados en la planificación; la posibilidad de representar planes de proceso no lineales; el concepto de capacidad de recurso basado en sus habilidades para la realización de actividades; o la utilización de conceptos presentes en ontologías de base, que facilitan su interoperabilidad con otras ontologías. La ontología se muestra especialmente eficaz para el establecimiento y validación de planes de proceso en base a las capacidades de los recursos, al permitir mantener la información y conocimiento sobre sus capacidades. Un conocimiento que se enriquece por inferencia a partir de los datos, predicados y reglas que forman parte de dicha ontología. Por su parte, la ontología MIRC es una propuesta que reúne todas las características de la ontología PPDRC y que presta una especial atención a las actividades de preparación realizadas sobre los recursos, pues éstas condicionan en gran medida sus capacidades para la ejecución de las actividades de tipo operación (mecanizado e inspección). Se trata de una característica que la diferencia de otras, al considerar que las actividades de preparación son claves para la correcta selección y asignación de los recursos y que deben considerarse durante la validación de estos planes de proceso. La tesis se ha redactado en base a dos artículos, en los que se describen las mencionadas ontologías (PPDRC y MIRC) y se presentan sendos casos de estudio que constatan su validez y muestran el alcance de las mismas. Para facilitar su seguimiento, contiene unos capítulos adicionales, en los que se relata el planteamiento general y

[CA] La planificació de processos, com a nexe d'unió entre el disseny i la fabricació, és un element clau per a assegurar que les característiques dels productes fabricats satisfan les necessitats del client. En les tasques de planificació del procés de fabricació conflueixen múltiples factors, que al conjugar-se amb la diversitat d'estratègies i enfocaments possibles configuren un escenari particularment complex. D'altra banda, l'evolució d'un entorn, cada vegada més competitiu i globalitzat ha obligat a augmentar la flexibilitat i agilitat dels sistemes productius. Açò ha sigut especialment crític en les xicotetes i mitjanes empreses, que per a poder sobreviure han hagut d'organitzar-se, creant estructures de col·laboració. Estructures de col·laboració que aprofiten les tecnologies d'informació i comunicació, i permeten salvar les dificultats originades per la deslocalització. Un cas extrem es presenta en les empreses de tipus OKP (One-of-a-Kind Production) virtual, en les que el desenrotllament de nous productes és el procés clau i està subjecte a grans exigències d'immediatesa i diversitat, que només poden aconseguir-se amb una estreta cooperació/col·laboració entre els socis. Prenent com a punt de partida l'anterior, esta tesi realitza una aportació en l'àmbit de la planificació de processos col·laborativa. Per a això es proposa una ontologia que dóna suport i consistència a les ferramentes de co-planificació empleades en la creació de plans de procés, especialment en la presa de decisions vinculades amb l'assignació òptima i dinàmica dels recursos. L'ontologia proposada en primer lloc, ontologia de domini PPDRC (Product and Processes Development Resource Capabilities), és una ontologia genèrica capaç de suportar qualsevol tipus de planificació de procés que siga executada per agents intel·ligents en un context col·laboratiu. Una generalitat que es valida en el treball, amb la seua aplicació a la planificació del propi procés de desenrotllament de productes, processos i recursos i amb l'especialització de la mateixa, ontologia MIRC (Manufacturing and Inspection Resource Capabilities), per a la planificació dels processos de mecanitzat i inspecció. L'ontologia PPDRC presenta tota una sèrie de característiques singulars, com: el caràcter social i agentiu dels recursos implicats en la planificació; la possibilitat de representar plans de procés no lineals; el concepte de capacitat de recurs basat en les seues habilitats per a la realització de activitats; o la utilització de conceptes presents en ontologies de base, que facilita la seua interoperabilitat amb altres ontologies. L'ontologia es mostra especialment eficaç per a l'establiment i validació de plans de procés basant-se en les capacitats dels recursos, al permetre mantenir la informació i coneixement sobre les seues capacitats. Un coneixement que s'enriqueix per inferència a partir de les dades, predicats i regles que formen part de la dita ontologia. Per la seua banda, l'ontologia MIRC és una proposta que reuneix totes les característiques de l'ontologia PPDRC i que presta una especial atenció a les activitats de preparació realitzades sobre els recursos, perquè estes condicionen en gran manera les seues capacitats per a l'execució de les activitats d'operació (mecanitzat i inspecció). Es tracta d'una característica que la diferència d'altres, al considerar que les activitats de preparació són claus per a la correcta selecció i assignació dels recursos i que han de considerar-se durant la validació d'estos plans de procés. La tesi s'ha redactat basant-se en dos articles, en les que es descriuen les mencionades ontologies (PPDRC i MIRC) i es presenten sengles casos d'estudi que constaten la seua validesa i mostren l'abast de les mateixes. Per a facilitar el seu seguiment, conté uns capítols addicionals, en els que es relata el plantejament general i les bases del treball, i es disc