Production web services orchestration through the Politecnico : production system ontology. Integrating ontology in the control system architecture to provide flexibility to production system

European manufacturing is facing the critical need of aligning its performances to a new strategic perspective: dealing with a variable profile of demand and a range of products wider and wider. This context requires for production systems to gain flexibility by providing interoperability among production components and by reducing set ups and maintenance time and cost; these targets are achieved through a real time knowledge of the relevant aspects of the production factors to optimize their allocation and management. To achieve a higher level of flexibility of the production system it is necessary to innovate the Real Time Control System (RTCS) architecture which has to be shifted from a static, supervisory based model to a dynamic one based on Ontology to integrate the supervisor and production web services. The proposed innovative solution is to provide an Ontology knowledge base, constituted by the Politecnico - Production System Ontology (P-PSO) for representing the physical, technological and management aspects of a generic production system and the OWL-S (Ontology Web Language for Services) to represent its service aspect. The thesis work was conducted in partnership with Politecnico di Milano and Tampere University of Technology - Factory Automation Systems and Technologies Laboratory. The described model is implemented with tools developed at FAST in Tampere and is built in four main steps: developing and implementing the P-PSO and OWL-S, creating an instance of the production system from them, updating that instance according to the events occurred during production and finally using the information obtained to orchestrate the production web services in a closed loop. The availability of the P-PSO Ontology representing the updated state of the physical, technological and management aspects of the production system represents the real time knowledge of the assets of the production system: this is called asset awareness. Asset awareness is the main result of the work because it is the first step to achieve better interoperability among production components, automatic re-configurability of the system and more efficient and effective maintenance.

Il sistema manifatturiero europeo sta affrontando la criticità di allineare le proprie prestazioni a una nuova prospettiva strategica: confrontarsi con un profilo di domanda variabile e con una sempre più ampia gamma di prodotti offerti. Tale contesto richiede maggiore flessibilità produttiva raggiungibile tramite interoperabilità tra i componenti produttivi e riducendo tempi e costi di riconfigurazione; tali risultati sono conseguiti attraverso la conoscenza in tempo reale degli aspetti importanti dei fattori produttivi ai fini dell'ottimizzazione della loro allocazione e gestione. Per ottenere un maggiore livello di flessibilità nel sistema produttivo, è necessario innovare l'architettura del sistema di controllo in tempo reale, la quale deve migrare da una soluzione statica basata sul modello a supervisore a una più dinamica basata sull'Ontologia per integrare supervisore e servizi web di produzione. La soluzione innovativa che si propone consiste nel creare una fonte informativa ontologica, costituita dall'Ontologia dei sistemi produttivi del Politecnico P-PSO per rappresentare gli aspetti fisico, tecnologico e gestionale di un generico sistema produttivo e dall'Ontologia per i servizi OWL-S per rappresentare l'aspetto del servizio. Il lavoro di tesi si è svolto nell'ambito della collaborazione tra il del Politecnico di Milano e il laboratorio dei sistemi e delle tecnologie di automazione industriale FAST dell'università tecnologica di Tampere. Il modello descritto è implementato con applicazioni software sviluppate al FAST a Tampere ed è realizzato in quattro fasi principali: lo sviluppo e l'implementazione del P-PSO e dell'OWL-S, la creazione di un'istanza del sistema produttivo da queste, l'aggiornamento di tale istanza a seconda degli eventi verificatisi durante la produzione ed infine l'utilizzo di tale informazione per orchestrare i servizi web di produzione a chiusura della catena di controllo. La disponibilità dell'Ontologia P-PSO rappresentante lo stato aggiornato degli aspetti fisico, tecnologico e gestionale del sistema produttivo rappresenta la conoscenza in tempo reale dello stato delle risorse del sistema produttivo, principale risultato conseguito.