Estágio realizado na empresa Volkswagem Autoeuropa e orientado pela Eng.ª Margarida Pereira / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Ontology-based technologies like Semantic Web and Knowledge Graphs are promising for knowledge management in manufacturing industries. In the literature there are abundant of publications related to using ontologies to represent and capture knowledge in manufacturing. Many of them cover the use of ontologies for managing knowledge in different aspects of Product Lifecycle Management (PLM). Nevertheless, very few of them cover how ontologies can be used with virtual factory models, data and information as well as the knowledge generated from using these models and their corresponding engineering activities. An “extension” of existing ontologies is badly needed as digital, virtual models in terms of simulation and digital twins have become more popular in the industry. Without such an extended knowledge management process and system, it is difficult to re-use the artefacts and knowledge generated from the expensive and valuable virtual engineering activities. Relying on the cutting-edge graph database technologies and what they can offer regarding knowledge management, and also recent developments in the domain ontology field, an extended knowledge management implementation, specifically designed for virtual engineering has been done. Moreover, a clear roadmap for establishment of knowledge bases around production systems armed with Virtual Factory(VF) and Multi-Objective Optimization (MOO) processes has been provided. This, includes defining key elements of manufacturing procedures, constructing an ontology, defining data structure in preferably a graph database, and accessing valuable historical (provenance) data regarding different engineering entities and/or activities.

Digitale Menschmodelle (DMM) werden aktuell in Unternehmen vorwiegend zur ergonomischen Planung und Überprüfung der Ausführbarkeit und Erträglichkeit von Arbeitsprozessen eingesetzt. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „The Smart Virtual Worker“, welche im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Virtual Humans der TU Chemnitz angesiedelt ist, entstand ein Framework zur Simulation komplexer Arbeitsabläufe im Kontext der virtuellen Fabrik. Ziel war die Entwicklung eines digitalen Menschmodells für den Einsatz in klein- und mittelständischen Unternehmen. Hierbei standen die autonome Steuerung, eine realistische Animation sowie die Einbeziehung physischer und psychischer Faktoren in die ergonomische Bewertung eines Arbeitsablaufes im Mittelpunkt. Darauf aufbauend wurde eine haptische Nutzerschnittstelle zur interaktiven Fabrik- und Aufgabenplanung entwickelt. Neben der Positionierung von statischen Objekten ist mit diesem Interface auch die Integration und Anpassung von Arbeitsaufgaben möglich.

Digitale Menschmodelle (DMM) werden aktuell in Unternehmen vorwiegend zur ergonomischen Planung und Überprüfung der Ausführbarkeit und Erträglichkeit von Arbeitsprozessen eingesetzt. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „The Smart Virtual Worker“, welche im Interdisziplinären Kompetenzzentrum Virtual Humans der TU Chemnitz angesiedelt ist, entstand ein Framework zur Simulation komplexer Arbeitsabläufe im Kontext der virtuellen Fabrik. Ziel war die Entwicklung eines digitalen Menschmodells für den Einsatz in klein- und mittelständischen Unternehmen. Hierbei standen die autonome Steuerung, eine realistische Animation sowie die Einbeziehung physischer und psychischer Faktoren in die ergonomische Bewertung eines Arbeitsablaufes im Mittelpunkt. Darauf aufbauend wurde eine haptische Nutzerschnittstelle zur interaktiven Fabrik- und Aufgabenplanung entwickelt. Neben der Positionierung von statischen Objekten ist mit diesem Interface auch die Integration und Anpassung von Arbeitsaufgaben möglich.

A partir dos anos 2000 houve uma significativa mudança no cenário global da manufatura, no sentido de induzir as empresas a trabalhar dentro de ambientes colaborativos, os quais necessitam de soluções mais integradas ao \'modelo de empresa estendida\' para colaborar a organização como um todo, incluindo parceiros, fornecedores e clientes. Na atualidade, as atividades de planejamento e gerenciamento dos processos de manufatura necessitam levar em consideração a dispersão de recursos (do ponto de vista sistema), que engloba inclusive o conhecimento e a informação. Um problema de grande importância está na \'conexão\' (interface) entre as engenharias, os ambientes de produção e os ambientes de operações comerciais, principalmente na precisão do compartilhamento de dados. Como proposta de solução deste problema a pesquisa tem como contribuição a criação do modelo de referência denominado PLM2M (PLM to Manufacturing), suportado pelas iniciativas da manufatura digital DM (Digital Manufacturing) do PLM (Product Lifecycle Management), que envolvem \'simulação\' e \'procedimentos colaborativos\', principalmente para as atividades de planejamento e gerenciamento de processos de manufatura, consideradas o \'elo\' entre o desenvolvimento de produtos, o gerenciamento do chão de fábrica e o planejamento e controle da produção. O modelo de referência PLM2M tem como objetivo integrar as áreas que participam do processo de manufatura. Está fundamentado em um conjunto de procedimentos que explora estratégias de modelagem de fluxos de trabalho WfMS (Workflow Management System) e arquitetura TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação), a modelagem de processos de negócios, as definições de produto, o layout de plantas industriais, os recursos (máquinas e dispositivos, matéria-prima e pessoas), o sequenciamento das operações de produção (que releva a demanda e envolve volume, variedade e prazos), e ainda, o controle e gerenciamento das informações de chão de fábrica. O modelo PLM2M estabelece relação com a gestão de portfólio de programas e projetos no ciclo de vida de produtos (PLM) e tem o propósito de oferecer melhoria de produtividade, ajuste de capacidade de produção e melhor reuso dos ativos da planta, proporcionando melhores \'time-to-market\' de produtos. Para implementar o modelo PLM2M considera-se a hipótese de que esse modelo deve ser aplicado em cenários de planejamento e gerenciamento de processos de manufatura para ambientes complexos e dispersos e que estejam engajados dentro de critérios de avaliação (assessment) de modelos de maturidade e capabilidade em relação ao uso do PLM e Manufatura Digital. / Since 2000, there has been a significant change in the global scenario of manufacturing, in order to induce companies to work within collaborative environments, which require more integrated solutions to the \'extended enterprise model\' to collaborate the organization as a whole, including partners, suppliers and customers. In the current days, the activities of manufacturing process planning and management need to take into account the dispersion of resources (from the point of view system), which includes the knowledge and information. A problem of great importance is the \'connection\' (interface) among the engineering, the production environments and the commercial operations environments, mainly in the accuracy of the data sharing. As a proposal for solve this problem the research presents as a contribution the creation of the reference model called PLM2M (PLM to Manufacturing), supported by initiatives of Digital Manufacturing (DM) of PLM (Product Lifecycle Management), that involves \'simulation\' and \'collaborative procedures\', principally for activities of manufacturing processes planning and management, considered the \'link\' among the products development, the shop floor management and the production planning and control. The PLM2M reference model has as objective to integrate the areas that participate in the manufacturing process. It is based on a set of procedures that explores workflows modeling strategies WfMS (Workflow Management System) and ICT (Information and Communication Technology) architecture, the business processes modeling, the product definitions, the layout of industrial plants, the resources (machines and devices, raw materials and people), the sequencing of production operations (which takes into account the demand and involves volume, variety and lead-time), and yet, the shop floor information control and management. The PLM2M model establishes relationship with the portfolio management of programs and projects in the product lifecycle management (PLM) and has the purpose to provide productivity improvement, adjustment of production capacity and better reuse of plant assets, providing better \'time-to-market\' of products. To implement the PLM2M model, it is important to consider the hypothesis that this model should be applied in manufacturing process planning and management scenarios for complex and dispersed environments and that are engaged within assessment criteria of maturity and capability models in relation to the use of PLM and Digital Manufacturing.

A partir dos anos 2000 houve uma significativa mudança no cenário global da manufatura, no sentido de induzir as empresas a trabalhar dentro de ambientes colaborativos, os quais necessitam de soluções mais integradas ao \'modelo de empresa estendida\' para colaborar a organização como um todo, incluindo parceiros, fornecedores e clientes. Na atualidade, as atividades de planejamento e gerenciamento dos processos de manufatura necessitam levar em consideração a dispersão de recursos (do ponto de vista sistema), que engloba inclusive o conhecimento e a informação. Um problema de grande importância está na \'conexão\' (interface) entre as engenharias, os ambientes de produção e os ambientes de operações comerciais, principalmente na precisão do compartilhamento de dados. Como proposta de solução deste problema a pesquisa tem como contribuição a criação do modelo de referência denominado PLM2M (PLM to Manufacturing), suportado pelas iniciativas da manufatura digital DM (Digital Manufacturing) do PLM (Product Lifecycle Management), que envolvem \'simulação\' e \'procedimentos colaborativos\', principalmente para as atividades de planejamento e gerenciamento de processos de manufatura, consideradas o \'elo\' entre o desenvolvimento de produtos, o gerenciamento do chão de fábrica e o planejamento e controle da produção. O modelo de referência PLM2M tem como objetivo integrar as áreas que participam do processo de manufatura. Está fundamentado em um conjunto de procedimentos que explora estratégias de modelagem de fluxos de trabalho WfMS (Workflow Management System) e arquitetura TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação), a modelagem de processos de negócios, as definições de produto, o layout de plantas industriais, os recursos (máquinas e dispositivos, matéria-prima e pessoas), o sequenciamento das operações de produção (que releva a demanda e envolve volume, variedade e prazos), e ainda, o controle e gerenciamento das informações de chão de fábrica. O modelo PLM2M estabelece relação com a gestão de portfólio de programas e projetos no ciclo de vida de produtos (PLM) e tem o propósito de oferecer melhoria de produtividade, ajuste de capacidade de produção e melhor reuso dos ativos da planta, proporcionando melhores \'time-to-market\' de produtos. Para implementar o modelo PLM2M considera-se a hipótese de que esse modelo deve ser aplicado em cenários de planejamento e gerenciamento de processos de manufatura para ambientes complexos e dispersos e que estejam engajados dentro de critérios de avaliação (assessment) de modelos de maturidade e capabilidade em relação ao uso do PLM e Manufatura Digital. / Since 2000, there has been a significant change in the global scenario of manufacturing, in order to induce companies to work within collaborative environments, which require more integrated solutions to the \'extended enterprise model\' to collaborate the organization as a whole, including partners, suppliers and customers. In the current days, the activities of manufacturing process planning and management need to take into account the dispersion of resources (from the point of view system), which includes the knowledge and information. A problem of great importance is the \'connection\' (interface) among the engineering, the production environments and the commercial operations environments, mainly in the accuracy of the data sharing. As a proposal for solve this problem the research presents as a contribution the creation of the reference model called PLM2M (PLM to Manufacturing), supported by initiatives of Digital Manufacturing (DM) of PLM (Product Lifecycle Management), that involves \'simulation\' and \'collaborative procedures\', principally for activities of manufacturing processes planning and management, considered the \'link\' among the products development, the shop floor management and the production planning and control. The PLM2M reference model has as objective to integrate the areas that participate in the manufacturing process. It is based on a set of procedures that explores workflows modeling strategies WfMS (Workflow Management System) and ICT (Information and Communication Technology) architecture, the business processes modeling, the product definitions, the layout of industrial plants, the resources (machines and devices, raw materials and people), the sequencing of production operations (which takes into account the demand and involves volume, variety and lead-time), and yet, the shop floor information control and management. The PLM2M model establishes relationship with the portfolio management of programs and projects in the product lifecycle management (PLM) and has the purpose to provide productivity improvement, adjustment of production capacity and better reuse of plant assets, providing better \'time-to-market\' of products. To implement the PLM2M model, it is important to consider the hypothesis that this model should be applied in manufacturing process planning and management scenarios for complex and dispersed environments and that are engaged within assessment criteria of maturity and capability models in relation to the use of PLM and Digital Manufacturing.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:51:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3829.pdf: 4230286 bytes, checksum: 57d5e0c531823572429b3f117b7809fb (MD5) Previous issue date: 2011-06-21 / A necessary condition for the economic efficiency of modern plants is the ability to adjust - as quickly and effectively as possible - the performance of manufacturing process for demand request decisions. In this sense, the research emphasized the importance of understanding the best practices in Information Technology (IT) and the trade scenario of solutions using shopfloor real data in virtual environments for simulation and many achieved benefits. The highlights of this research focused on exploring the collaboration (practice of skills for the achievement of mutually beneficial results) between the MES (Manufacturing Execution Systems) and the digital manufacturing systems (also called virtual manufacturing systems) of PLM (Product Lifecycle Management), in a scenario where the manufacturing processes require high flexibility, reliability and lower delivery times, extensive combination of variants and lower life-cycle of products. The research - in an exploratory and descriptive way, which identified the available knowledge on the subject more sharply between the years 2006 and 2010 - was grounded in the practices of world-renowned companies and institutions and considered opinions and evaluations of renowned researchers and professionals with expertise in initiatives to support the use of MES solutions data in systems of digital manufacturing of PLM to manufacturing processes planning. As a result of the studied scenarios and covered concepts, the research has consolidated a "diagram of information collaboration", with the aim of providing better decision choices within the framework of shop-floor project, processes planning and production management. The research also concluded that the MES systems may have their value extended if integrated within the characteristics of functionalities of the PLM concept. It also brought some recommendations and limitations on the portability of information, commented on the learned lessons and suggestions for future tasks that include the BPM (Business Process Management). / Uma condição necessária para a eficiência econômica das fábricas modernas é a habilidade de adequar - de forma mais rápida e melhor possível - o desempenho dos processos de manufatura às decisões de solicitação de demanda. Nesse sentido, ressaltou-se a importância de compreender as melhores práticas de Tecnologia da Informação (TI) e o cenário comercial de soluções que utilizam dados reais de chão-de-fábrica em ambientes virtuais de simulação e os vários benefícios obtidos. O destaque desta pesquisa ficou por conta de explorar a colaboração (prática de competências para a obtenção de resultados mutuamente vantajosos) entre os sistemas MES (Manufacturing Execution Systems) e os sistemas de manufatura digital (também chamada fábrica virtual) do PLM (Product Lifecycle Management), num cenário onde os processos de manufatura impõem alta flexibilidade, confiança e menores tempos de entrega, ampla combinação de variantes e menores ciclos de vida de produtos. A pesquisa - de forma exploratória e descritiva, que identificou o conhecimento disponível sobre o tema mais acentuadamente entre os anos de 2006 e 2010 - foi embasada nas práticas de instituições e empresas mundialmente reconhecidas, e considerou opiniões e avaliações de profissionais e pesquisadores renomados nas iniciativas que apóiam a utilização de dados das soluções MES em sistemas de manufatura digital do PLM para o planejamento de processos de manufatura. Como resultado dos cenários estudados e conceitos abordados, a pesquisa consolidou um diagrama de colaboração da informação , com o propósito de auxiliar melhores tomadas de decisão no âmbito do projeto de chão-de-fábrica, planejamento de processos e gerência da produção. A pesquisa ainda concluiu quanto os sistemas MES podem ter seu valor ampliado se integrados dentro das características de funcionalidades do conceito PLM, trouxe algumas recomendações e limitações sobre a portabilidade das informações, comentou sobre as lições aprendidas e apresentou sugestões de trabalhos futuros que inclui o gerenciamento de processos de negócios BPM (Business Process Management).