Modelo de Interoperabilidad para Simulación Distribuida de Cadenas de Suministro

Abstract

La gestión colaborativa de cadena de suministro (CS) con participantes distribuidos geográficamente, sin un participante predominante que coordine la colaboración, con una dinámica cambiante y compleja requiere herramientas sofisticadas para su gestión. El modelado y simulación se ha utilizado extensamente para el estudio de sistemas complejos, constituyéndose en una herramienta fundamental para apoyar el proceso de toma de decisión en la gestión colaborativa de CS. Además, la simulación de cadena de suministro asiste a quienes toman decisiones en el análisis de múltiples escenarios, la selección de soluciones apropiadas, la comprensión de interacciones y la mejora en los indicadores de rendimiento de la CS. A medida que la cadena de suministro se vuelve más grande y compleja sus respectivos modelos de simulación crecen de forma directamente proporcional a su tamaño tornando, de este modo, muy difícil o imposible su simulación de forma tradicional (una única persona construyendo un único modelo de simulación y ejecutando experimentos en una única computadora). Este problema se puede abordar haciendo uso de simulación distribuida (SD) que permite construir una simulación a partir de integrar simuladores (cada uno con su modelo de simulación) distribuidos geográficamente, ejecutados en simultáneo y que intercambian eventos. Este enfoque posibilita modelar el comportamiento de la CS como sub modelos ejecutados en distintos nodos de una red de computadoras que se integran para componer el modelo de simulación de la cadena de suministro en su totalidad. Uno de los problemas de este enfoque es la interpretación realizada por un simulador de los eventos enviados por otro simulador, de forma que estos eventos provoquen los efectos esperados por quien diseña el modelo de simulación ejecutado en el otro simulador. Este problema se conoce como interoperabilidad entre simuladores. Para alcanzar la interoperabilidad entre simuladores es necesario determinar qué nivel de interoperabilidad se desea lograr. Según (Tolk, Bair, y Diallo 2013), es posible determinar tres grandes niveles: 1) Sintáctico, 2) Semántico y 3) Pragmático. El sintáctico implica que los simuladores pueden comunicarse e intercambiar eventos. El semántico determina si la comunicación e intercambio de eventos es semánticamente válida, lo que permite detectar si la composición de la simulación es significativa y válida. Para alcanzar este nivel es necesario lograr la comprensión y alineación sin ambigüedades del significado de los eventos por los simuladores, y para ello, es frecuente el uso de modelos conceptuales. El pragmático implica que todos los simuladores de la simulación distribuida utilizan los datos de la misma manera. Para alcanzar un cierto nivel de interoperabilidad, es necesario alcanzar el nivel anterior.High Level Architecture (HLA) es un estándar ampliamente usado por las soluciones propuestas en SD. Este estándar utiliza el concepto de Federation Object Model (FOM) que provee una especificación común para el intercambio de datos entre simuladores en un formato estándar. En síntesis, el FOM establece un contrato del modelo de información que es necesario para alcanzar interoperabilidad sintáctica, pero no así la semántica, entre simuladores. A partir de los lineamientos propuestos por HLA para construir el FOM es posible asegurar la interoperabilidad sintáctica entre los simuladores intervinientes, sin embargo la interoperabilidad semántica está ajena a este estándar y es responsabilidad de sus miembros garantizarla. En el contexto de gestión colaborativa de cadena de suministro la tarea de llevar a cabo una simulación distribuida basada en HLA de CS no es sencilla, ya que entre los inconvenientes más relevantes surgen los siguientes problemas: definir el FOM, establecer una interpretación unívoca del mismo, verificar la completitud y consistencia del FOM, y por último pero no menos importante, poseer en cada organización un conocimiento profundo sobre las tecnologías de HLA para llevar a cabo la SD de cadena de suministro.Con el objetivo de proveer un método de construcción para el modelo de objetos de federación (FOM) que sea simple de utilizar, que no requiera conocimientos específicos de HLA, que provea un mecanismo para verificar la completitud y consistencia del modelo de objetos, que reduzca el tiempo, esfuerzo y la intervención humana necesarias para su construcción, este trabajo de tesis presenta un marco conceptual basado en una red de ontologías. Este marco da soporte a las tareas de modelado y composición de un modelo de interoperabilidad para la simulación distribuida de cadenas de suministro, a fin de garantizar la interoperabilidad semántica de sus miembros. Se utiliza el estándar HLA como herramienta de construcción de una simulación distribuida. La red de ontologías define el vocabulario necesario para la especificación de un modelo de interoperabilidad, el cual cumple la condición de ser semánticamente interoperable. Las reglas de integridad definidas en la red de ontología permiten la construcción de modelos completos y consistentes desde el punto de vista sintáctico y semántico. Mientras que las reglas de derivación propuestas permiten unificar los conceptos necesarios de SD basada en HLA. La red de ontologías SCFHLA posee dos dominios fundamentales, los cuales son CS y federaciones HLA. El dominio de cadena de suministro modela conceptos de SCOR como procesos, flujos, métricas y atributos de rendimiento. El dominio de federación modela conceptos de federaciones HLA como federados, federaciones, objetos de usuario e interacciones. Para vincular la información de los conceptos de CS con los conceptos de federaciones HLA en la red se definieron meta relaciones (relaciones entre conceptos de diferentes ontologías) y reglas de mapeo. La red vincula los individuos de cadena de suministro instanciados, con nuevos individuos de la ontología de federaciones HLA. Para ello, se ejecutan una serie de reglas de mapeo entre ambos dominios. Estas reglas vinculan los conceptos utilizados en la definición del modelo de CS, a simular, con conceptos necesarios de SD basada en HLA. Todas las reglas de la red se encuentran definidas en Semantic Web Rule Language (SWRL). Para transformar la información contenida en la red de ontologías en el modelo de objetos de federación, se utiliza un algoritmo de transformación. El mismo, convierte el archivo OWL de la ontología a un archivo con formato XML que se adecua a las definiciones de la plantilla de modelo de objeto OMT (por sus siglas en inglés ?Object Model Template-) del estándar HLA. El uso de este algoritmo de transformación, permite contar con el modelo de objetos de federación en el formato adecuado para su posterior uso en la simulación distribuida basada en HLA.Para validar el enfoque propuesto, se desarrolla un caso de estudio donde se muestra el modelado de una cadena de suministro del sector industrial del mueble. Para desarrollar la prueba de concepto, se presenta la construcción del modelo de interoperabilidad en la red de ontologías. Luego, se utiliza el algoritmo de transformación para convertir el modelo de interoperabilidad en un documento con formato XML, el cual pueda ser utilizado como FOM en la SD basada en HLA del caso de estudio modelado.Los resultados parciales de los trabajos de investigación llevados a cabo en el marco del desarrollo de esta tesis han sido plasmados y divulgados a través de revistas indexadas, congresos nacionales e internacionales. A su vez, han sido presentados en diferentes jornadas del ámbito científico. A continuación, se detallan dichas contribuciones:1.Sarli, Juan L; Leone, Horacio; Gutiérrez, Milagros. (2018). ?SCFHLA: Un Modelo de Interoperabilidad Semántica para Simulación Distribuida de Cadenas de Suministro?. RISTI ? Revista Ibérica de Sistemas y Tecnologías de Información, (30), 34-50. ISSN: 1646-9895. https://doi: 10.17013/risti.30.34?50. 2.Sarli, Juan L (2018). ?An Interoperability Model for Collaborative Development of Distributed Supply Chain Simulations?. En Proceedings of the 2018 Winter Simulation Conference. Pp 4222-4223 Editorial IEEE Press. ISBN: 978-1-5386-6571-8 3.Sarli, Juan L (2017). ?Ontology-Based Modelling Framework to Generate Federation Object Model in the Supply Chain Domain?. En Proceedings of the 2017 Winter Simulation Conference. Pp 4636-4637. Editorial IEEE Press. DOI: 10.1109/WSC.2017.8248242.4.Sarli, Juan L.; Gioria, Lucas; Gutierrez, Ma de los Milagros; Leone, Horacio. (2017). ?Una Herramienta para el Modelado y Generación del Modelo de Objetos de Federación en Simulaciones HLA?. Memorias del 5º CoNaIISI Categoría Docentes-Investigadores tipo Artículo de Investigación. Pp. 572-580. ISSN 2347-0372. 5.Sarli, Juan L.; Gutierrez, Ma de los Milagros; Leone, Horacio. (2016). ?Ontology-Based Semantic Model of Supply Chains for Modelling and Simulation in Distributed Environment?. En Proceedings of the 2016 Winter Simulation Conference. Pp 1182-1193. Editorial IEEE Press. DOI: 10.1109/WSC.2016.7822175. 6.Sarli, Juan L.; Leone, Horacio; Gutierrez, Ma de los Milagros. (2016). ?OpenSCOR: Framework para Análisis de Performance en Simulaciones de Cadenas de Suministro?. Anales del 5° Simposio Argentino de Informática Industrial. Pp. 119-130. ISSN 2451-7542.7.Sarli, Juan L.; Gutierrez, Ma de los Milagros; Leone, Horacio. (2015). ?Hacia la Interoperabilidad Semántica en Simulaciones Distribuidas de Cadenas de Suministro?. Memorias del 3º CoNaIISI Categoría Docentes-Investigadores tipo Artículo de Investigación. ISBN 978-987-1896-47-9.8.Sarli, Juan L.; Gutierrez, Ma de los Milagros. (2015). ?SCK: Una ontología para evaluar la performance de una cadena de suministro en ambientes de simulación distribuida?. CEUR Workshop Proceedings 1st Argentine Symposium on Ontologies and their Applications. ISSN 1613-0073. Volumen 1449. Pp 31-40.9.Sarli, Juan L.; Gutierrez, Ma de los Milagros. (2015). ?SCK: Una ontología para evaluar la performance de una cadena de suministro en ambientes de simulación distribuida?. Anales del 1° SAOA 1st Argentine Symposium on Ontologies and their Applications. Pp. 31-40. ISSN 2451-7518.