CAIP2009-Ontologia de un Sistema de Calidad

Ontología para un Sistema de Calidad para la Industria
Automotriz basado en la Norma ISO/TS 16949
Francisco E. Castillo 1 y Héctor L. Duran2
(1) Universidad de Guadalajara, CUCEA, Doctorado en Tecnologías de Información, Jalisco-México;
(2) Departamento de Sistemas de Información, CUCEA, Periférico Norte 799,45100, Zapopan,
Jalisco-México. E-mail: ecastillo@uaslp.mx
RESUMEN
La calidad (Kim,1999) es uno de los factores que define la eficiencia y la competitividad entre
las empresas. La rotación de personal y la contratación de nuevos empleados en las compañías,
tienen un gran impacto en la calidad de la empresa, esto es debido al tiempo que requieren las
personas en conocer sus tareas que tienen que hacer en su puesto asignado. La industria mundial
automotriz IATF (IATF, 2008), JAMA (JAMA, 2008) y AIAG (AIAG, 2008) demandan a nivel mundial
tener niveles altos de calidad de producto. La productividad y competitividad están siempre en
continuas mejoras. Para lograr esta meta muchas empresas manufactureras de autos insisten que los
proveedores de autopartes se deben ajustar a las especificaciones técnicas estrictas basadas en una
norma de calidad, que en el caso de la industria automotriz es conocida como la Norma ISO/TS
16949:2002 (ISO, 2009). Así, esta especificación técnica de calidad permite acreditar a las empresas
ante sus clientes como una empresa confiable en sus productos, asegurando que sus productos
fueron hechos con las más altas normas de calidad existentes en el ramo automotriz.
En este artículo presentamos el desarrollo de una ontología basada en las recomendaciones
del W3C (W3C, 2004), la cual permite describir el contenido de la información que maneja la
compañía, como son los documentos, actividades, descripción de puestos y los procesos usados
como requerimientos de la norma ISO/TS 16949 (Shue y Hu, 2004) tomando como caso de estudio
una compañía automotriz mexicana.
INTRODUCCIÓN
La especificación técnica ISO/TS 16949, es la norma automotriz más usada en todo el mundo.
Los elementos de administración de los sistemas de calidad de documentos de la norma basados en
ISO/TS 16949, son un sistema de documentos el cual es usado para guardar la información sobre las
tareas que se llevan a cabo en la compañía. Los elementos que cubre la norma son: cliente, procesos
relacionados y satisfacción, política de calidad, planeación y revisiones, responsabilidades, autoridad
y comunicación, administración de los recursos, elaboración de los productos, diseños, desarrollos y
pruebas, compras, proveedores, disposiciones de producción y servicios, control de dispositivos de
medición y monitoreo, auditorias de sistemas de administración de calidad, control de producto
mejoramiento y planes de control.
Fig. 1: Estructura del Sistema de Calidad
SISTEMAS DE CALIDAD
Un sistema de calidad es un conjunto de la estructura, responsabilidades, actividades, recursos y
procedimientos de la organización de una empresa que ésta establece para llevar a cabo la gestión
de su calidad.
Las Normas ISO 9000 surgen con el objetivo de estandarizar los sistemas de calidad de
distintas empresas y sectores. Son en sí un conjunto de normas editadas y revisadas periódicamente
por la Organización Internacional de Normalización (ISO) sobre el Aseguramiento de la Calidad de los
procesos. Con esto se establece a nivel internacional un marco normativo de la gestión y control de la
calidad.
Los sistemas de calidad los estructuramos en nuestra pirámide por los niveles siguientes:
La Misión, es lo que una empresa u organización quiere hacer o lograr, cuya declaración clarifica el
fin, propósito o razón de ser de una organización y explica claramente en qué negocio se encuentra.
La Visión, es lo que una empresa u organización sueña y desea Ser, Hacer y Lograr. Describe el
estado deseado por la empresa en el futuro y sirve de línea de referencia para todas las actividades
de la organización. Los Valores son lo que una empresa u organización sueña y desea Ser, Hacer y
Lograr. Las Estrategias Clave, principales opciones o líneas de actuación para el futuro que la
empresa define para el logro de la visión.
ONTOLOGÍAS
Las ontologías (Gruber, 1995) proceden del campo de la Inteligencia Artificial; son
vocabularios comunes para las personas y aplicaciones que trabajan en un dominio. Según el Grupo
de Trabajo en Ontologías del consorcio W3C (W3C, 2009), una ontología define los términos que se
usan para describir y representar un cierto dominio. Así como la Ontología, estudia los tipos de
objetos que pueblan la realidad (sus propiedades y relaciones), las ontologías catalogan y definen los
tipos de cosas que existen en un cierto dominio, así como sus relaciones y propiedades.
Dependiendo del grado de formalidad, las ontologías explícitas se clasifican en informales, semiinformales, semi-formales y formales. Las primeras se expresan directamente en cualquier lenguaje
natural. Las segundas se expresan en una forma estructurada y restringida de algún lenguaje natural.
Las terceras se expresan en lenguajes estructurados, como RDF. Por último, las ontologías formales
definen los términos mediante lenguajes lógico-matemáticos cuyos símbolos se definen exactamente
y sin ambigüedades; en consecuencia, estas ontologías permiten emplear teoremas y
demostraciones. Los dos últimos tipos de ontologías permiten que las aplicaciones puedan usar las
definiciones de los conceptos del dominio y sus relaciones. Así como los tres primeros tipos de
ontologías pueden contener términos ambiguos o inconsistentes, las ontologías formales no los
permiten.
Las ontologías favorecen también la comunicación entre aplicaciones y la comprensión común de la
información entre ellas. Las ontologías serán imprescindibles en la Web semántica (Berners-Lee,
2001) y en los futuros sistemas de gestión empresarial porque permitirán que las aplicaciones estén
de acuerdo en los términos que usan cuando se comunican. Mediante ellas, será mucho más fácil
recuperar información relacionada temáticamente, aun cuando no existan enlaces directos entre las
páginas Web. Las ontologías también sirven para conseguir que los sistemas interoperen. Dos
sistemas son interoperables si pueden trabajar conjuntamente de una forma automática, sin esfuerzo
por parte del usuario.
LENGUAJES PARA ONTOLOGÍAS
OWL (Web Ontology Language) es un mecanismo para desarrollar temas o vocabularios
específicos en los que asociar esos recursos. Lo que hace OWL (Horridge y Knublauch, 2004) es
proporcionar un lenguaje para definir ontologías estructuradas que pueden ser utilizadas a través de
diferentes sistemas. En éste trabajo se uso el editor Protégé (Protégé Wiki, 2009) el cual soporta
OWL. Las ontologías, que se encargan de definir los términos utilizados para describir y representar
un área de conocimiento, son utilizadas por los usuarios, las bases de datos y las aplicaciones que
necesitan compartir información específica, es decir, en un campo determinado como puede ser el de
las finanzas, medicina, deporte, etc. Las ontologías incluyen definiciones de conceptos básicos en un
campo determinado y la relación entre ellos.
Fig. 2: Etapas de la Metodología On-To-Knowledge
INGENIERÍA ONTOLÓGICA
La ingeniería ontología (Gómez-Pérez et al., 2003) se refiere al conjunto de actividades que
conciernen el proceso del desarrollo de la ontología, el ciclo vital de la ontología, los métodos y las
metodologías para construir las ontologías, y el conjunto de herramientas y lenguajes que los
soportan (Gómez-Pérez, 2004). Las pautas generales a considerar en el proceso de desarrollo de
una ontología son:
Step 1.Determinar el dominio y alcance de la ontologÍa
Step 2.Considerar la reutilización de ontologias existentes
Step 3.Enumerar terminos importantes para la ontologia
Step 4.Definir las clases y la jerarquia de clases
Step 5.Definir las propiedades de las clases
Step 6.Definir las restricciones de las classes
Step 7.Crear instancias
Step 8.Revisar anomalias
MÉTODOLOGÍA ON-TO-KNOWLEDGE
La metodología On-To-Knowledge (Sure York et al., 2000), Es una metodología orientada a procesos,
incluye identificación de metas y objetivos, que son logrados con herramientas de soporte para el
manejo de conocimiento, esta metodología también introduce las ontologías con base en gestión de
conocimiento en empresas . Su objetivo es el de aplicar las ontologías a la información disponible
electrónicamente para mejorar la calidad del conocimiento administrado en organizaciones grandes y
distribuidas por medio del acceso inteligente a grandes volúmenes de fuentes de información semi
estructurada y textual en ambientes intra-extra, y basados en internet. Esta fue la metodología
seleccionada para el desarrollo de la ontología por ser la que está más relacionada a las empresas.
En la Figura 2 se muestra el proceso de desarrollo de la ontología usando la metodología On-ToKnowledge.
ONTOLOGÍA BASADA EN LA NORMA AUTOMOTRIZ ISO/TS 16949
Como caso de estudio ejemplificaremos lo anterior en el desarrollando de una ontología para la
industria automotriz. Como primer paso en el desarrollo de la ontología se buscó la existencia de
ontologías hechas o relacionadas para la industria automotriz basadas en la norma ISO/TS 16949 en
las bases de datos de ontologías disponibles y recomendadas (W3C, 2009), sin embargo no se
encontró ninguna (30-Mar-2009). Las bases de datos consultadas fueron: Biblioteca de ontologías
Protégé, Organización DMOZ, Organización RossettaNet, Organización UNSPSC, Biblioteca de
ontologías DAML, Biblioteca de ontologías Ontolingua, Buscador semántico Swoogle.
El siguiente paso en el modelo de desarrollo son las preguntas de competencia informales, las cuales
deberá responder la ontología. En la figura 3 se muestra el resultado de la pregunta de competencia
informal: ¿Cuáles son las actividades hechas por el gerente general?.
Figure 3: Consulta ¿Cuáles son las actividades hechas por el gerente general?
Basándose en las preguntas de competencia informal se comenzó a enumerar los términos para la
descripción del dominio. Los términos fueron deducidos de las preguntas y posteriormente de este
análisis se obtuvieron las clases y subclases de la ontología de una forma muy similar al proceso que
se lleva en el análisis y diseño orientado a objetos (Booch, 1993). Posteriormente a los términos
obtenidos se les definió sus propiedades. Al usar el lenguaje OWL para crear la ontología, las clases
son interpretadas como un conjunto de individuos o un conjunto de objetos. La clase "Thing" es la
clase que representa el conjunto que contiene a todos los individuos, por esta razón todas las clases
son subclases de la clase Thing, como se muestra en la figura 5. Las clases principales de la
ontología o subclases de la clase Thing fueron: Norms, StandardDocument, Systems and
Terminology. También se muestran las subclases de la clase ManagementSystem.
Fig. 4: Definición de Propiedades, Rangos y Dominios
Como tercer paso de la metodología On-To-Knowledge es necesario especificar el dominio, las
propiedades y rangos. En OWL las propiedades representan relaciones entre dos individuos. Existen
dos principales tipos de propiedades, propiedades de objetos y propiedades de tipo de datos. Las
propiedades de objeto ligan un individuo con otro individuo. Las propiedades de tipo de datos ligan un
individuo con un valor de tipo de dato esquema XML o una literal rdf. OWL también tiene un tercer
tipo de propiedad, propiedad de anotación, que permite añadir información metadato a las
propiedades de tipo de datos de las clases, individuos y objetos. Las propiedades pueden tener
subpropiedades y es posible formar jerarquía de propiedades. Cada propiedad de objeto debe tener
su propiedad inversa correspondiente (Natalya, 2006). Si alguna propiedad liga el individuo a con el
individuo b, entonces debe existir una propiedad inversa que ligue al individuo b con el individuo a.
En OWL se tienen seis propiedades: Funcional, Funcional Inversa, Transitiva, Simétrica,
Antisimétrica, Reflexiva e Irreflexiva. Las propiedades deben tener un dominio y rango definido, los
dominios y rangos usados como axiomas en Protégé. El rango y el dominio también se definen para
las propiedades inversas. En la figura 4 se muestra como se definió el dominio y el rango para la
propiedad hasDepartment y la definición de la propiedad inversa para la clase isDepartmentOf.
Fig. 5: Clases básicas y Subclases de la clase ManagementSystem
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se obtuvo una taxonomía de clases, la cual es una representación del conocimiento de la información
de la compañía, por medio de una Ontología basada en el dominio de la Norma ISO/TS16949 para
control de calidad. La cual permite manipular y hacer recuperación de documentos que sirven para
las actividades del departamento de recursos humanos, como son el introducir a nuevos empleados
en sus respectivas tareas dentro de la compañía en una forma rápida, disminuyendo el tiempo de
aprendizaje. Además es una poderosa herramienta de ayuda en los procesos de auditoría interna que
se llevan a cabo en una empresa automotriz. La ontología les permite a los auditores encontrar un
documento específico, información de un proceso o persona de la empresa. Para lograr lo anterior fue
necesario en el sistema ontológico de la compañía definir clases, subclases, gente, relaciones y
herencia (Horridge et al., 2004). En consecuencia la taxonomía de clases es creada permitiendo
hacer inferencias sobre la información que se tiene sobre el modelo ontológico creado.
TRABAJO FUTURO
Poner en producción el sistema y fomentar el uso de la aplicación semántica desarrollada para tratar
de minimizar el impacto de la rotación de personal dentro de la empresa automotriz mexicana.
Ayudando al personal de nuevo ingreso y al personal que sea asignado a una nueva posición a
involucrarse más rápido con sus actividades, mediante el manejo de búsquedas que relacionen sus
actividades con documentos y procesos de la norma de calidad. Otra meta por buscar es hacer más
robusta la ontología en cuanto a clases e instancias, considerando nuevas preguntas de la
competencia informal. Añadir reglas y métodos de inferencia lógicos, utilizando el lenguaje SWRL
Semantic Web Rule Language (SWRL, 2009), Jess (JESS, 2009) y Jena (Jena, 2009) para el
desarrollo de la aplicación semántica y utilizarla en una intranet.
REFERENCIAS
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