Knowledge management technology for integrated decision support systems in process industries

Nowadays, factors such as globalization of trade, market uncertainty and fierce competition involve dwindling error margins in enterprises. Two key aspects for achieve it are the viability and the competitiveness of enterprises, which highly depend on the effectiveness for taking their decisions related to their manufacturing characteristics, such as economic efficiency, product quality, flexibility or reliability. For this reason, companies have taken the task, for many years, of develop better management information systems in order to help the decision makers to exploit data and models, with the final objective of discussing and improving decision-making. In this sense, decision support systems must be improved in order to deal with the large amount of available data and the heterogeneity of existing modeling approaches along the hierarchical levels in the enterprise structure. Hence, this thesis proposes the application of ontologies as a decision support tool, since they are increasingly seen as a key semantic technology for addressing heterogeneities and mitigating the problems they create and for enabling data mining by semantics-driven the knowledge processing. The aim of this thesis is to contribute to the development of decision support tools for the enterprise process industry. As a decision support tool, must be capable of become a robust model which interacts among the different decision hierarchical levels, providing a unified framework of data and information levels integration. On the other hand, this thesis also aims the improvement in the development of the ontologies. Firstly, a detailed state of the art about the different production process systems, knowledge management base on ontologies, as well as decision support systems is carried out. Based on this review, the specific thesis objectives are posed. Next, a methodology is proposed for the development and use of ontologies, based on the analysis and adaptation of previously existing methodologies. Such methodology is based on the improvement cycle (PSDA), allowing a better way to design, construct and apply domain ontologies. The second part of this thesis is devoted to the application of the different parts of the previously proposed methodology for the development of an ontological framework in the process industry domain concerning the strategic, tactical and operational decision levels. Next, the description of the decision areas in which the ontological framework is applied is presented. Namely, in the process control decision level, the coordination control is considered. Regarding scheduling decisions level, mathematical optimization approaches are applied. Finally, the distributed hierarchical decision level considers the mathematical optimization for decentralized supply chain networks is adopted. These decision areas and the performance of the proposed framework interaction are studied along the different case studies presented in the thesis. On the whole, this thesis represents a step forward toward the integration among the enterprise hierarchical levels, the process and enterprise standardization and improved procedures for decision-making. The aforementioned achievements are boosted by the application of semantic models, which are currently increasingly used. En la actualidad, factores como la globalización del comercio, la incertidumbre del mercado y la feroz competencia implican la disminución de los márgenes de error en las empresas. Dos aspectos claves para lograrlo son la viabilidad y la competitividad de las enterprisesm, que dependen en gran medida la eficacia para la toma de sus decisiones relacionadas con sus características de fabricación, tales como eficiencia económica, la calidad del producto, la flexibilidad y fiabilidad. Por esta razón, las empresas han dado a la tarea, desde hace muchos años, de desarrollar mejores sistemas de gestión de la información con el fin de ayudar a los tomadores de decisiones de explotación de datos y modelos, con el objetivo final de la discusión y mejorar la toma de decisiones. En este sentido, los sistemas de apoyo a las decisiones deben ser mejorados con el fin de hacer frente a la gran cantidad de datos disponibles y la heterogeneidad de los métodos de modelización existentes a lo largo de los niveles jerárquicos en la estructura de la empresa. Por lo tanto, esta tesis se propone la aplicación de ontologías como herramienta de apoyo a la decisión, ya que son cada vez más como una tecnología clave semántica para hacer frente a las heterogeneidades y la mitigación de los problemas que crean y para permitir la extracción de datos por la semántica impulsado la elaboración del conocimiento. El objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de herramientas de apoyo para la industria de procesos empresariales. Como una herramienta de apoyo a la decisión, debe ser capaz de convertirse en un modelo sólido que interactúa entre los diferentes niveles de decisión jerárquica, proporcionando un marco unificado de datos e integración de los niveles de información. Por otra parte, esta tesis también tiene como objetivo la mejora en el desarrollo del área de ingeniería ontológica. En primer lugar, un estado detallado de la técnica sobre los diferentes sistemas de procesos de producción, la base de la gestión del conocimiento en ontologías, así como los sistemas de soporte de decisiones se ha llevado a cabo. Basado en esa revision, los objetivos específicos de la tesis se plantean. A continuación, se propone una metodología para el desarrollo y uso de ontologías, con base en el análisis y adaptación de las metodologías ya existentes. Dicha metodología se basa en el ciclo de mejora (PSDA), lo que permite una mejor manera de diseñar, construir y aplicar las ontologías de dominio. La segunda parte de esta tesis se dedica a la aplicación de las diferentes partes de la metodología propuesta anteriormente para el desarrollo de un marco ontológico en el ámbito de la industria de procesos relativos a los niveles de decisiones estratégicas, tácticas y operativas. A continuación, la descripción de las áreas de decisión en la que se aplica el marco ontológico se presenta. Es decir, en el nivel de decision de proceso de control, el control de la coordinación se considera. En cuanto al nivel de decisiones de programación de la producción, los métodos matemáticos de optimización se aplican. Finalmente, el nivel jerárquico distribuido decisión considera la optimización matemática de las redes descentralizadas de la cadena de suministro que se adopte. Estas áreas de decisión y el desempeño de la interacción marco propuesto se estudian a lo largo de los diferentes casos de estudio presentados en la tesis. En general, esta tesis supone un paso hacia adelante en la integración entre los niveles jerárquicos de la empresa, el proceso y la estandarización de la empresa y mejorar los procedimientos de toma de decisiones. Los logros mencionados se potencian mediante la aplicación de modelos semánticos, que actualmente se utilizan cada vez más.