Ontology-based modelling of control policies to support the automatic generation of discrete event simulation models

Production system design is a long term strategic decision involving a strong commitment of companies’ resources. To properly support system design and re-configuration effective techniques for performance evaluation are required. Within this context, the formal modelling of manufacturing systems constitutes a valuable instrument to support system performance evaluation. In a discrete manufacturing environment, the most common modelling approaches are analytical models and simulation. Nevertheless, existing models become rapidly obsolete due to the rising number of “implied” factor increasing system complexity. Among the factors contributing more to this trend there are production management methodologies, governed by rules known as control policies. A plenty of efforts has been dedicated during the last decades to the development of models capable to properly describe control policies mechanism. The huge variety of possible control decisions and the large number of feasible production system architectures make the objective rather tough and complex. The importance of control policies for production system management and improvement justifies indeed a further effort in that direction. The objective of this thesis work is the development of an approach to model control policies, thus enabling the generation of a performance evaluation model. Specifically, the attention is focused on release control policies, but other control policies can be further considered grounding on what is proposed. The Web Ontology Language (OWL) is adopted as the modelling language for the control policy model formalization, due to its characteristics of formal modelling, modularity and interoperability. Finally, discrete event simulation (DES) is selected as a method to evaluate the system performance. A C++ application has been developed to automatically generate a simulation model while using the ontological model as the input knowledge base.

La progettazione dei sistemi di produzione è una decisione strategica a lungo termine che richiede un consistente impegno di risorse aziendali. Per supportare opportunamente la progettazione e la riconfigurazione di tali sistemi è necessario l’utilizzo di adeguate tecniche per la valutazione delle prestazioni. In questo contesto, la modellazione formale dei sistemi di manifattura costituisce un valido supporto a tale valutazione. In un contesto di produzione discreto, i più comuni approcci alla modellazione sono i modelli analitici e la simulazione ad eventi discreti. Tuttavia, i modelli esistenti diventano rapidamente obsoleti a causa del numero crescente di fattori “implicati” che aumentano che ne aumentano la complessità. Fra i fattori che più contribuiscono a questa tendenza vi sono le tecniche di gestione della produzione, governate da regole note come politiche di controllo. Molti sforzi sono stati esercitati negli gli ultimi anni per sviluppare modelli capaci di descrivere adeguatamente il funzionamento di tali politiche. La grande varietà di possibili contesti decisionali ed il grande numero di possibili architetture di sistema hanno reso questo compito molto complesso. L’importanza delle politiche di controllo per la gestione ed il miglioramento dei sistemi di produzione giustifica tuttavia ulteriori tentativi di modellazione. L’obiettivo di questa tesi è quindi lo sviluppo di un modello generale per la descrizione delle politiche di controllo, che possa supportare la generazione di un modello di valutazione delle prestazioni. Il modello si focalizzerà sulle politiche di rilascio, ma garantirà le basi per la descrizione di altre tipologie di politiche di controllo. Il Web Ontology Language (OWL) è stato adottato come linguaggio di modellazione per la formalizzazione del modello, garantendo proprietà utili quali la modularità e la ripetitività. Infine, la simulazione ad eventi discreti è stata selezionata come metodologia per la valutazione delle prestazioni. Vari modelli di simulazione sono quindi generati sfruttando il Modello di Dati ontologico come base di conoscenza. Un’applicazione C++ è stata realizzata per supportare la generazione automatica di tali modelli.