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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
変化に対応する際、競争の激しい製造業は、複雑で多面的な問題について意思決定を行う際に、考えられる選択肢のバランスを最大限に理解することを目指しています。急速に変化する製品サービス要件に合わせて、グローバルな生産ネットワークを構成および再構成する最適な方法を理解することは、そのような複雑な問題領域の 1 つです。決定では、複数の既存の製品とサービスのバリエーション、新しい技術的、経済的、社会的、環境的、政治的要件、現在の生産とサービスの負荷の影響を考慮した複数の新製品とサービス、および世界中に広がる生産ネットワークの調和と同期が考慮されます。 、地元のサプライヤーの能力、輸送の制約、工場のエネルギー使用量、生産負荷の予測などの要素を考慮します。
現在の情報通信技術 (ICT) ツールは、このようなビジネス開発の意思決定をサポートする上で重要な役割を果たしていますが、長期的な競争には総合的なソリューションが不可欠であり、これを十分に統合された学際的な方法で行う必要があります (Huber 2014) ）。この問題の解決策のPart 意味を共有するための正式な論理ベースのルートを提供するセマンティック テクノロジの活用にあります。これは、複数の関連アプリケーション間の相互運用性をサポートする可能性を提供するものとして認識されています (Borgo et al. [ 23] ; Chungoora et al. [ 24] )これらは、概念の意味、他の概念との関係、およびその使用に適用される制約と規則を解釈するための、正式なコンピューターベースの方法を提供します。
形式的セマンティクスの使用における作業範囲は、ドメイン オントロジー、基盤オントロジー、および参照オントロジーに分類できます。ドメイン オントロジーは、かなり狭い適用範囲に限定される傾向があるため、前述の全体的な要件を満たしていません。基盤オントロジーは、あらゆるもののセマンティクスを定義することを目的として開発されていますが、汎用的すぎるため、特定の関心領域に積極的な制約を与えることができません。製造向けの参照オントロジーの目的は、これら 2 つの間のギャップを埋め、ターゲット領域または関心、つまり製造分野における相互運用性の効果的なサポートを提供することです。この文書は、グローバルな生産ネットワークの構成をサポートする正式なセマンティック モデリング アプローチを提供することにより、このような製造参照オントロジーに貢献します。 ISO 15531 および ISO 18629 から得られた理解を活用しています。
このドキュメントの製造業の焦点は、新しい物理製品または製品サービスを生産および運用するためのグローバル生産ネットワーク (GPN) を設計および構成する方法にあります。これは、生産施設の運用上の側面には触れませんが、むしろ生産ネットワーク内の施設間のフロー関係をモデル化します。将来の標準はこの文書に基づいて構築され、工場内システムの標準セマティック モデルを開発できます。
採用されるアプローチは、基礎レベルの記述からドメイン レベルのソフトウェア サービスおよびアプリケーションによって意味論的モデルが利用できるレベルまで、概念とその関係を段階的に開発および制約するwhere に、形式論理の特殊化機能の活用に基づいています。モデリング アプローチは、グローバルな生産システム、その関係、制約、および関連するルールを段階的に表現するためのベースとしてシステム機能コンテキストから始まります。形式ロジックを使用すると、これらのセマンティック モデルは階層関係を取得するだけでなく、これらのモデル内で定義された制約とルールを取得し、計算的に利用することもできます。
この文書で説明されているレベルは、IEC 62264 の階層化された運用機能とは異なります。この文書のレベルは、概念の特殊化のレベルに焦点を当てています。これは、あらゆるタイプのシステムのコンテキストから、製造ビジネス システムに固有の専門化までの主要な概念から始まります。これは、より高いレベルの生産管理から製造現場に至るビジネスの運用階層に焦点を当てた IEC 62264 の階層化された運用機能とは異なります。
この文書では、サプライ チェーン オペレーション リファレンス (SCOR) モデル (サプライ チェーン評議会 2014) や ISO 19440 に準拠したいくつかの概念など、サプライ チェーン モデルに共通の概念がいくつか使用されています。SCOR は運用サポートとしてこの文書と限定的に関連しています。はその範囲を超えています。 ISO 19440 の概念は、エンタープライズ モデリングに対するビジネス プロセス指向のアプローチを共有するこの文書と最も大きな相乗効果をもたらします。 ISO 19440 は、関連するオブジェクト階層と、さまざまなクラスとサブクラス間の関係を識別できるようにするモデル ビューを提供しますが、この文書は、意味論的な制約やルールを含む、後続のすべての階層と関係を構築するために、システム機能コンテキストから開始します。
この文書は IEC/TR 62541 OPC Unified Architecture とも異なりますが、どちらもマルチベンダー システムの相互運用性のサポートを提供します。 IEC/TR 62541-1 は、複数のベンダーによるシームレスに相互運用するアプリケーションの開発を容易にする標準インターフェイスを提供します。
図 1 に示すように、グローバルな生産ネットワークの構成と再構成に関する意思決定に影響を与えるセマンティック モデルが多数あります。このドキュメントでは、これらすべてのモデルの開発に対する基礎的なアプローチを提供しますが、必然的に焦点を当てています。生産ネットワークの概念を図 1 に示します。したがって、指標、指標、ビジネス、プロジェクト、リスク、場所、シナリオ、製品のモデルは、このドキュメントの範囲外です。この文書の最大限の価値は、この文書に基づいて、可能な限りこれらの分野の既存の標準を参考にして、この全範囲の情報をカバーする将来の標準を開発することによって得られます。
図 1 —実稼働ネットワーク構成の決定をサポートするために必要な参照情報の範囲
Introduction
In reacting to change, competitive manufacturing industry aims to best understand the balance of possible options when making decisions on complex multi-faceted problems. Understanding how best to configure and re-configure a global production network, set against rapidly changing product-service requirements is one such complex problem area. Decisions consider multiple existing product and service variants, multiple new products and services to embrace the implications of new technological, economic, social, environmental and political requirements, and current production and service loads, as well as harmonizing and synchronizing production networks spread throughout the world, considering factors such as local supplier capabilities, transportation constraints, plant energy usage and production load forecasts.
While current Information and Communication Technology (ICT) tools play a significant role in support of such business development decisions, they need to do this in a well-integrated, trans-disciplinary way, with holistic solutions being critical to long-term competition (Huber 2014). Part of the solution to this problem lies in the exploitation of semantic technologies that provide a formal, logic base route to sharing meaning. This has been recognized as offering the potential to support interoperability across multiple related applications (Borgo et al. [23]; Chungoora et al. [24]). These provide formal, computer-based, methods of interpreting the meaning of concepts, their relationships to other concepts, and the constraints and rules that apply to their use.
The range of work in the use of formal semantics can be categorized into domain ontologies, foundation ontologies and reference ontologies. Domain ontologies tend to be limited to fairly narrow domains of applicability and so do not meet the holistic requirements mentioned above. Foundation ontologies are developed with a view to defining the semantics of everything but are too generic to offer positive constraints on any particular area of interest. The aim of reference ontologies for manufacture is to bridge the gap between these two and offer an effective support for interoperability, but in a targeted area or interest, i.e. in manufacturing. This document provides a contribution to such a manufacturing reference ontology by providing a formal semantic modelling approach to support the configuration of global production networks. It exploits the understanding gained from ISO 15531 and ISO 18629.
The manufacturing industry focus of this document is on how to design and configure a global production network (GPN) to produce and operate a new physical product or product-service. It does not address any operational aspects of production facilities, but rather models the flow relations between facilities in a production network. Future standards can build on this document to develop standard sematic models for in-factory systems.
The approach taken is based on exploiting the specialization capabilities of formal logic in order to progressively develop and constrain concepts and their relationships from foundation level descriptions to a level where the semantic models can be exploited by domain level software services and applications. The modelling approach starts from a systems functionality context as base from which to progressively represent global production systems, their relationships, constraints and related rules. The use of formal logic enables these semantic models to not only capture hierarchical relationships but also to capture and computationally exploit the constraints and rules that have been defined within these models.
The levels described in this document are different from the layered operational functionality of IEC 62264. The levels in this document are focused on levels of concept specialization. This starts from the key concepts from the context of any type of system through to specializations that are specific to manufacturing business systems. This is distinct from the layered operational functionality of IEC 62264, which is focused on the operational hierarchy of the business from higher-level production management down to shop floor.
This document uses some concepts that are common to supply chain models such as the Supply-Chain Operations Reference (SCOR) Model (Supply Chain Council 2014) and some concepts that follow from ISO 19440. SCOR is of limited relevance to this document as operational support is beyond its scope. Concepts from ISO 19440 have the greatest synergy with this document, which shares a business process oriented approach to enterprise modelling. While ISO 19440 provides model views to allow the identification of relevant object hierarchies and relationships between the different classes and subclasses, this document starts from a systems functionality context in order to build all subsequent hierarchies and relationships, including semantic constraints and rules.
This document is also distinct from the IEC/TR 62541 OPC Unified Architecture, although they both provide support to multi-vendor systems interoperability. IEC/TR 62541-1 provides a standard interface to facilitate the development of applications by multiple vendors that interoperate seamlessly together.
There are many semantic models that impinge on decision-making concerning the configuration and re-configuration of global production networks, as illustrated in Figure 1. This document provides the underpinning approach to the development of all of these models, but is necessarily focused on the production network concepts shown in Figure 1. Models of indicators, metrics, business, project, risk, location, scenario and product are therefore outside the scope of this document. The full value of this document can be gained through the development of future standards covering this full range of information, based on this document and drawing on existing standards in these areas wherever possible.
Figure 1 — Range of reference information needed to support production network configuration decisions