Systematic literature review : ontologies in maintenance and reliability fields

The correct development of maintenance policy and reliability analysis is a fundamental activity in order to support the industrial production systems, reducing the risks and the costs. Both maintenance policy and reliability analysis could be improved through different tools, and one of them, recently discussed by the literature, is the ontology. The term ontology refers to an explicit specification of a conceptualization and its importance is due to the fact that it could help the system actors to have a better knowledge of the domain. The main purpose of this thesis is to investigate through the scientific literature the state of the art of ontologies inside maintenance and reliability topics. To this end, a precise methodology, namely the systematic literature review, will be implemented in order to render an objective analysis. Firstly, a number of constraints will be used in order to select some papers, which will be then taken into consideration to proceed with the research. Secondly, a statistical analysis will be conducted, considering features such as the date of release of the papers and the definition of ontology used. Thirdly, a double categorization of ontology is proposed through the statistical analysis: this categorization is based on the application field and the role of the ontology in the selected papers. In order to complete the statistical part, a taxonomy analysis will be developed so that it is possible to compare the terms used to define concepts and the meaning that these terms aim to render. Then, a content analysis of each paper will be performed in order to shed light on the contribution that each one brings. In conclusion, the analysis of the results will provide several suggestions, as hereafter summarized: 1) Ontologies are growing in maintenance and reliability fields; 2) A maintenance advisor and FMEA are the topics which are dealt with the most; 3) The ontologies play many roles in the management of knowledge inside the scientific research; 4) OWL is the standard for the ontology development and several languages are used to support and improve its functionalities; 5) The average number of ontology layer for the domain/subdomain level is between 1 and 4; 6) There is not a common and shared terms used to explicit a concept; 7) A lot of different contents are provided into the analysed papers; the most interesting ones regard the improvement of existing system to reduce the heterogeneity and to create a common and shared knowledge of the system.

Il corretto sviluppo delle politiche di manutenzione e delle analisi d’affidabilità è un'attività fondamentale per supportare i sistemi di produzione industriale, riducendo i rischi ed i costi. Sia le politiche di manutenzione che l'analisi dell'affidabilità potrebbero essere migliorate attraverso diversi strumenti recentemente citati tra le ontologie. Il termine ontologia si riferisce a una specificazione esplicita di una concettualizzazione e la sua importanza è dovuta al fatto che potrebbe aiutare gli attori del sistema ad avere una migliore conoscenza del dominio. Lo scopo principale di questa tesi è quello di indagare attraverso la letteratura scientifica lo stato dell'arte delle ontologie all'interno dei temi della manutenzione e dell'affidabilità. A tal fine, una metodologia precisa definita come revisione sistematica della letteratura verrà implementata, cercando di percorrere un percorso il più oggettivo possibile. In primo luogo, verranno fissati una serie di vincoli per selezionare alcuni articoli, che verranno poi presi in considerazione per procedere con la ricerca. In secondo luogo, verrà condotta un'analisi statistica, considerando caratteristiche quali per esempio, la data di rilascio degli articoli e la definizione dell'ontologia utilizzata. In terzo luogo, verrà proposta una doppia categorizzazione dell'ontologia attraverso l'analisi statistica: questa categorizzazione si basa sul campo di applicazione e sul ruolo dell'ontologia negli articoli selezionati. Per completare la parte statistica, verrà sviluppata un'analisi tassonomica in modo da poter confrontare i termini utilizzati per la definizione dei concetti ed il significato che questi termini vogliono trasmettere. Quindi, verrà eseguita un'analisi del contenuto degli articoli per far luce sul contributo che ciascuno apporta. In conclusione, l'analisi dei risultati fornirà diversi suggerimenti tra cui: 1) L’uso delle ontologie sta decisamente crescendo nei campi della manutenzione e dell'affidabilità; 2) Lo sviluppo di sistemi di gestione e controllo della manutenzione ed l’implementazione di procedure come FMEA sono gli argomenti maggiormente affrontati; 3) Le ontologie hanno molti ruoli nella gestione della conoscenza all'interno della ricerca scientifica; 4) OWL è lo standard per lo sviluppo delle ontologie e diversi linguaggi sono usati per supportare e migliorare le sue funzionalità; 5) Il numero medio di livelli ontologici per il livello dominio/sottodominio è compreso tra 1 e 4; 6) Non esiste un uso comune dei termini per esplicitare un concetto; 7) Nei documenti analizzati vengono forniti molti contenuti diversi, i più interessanti riguardano il miglioramento del sistema esistente riducendo l'eterogeneità e creando una conoscenza comune e condivisa sul sistema.