Contemporary industrial cyber-physical production systems (CPPS) composed of robotic workcells face significant challenges in the analysis of undesired conditions due to the flexibility of Industry 4.0 that disrupts traditional quality assurance mechanisms. This paper presents a novel industry-oriented semantic model called Product-Process-Resource Asset Knowledge Graph (PPR-AKG), which is designed to analyze and mitigate undesired conditions in flexible CPPS. Built on top of the well-proven Product-Process-Resource (PPR) model originating from ISA-95 and VDI-3682, a comprehensive OWL ontology addresses shortcomings of conventional model-driven engineering for CPPS, particularly inadequate undesired condition and error handling representation. The integration of semantic technologies with large language models (LLMs) provides intuitive interfaces for factory operators, production planners, and engineers to interact with the entire model using natural language. Evaluation with the use case addressing electric vehicle battery remanufacturing demonstrates that the PPR-AKG approach efficiently supports resource allocation based on explicitly represented capabilities as well as identification and mitigation of undesired conditions in production. The key contributions include (1) a holistic PPR-AKG model capturing multi-dimensional production knowledge, and (2) the useful combination of the PPR-AKG with LLM-based chatbots for human interaction.


翻译:由机器人工作单元构成的现代工业信息物理生产系统(CPPS)面临不良工况分析的重大挑战,这源于工业4.0的灵活性破坏了传统的质量保证机制。本文提出了一种新颖的、面向工业的语义模型,称为产品-过程-资源资产知识图谱(PPR-AKG),旨在分析和缓解柔性CPPS中的不良工况。该模型建立在源自ISA-95和VDI-3682的成熟产品-过程-资源(PPR)模型之上,通过一个全面的OWL本体论解决了传统模型驱动工程在CPPS中的不足,特别是对不良工况和错误处理表示的不足。将语义技术与大语言模型(LLMs)相结合,为工厂操作员、生产规划师和工程师提供了直观的界面,使其能够使用自然语言与整个模型进行交互。通过针对电动汽车电池再制造用例的评估表明,PPR-AKG方法能有效支持基于明确表示能力的资源分配,以及生产过程中不良工况的识别与缓解。主要贡献包括:(1)一个捕获多维生产知识的整体PPR-AKG模型,以及(2)PPR-AKG与基于LLM的聊天机器人相结合以支持人机交互的有效方案。

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