Definición de un modelo de representación del conocimiento para procesos de estimación de presupuestos

La estimación de precios es un proceso crítico para la elaboración de presupuestos en compañías que tienen que competir para obtener pedidos ofreciendo precios competitivos. En concreto, las compañías de mecanizado de piezas, dicho proceso es complejo, pues se pueden plantear un gran número de variantes. En este caso un experto en la fabricación está generalmente al cargo de esta tarea. Sin embargo, estos expertos tienen a cargo otras tareas, también importantes para la compañía, que deben atender. Es habitual la utilización de sistemas software que automaticen la estimación de costes, y los sistemas basados en conocimiento son una de las principales alternativas por dos razones fundamentales. Por un lado, la aplicación de este conocimiento constituye un área abierta de investigación que debe ser explotada. Por otro lado, la investigación acerca de los sistemas basados en conocimiento plantea la necesidad de nuevos modelos y metodologías que integren la representación del conocimiento con la web para la creación de nuevos sistemas expertos basados en web. Para responder a los dos aspectos que se han identificado, la presente tesis plantea un modelo de representación del conocimiento para capturar la experiencia de un experto orientado a la estimación de presupuestos. Este modelo de representación cubre además el conocimiento que puede obtenerse de otras aplicaciones, permite la utilización de modelos de estimación detallados que complementen al conocimiento del experto e integra la representación con tecnologías web. La siguiente aportación de esta tesis doctoral es un motor de solución basado en el modelo propuesto capaz de automatizar los procesos representados, en un entorno web. Se trata de un motor de solución genérico que no es exclusivo para la implementación del proceso de representación de la fábrica en la que se ha llevado a cabo la validación. Finalmente se ha aportado una herramienta de modelado que permite la representación del conocimiento de un experto al tiempo que facilita el proceso de validación por medio de la funcionalidad de traza. Además de los objetivos e hipótesis inicialmente planteados, la presente tesis aporta la definición formal del modelo de representación del conocimiento. Con ello se da la posibilidad de compartir la representación de distintos procesos entre expertos de diferentes lugares basándose en una definición común. La metodología seguida para la elaboración de esta tesis, ha consistido en: 1. Estudio del estado del arte. Se han analizado las distintas técnicas y herramientas empleadas en la estimación de precios dentro de las compañías de fabricación versátil, poniendo especial atención en las que se basan en conocimiento. En este sentido se ha encontrado que se emplean más conocimientos teóricos que conocimientos procedentes de la experiencia para la creación de estos sistemas. 2. Análisis del problema. En esta fase se ha realizado el planteamiento de las hipótesis de investigación, basadas en la necesidad de un modelo de representación capaz de representar el conocimiento sobre el proceso de estimación de presupuestos, el acceso al conocimiento que pueda contener otro sistema y el intercambio de información con agentes externos cuando sea necesario obtener información adicional. Adicionalmente es necesario un motor capaz de automatizar el proceso y que éste sea capaz de obtener resultados similares a los de un experto. 3. Planteamiento de la solución. En esta fase se ha planteado el modelo de representación que se propone como solución a los problemas identificados. 4. Validación. En esta fase se ha creado una herramienta de modelado basada en el modelo propuesto, así como un motor capaz de interpretar y ejecutar los procesos representados. A partir de ambas herramientas, se ha desarrollo de un sistema basado en conocimiento y comprobación de las hip´otesis de investigación. Para ello se ha modelado un proceso real en una fábrica de piezas mecanizadas. 5. Análisis de los resultados obtenidos. Tras la validación se obtuvieron un conjunto de resultados, tanto a nivel de representación como a nivel de ejecución de proceso que fueron analizados para determinar la validez del modelo y las herramientas propuestas. 6. Documentación. A lo largo de todo el proceso de elaboración de la tesis se ha generado la documentación que constituye la presente tesis doctoral. Las conclusiones tras la elaboración, validación y análisis de los resultados obtenidos, han mostrado que el modelo propuesto puede representar el conocimiento de un experto en el dominio de la fabricación de piezas mecanizadas. Además la validación realizada muestra como el modelo se integra con la Web permitiendo, gracias a la implementación de una herramienta de modelado y un motor de soluciones, la creación de sistemas basados en Web que afronten en concreto el problema del cálculo de precios, admitiendo problemas de otros dominios en futuros trabajos de investigación. ________________________________________________In order to satisfy the requirements for the european doctorate mention, the summary of this phd thesis has been written in English. This summary includes methodology, main contribution and conclusions. The chapter 9 “Conclusions” has also been written in English. Price estimation is a critical process for the preparation of quotations in companies that have to compete with other companies by offering competitive prices in order to have demand of orders. For machining parts companies, the estimation process is very complex, as a big number of variants may appear. An expert in manufacturing is usually in charge of this process. However, the lack of qualifying experts in such factories implies extra work for the experts and they already have other critical tasks to which they must attend. The use of conventional software systems is usual as they automate the costs’ estimation, and the knowledge based systems are one of the main alternatives for two reasons. On the one hand, this knowledge’s application constitutes an open area of research that must be exploited. On the other hand, the research on systems based on knowledge raises the need of new models and methodologies that incorporate the knowledge’s representation with the web for the creation of new expert systems based on the web. In order to give an answer to the former two aspects that have been identified, this thesis presents a knowledge representation model for representing an expert’s experience orientated to the quotation process. This representation model also covers the knowledge that can be obtained from other applications, allows the use of detailed estimation models that complement the expert’s knowledge and incorporates the representation by using web technologies. The next contribution of this thesis is a solution engine based on the proposed model which is able to automate the represented processes in a web environment. The purpose of the engine is not restricted to the concrete domain of this thesis (it is generic), and it can be used for other domains in future research works. Finally a modeling tool based on the proposed model is presented. Such a tool allows the knowledge representation of an expert and at the same time it provides the validation by means of trace functionality. Besides the objectives and hypotheses initially proposed, a formal definition of the model is presented. It makes possible the knowledge sharing between different experts in different places using a shared language. The steps taken to conduct the research are the following: 1. State of the art review. In this phase, several price estimation techniques and tools within versatile manufacturing companies has been reviewed, paying special attention to the knowledge based techniques and tools. It has been found that the creation of these systems use more theoretic knowledge than knowledge provided by experience. 2. Problem analysis. In this phase research hypotheses have been put forward. Such hypotheses are based on the need of a knowledge representation model which is able to represent knowledge about the quotation process, the knowledge stored in external applications, and the information exchange with external agents when it is necessary to obtain additional information. Additionally a solution engine is required in order to automate the represented process and so that it is capable of obtaining similar results to those from an expert. 3. Problem Solution. In this phase the knowledge representation model has been defined in order to solve the problems previously identified. 4. Validation. In this phase a knowledge representation tool has been developed based on the proposed knowledge representation model. Also a solution engine has been developed in order to interpret and execute the processes modelled by means of the knowledge representation tool. Using the representation tool and the solution engine, a knowledge based system has been developed in order to validate the proposed hypotheses. The knowledge based system has been implemented in the context of a machining parts company. 5. Analysis of the results obtained. In this phase the results of the validation phase were evaluated in order to determine the validity of the proposed model and tools. 6. Documentation. During the overall research work the present thesis has been documented in order to generate the present document. After the elaboration, validation and analysis of the results, we have concluded that the proposed model can represent the knowledge of an expert in the domain of the quotation process for machining parts. Furthermore, the validation results show that the proposed model integrates the representation with the Web technologies. It allows, by means of the modelling tool and the solution engine, developing web based expert systems for the specific problem of the quotation process and, in future research works, for other domains