Automatic and intelligent integration of manufacture standardized specifications to support product life cycle - an ontology based methodology

Tese de doutoramento em Tecnologias da ProduçãoIn the last decades, the globalization introduced significant changes in the product’s lifecycle. A worldwide market advantageously offered a vast range of Products, both in terms of variety and quality. In consequence, markets progressively demand highly customized products with short life cycle. Computational resources provided an important contribute to maintain Manufacture competitiveness and a rapid adaptation to paradigm change from mass production to mass customization as well. In this environment, Enterprise and Product modeling were the best response to new requirements like flexibility, agility and intense dynamic behavior. Enterprise Modeling enabled production convergence to an integrated virtual process. Several enterprises clearly assumed new formats like Extended Enterprises or Virtual/Agile Enterprises to guarantee product and resources coordination and management within the organization and with volatile external partners. By the other hand, Product modeling suffered an evolution, with traditional human based resources (like technical drawings) migrating to more skilful computational product models (like CAD or CAE models). Product modeling, together with an advanced information structure, has been recognized by academic and industrial communities as the best way to integrate and co-ordinate in early Design stages the various aspects of product’s lifecycle. An early and accurate product specifications settlement is the direct consequence of the product models enrichment with additional features. Therefore, Manufacture specifications – for longtime included in technical drawings or text based notes – need to re-adapt to such reality, namely due to missing integration automation and computational support. Recent enhancements in standard product models (like ISO 10303 STEP product data models) made a significant contribution towards product knowledge capture and information integration skills. Nevertheless, computational integration issues arise because multiple terminologies are in use along Product Life Cycle, namely due to different team backgrounds. Besides, the advent of internet claimed semantic capabilities in standard product models to a better integration with Enterprise agents. Ontologies facilitate the computational understanding, communication and seamless interoperability between people and organizations. They allow key concepts and terms relevant in a given domain to be identified and defined in an open and unambiguous computational way. Therefore, ontologies facilitate the use and exchange of data, information, and knowledge among inter-disciplinary teams and heterogeneous systems, towards intelligent systems integration. This work proposed a methodology to support the development of a harmonized reference ontology for a group of enterprises sharing a business domain. This methodology is based on the concept of Mediator Ontology (MO), which assists the semantic transformations between each enterprise’s ontology and the referential one. The methodology makes possible each organization to keep its own terminology, glossary and ontological structures, providing seamless communication and interaction with the others. The methodology foment the re-use of data and knowledge incorporated in the standard product models, as an effective support of collaborative engineering teams in the process of product manufacturability evaluation, anticipating validity of manufacture specifications.Nas últimas décadas, o advento da globalização introduziu mudanças significativas no ciclo de vida dos produtos. Um mercado mundial passou a oferecer vantajosamente uma gama alargada de Produtos, tanto em termos de variedade como de qualidade. Como consequência, os mercados passaram a exigir progressivamente produtos muito personalizados e com um ciclo de vida mais curto. O recurso a meios computacionais constitui um contributo importante para manter a competitividade da Manufactura e uma adaptação rápida à mudança de paradigma da Produção em massa para a personalização em massa. Neste ambiente, com muitas novas exigências tais como a flexibilidade, a agilidade e o comportamento extremamente dinâmico, a modelação das Empresas e do Produto foram a melhor solução encontrada para os meios produtivos. A Modelação de Empresas permitiu a convergência da produção para um processo virtual integrado. Várias empresas assumiram claramente novos formatos como Empresas Estendidas ou Empresas Virtuais/Ágeis de modo a garantir coordenação e gestão do produto e de recursos, quer dentro da organização e quer com parceiros externos voláteis e/ou pontuais. Por outro lado, a modelação de Produto sofreu uma evolução, assistindo-se à migração dos recursos tradicionais de natureza humana (como desenhos técnicos) para recurso a modelos de produtos auxiliados por computador (como CAD ou modelos CAE). A modelação de Produto, juntamente com uma estrutura de informação avançada, tem sido reconhecida pelas comunidades académicas e industriais, como a melhor forma de integrar e coordenar, na fase inicial de Design/Projecto, os multifacetados aspectos do ciclo de vida do produto. Todas estas contribuições permitiram a estipulação de especificações dos produtos com mais antecedência e com melhor precisão. No entanto, ficaria ainda a faltar uma adaptação das especificações de Fabrico - incluídas desde sempre em desenhos técnicos ou em notas baseadas em texto – a essa nova realidade, nomeadamente pela falta de automação, de integração e de possibilidade de suporte computacional adequado. As melhorias recentes em modelos de produto normalizados (como é exemplo o modelo de dados de produto STEP – ISO 10303) deram um contributo significativo para a inclusão de conhecimento e mecanismos de integração de informação adicional acerca do produto. Contudo, subsistiram alguns problemas de integração computacional porque várias terminologias são usadas ao longo do Ciclo de Vida do Produto, tendo em conta as diferentes vocações das equipas de Projecto e Fabrico. Por outro lado, a crescente utilização de Internet começou a necessitar de modelos de produtos com capacidades semânticas, para uma completa e profícua integração com os agentes de Modelos de Empresas Virtuais. As ontologias facilitam o entendimento computacional entre aplicações, e como tal a melhoria da comunicação e interoperabilidade entre pessoas e organizações. As ontologias visaram que conceitos chave e termos relevantes de um determinado domínio fossem identificados e definidos de um modo computacional explicito, normalizado e inequívoco. Assim, as ontologias facilitam o uso e intercâmbio de dados, informação e conhecimento entre equipas interdisciplinares e sistemas heterogéneos, catalizando a integração de sistemas inteligentes. Este trabalho propõe uma metodologia de apoio ao desenvolvimento de uma ontologia de referência, harmonizada para um grupo de empresas que partilhem um domínio de negócios. Esta metodologia é baseada no conceito de Ontologia Mediadora, que possibilita as transformações semânticas entre a ontologia preexistente de cada empresa e a de referência. A metodologia possibilita que cada organização mantenha a sua própria terminologia, glossário e estruturas ontológicas, proporcionando uma comunicação e interacção directa com os outros. Esta metodologia contribui para a reutilização de dados e conhecimentos incorporados nos modelos de produto normalizados, como um apoio efectivo às equipas de engenharia no processo de avaliação da fasebilidade do produto, nomeadamente pela averiguação automática da validade das especificações de fabrico