Ontología para un Sistema de Calidad para la Industria Automotriz basado en la Norma ISO/TS 16949

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1 Ontología para un Sistema de Calidad para la Industria Automotriz basado en la Norma ISO/TS Francisco E. Castillo 1 y Héctor L. Duran 2 (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. 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 (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

2 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

3 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. INGENIERÍA ONTOLÓGICA Fig. 2: Etapas de la Metodología On-To-Knowledge 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-To- Knowledge. ONTOLOGÍA BASADA EN LA NORMA AUTOMOTRIZ ISO/TS Como caso de estudio ejemplificaremos lo anterior en el desarrollando de una ontología para la

4 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 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

5 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. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Fig. 5: Clases básicas y Subclases de la clase ManagementSystem 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.

6 REFERENCIAS AIAG: Automotive Industry Action Group, The AIAG homepage, index.cfm, (07/03/2009). Berners-Lee T. Hendler J.,and Lassila O., The Semantic Web, Scientific American 284, (2001). Gruber, T., Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing, International Journal of Human and Computer Studies, , (1995). Booch, G., Object-Oriented Analysis And Design with Applications, Addison-Wesley Professional, Second Edition, (1993). Gómez-Pérez, A., M. Fernández-López y O. Corcho, Ontological engineering with examples from the areas of Knowledge Management, e-commerce and the Semantic Web, Springer Verlag London, (2003). Gómez-Pérez, Asunción y David Manzano-Macho, An overview of methods and tools for ontology learning from texts, Knowl. Eng. Rev., 19, 3, , , Cambridge University Press, New York, NY, USA, (2004). Horridge, M., H. Knublauch, A. Rector, R. Stevens y C. Wroe, Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protégé-OWL Plugin and CO-ODE Tools Edition 1.0, The University Of Manchester, Stanford University, Printing., August, (2004). IATF: International Automotive Task Force, The IATF homepage (visitada 07/03/2009). ISO: International Organization for Standarization, The ISO homepage, home. htm, (visitada 07/03/2009). JAMA: Japan Automobile Manufacturers Association, The JAMA homepage, (visitada 07/03/2009). Jena, A Semantic Web Framework for Java, The HP Labs Semantic Web Programme, (2009). JESS, Java Expert System Shell, Sandia National Laboratories, (2009). Kim, H., Representing and Reasoning About Quality Using Enterprise Models, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada,M5S3G9, (1999). Natalya F. y Deborah L. McGuinness, Ontology Development 101:A Guide to Creating Your First Ontology, Standford publications, (2006). Protégé Wiki, The WikiHomePage, (2009). SWRL, A Semantic Web Rule Language, (2009). Sure York et al, On-To-Knowledge:Semantic Web Enabled Knowledge Management, Proceedings of the ebusiness and ework, (2000). Shue Li-Yen., Li S., Hu H., The Development of A Knowledge System For ISO 9001 Quality Management, 6th International Conference on Enterprise Information Systems, (2004). W3C: World Wide Web Consortium, The W3C homepage, (visitada 07/03/2009).