Ontology-based engineering supporting the conceptual design of reconfigurable manufacturing systems in the aerospace industry

Abstract

This doctoral dissertation focuses on enhancing the manufacturing system design process in the aerospace industry by exploring two key research areas: Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) design and Ontology-based Engineering (OBE) systems supporting the collaborative design process. While RMS principles can enhance the manufacturing system resilience and reduce costs, their implementation in aerospace is constrained by industry-specific requirements, not sufficiently addressed by current RMS design methods. Additionally, the lack of digital tools for collaborative design and knowledge capitalization within it, prevent a true integration of manufacturing system requirements during product development. To overcome these challenges, the thesis investigates the design of RMS tailored to aerospace industry characteristics and collects this design knowledge using OBE techniques, to shift the cognitive processes from the designers to the digital design tools. The combination of these approaches enables informed decision-making, trade-offs between design scenarios, and facilitates manufacturing system reconfiguration. The dissertation includes a systematic literature review, the development of different ontologies part of a single knowledge base, and the demonstration of use in realistic aerospace design cases. The research contributes to advancing collaborative design processes and promoting the adoption of RMS in the aerospace industry.

Esta tesis doctoral se centra en mejorar el diseño de los sistemas de fabricación en la industria aeroespacial a través de dos áreas de investigación: el diseño de sistemas de fabricación reconfigurable (RMS, por sus siglas en inglés), y los sistemas de ingeniería basados en ontologías (OBE, por sus siglas en inglés) que respaldan el proceso de diseño colaborativo. Si bien los principios de RMS pueden mejorar la resiliencia del sistema de fabricación y reducir costos, su implementación en la industria aeroespacial es aún limitada debido a que los requisitos específicos de la industria no están aún cubiertos por los métodos de diseño RMS actuales. Además, la falta de herramientas digitales para el diseño colaborativo y la falta de capitalización del conocimiento dentro de él, impiden la integración de los requisitos del sistema de fabricación durante el desarrollo del producto. Para superar estos desafíos, esta tesis investiga el diseño de RMS adaptados a la industria aeroespacial, y recopila este conocimiento de diseño utilizando técnicas de OBE para trasladar los procesos cognitivos de los diseñadores a las herramientas digitales de diseño. La combinación de estos principios permite una correcta toma de decisiones, comparar varios escenarios de diseño y facilitar la reconfiguración del sistema de fabricación durante su operación. La tesis incluye una revisión sistemática de la literatura, el desarrollo de diferentes ontologías como parte de una base de conocimiento común y la demostración de su uso en casos realistas de diseño aeroespacial. Esta investigación contribuye al avance de los procesos de diseño colaborativo y promueve la adopción de RMS en la industria aeroespacial.