Α methodological framework for digital-twin driven cognitive manufacturing in the context of connected and agile value networks

Abstract

Supply chain agility and resilience are key factors for the success of manufacturing companies in their attempt to respond to dynamic changes. The circular economy, the need for optimized material flows, ad-hoc responses and personalization are some of the trends that require supply chains to become “cognitive”, i.e., to able to predict trends and to be flexible enough in dynamic environments, ensuring optimized operational performance. Digital Twins (DT) is a promising technology, and a lot of work is done on the factory level. Additionally, the term “Cognitive Digital Twins” (CDTs) gets more attention as it encapsulates the cognition capabilities of a digital twin of which, the analytics and AI services are realized. However, when it comes to the adoption of CDTs in supply chains there is little work and development on how we can model supply chain digital twins, which the main capabilities are, and how we are ensuring trust and good practices for operation. Furthermore, in the era of interconnected supply chains, we need to define a roadmap with configuration principles for any ICT solution that aims to respond to the needs of various sectors. This thesis addresses the above considerations by elaborating on the following research principles: • A reference framework for modelling supply chain CDTs as a network of inter-connected CDTs, each one representing the involved stakeholders and the materials/products that are flown across the network. • A reference governance framework for supply chain CDTs integrating: a) business and sustainability,b) data governance and c) cognition (AI) model governance. • A reference ICT architecture, which provides main functions and usage scenarios for the operation of the supply chain CDT.

Η ευελιξία και η ανθεκτικότητα της αλυσίδας αξίας είναι βασικοί παράγοντες επιτυχίας των εταιρειών παραγωγής στην προσπάθειά τους να ανταποκριθούν στις διάφορες δυναμικές αλλαγές. Η κυκλική οικονομία, η ανάγκη για βελτιστοποιημένες ροές υλικών, ad-hoc απαιτήσεις, γρήγορη ανταπόκριση και εξατομίκευση, είναι μερικές από τις τάσεις που απαιτούν από τις αλυσίδες αξίας παραγωγής να γίνουν «έξυπνες», δηλαδή να μπορούν να προβλέψουν τις τάσεις και να είναι αρκετά ευέλικτες σε δυναμικά περιβάλλοντα, διασφαλίζοντας παράλληλα την βέλτιστη απόδοσή τους. Οι Ψηφιακοί Δίδυμοι (Digital Twins-DT) είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία με αρκετές εφαρμογές στο επίπεδο μιας παραγωγής και εντός των ορίων μιας εταιρείας. Επιπλέον, ο όρος «Γνωσιακοί Ψηφιακοί Δίδυμοι» (ΓΨΔ) (Cognitive Digital Twins–CDT) δημιουργεί ένα νέο ερευνητικό πεδίο, καθώς ενσωματώνει τις γνωσιακές δυνατότητες ενός ψηφιακού δίδυμου μέσω των λειτουργιών της ανάλυσης και της τεχνητής νοημοσύνης. Ωστόσο, όταν πρόκειται για την υιοθέτηση ΓΨΔ στις αλυσίδες αξίας παραγωγής, από ερευνητικής πλευράς, δεν υπάρχει ένα σαφές πλαίσιο στο πώς μπορούμε να μοντελοποιήσουμε ένα ΓΨΔ, ποιες είναι βασικές δυνατότητες/λειτουργίες του και πώς διασφαλίζεται η εμπιστοσύνη μεταξύ των μερών της αλυσίδας παράλληλα με τις ορθές πρακτικές λειτουργίας. Επιπλέον, στην εποχή των διασυνδεδεμένων αλυσίδων αξίας, πρέπει να ορίσουμε ένα γενικό πλαίσιο παραμετροποίησης για κάθε λύση τεχνολογίας πληροφορικής που θα ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις διαφορετικών τομέων. Η παρούσα διατριβή ασχολείται με αυτές τις διαπιστώσεις, μέσω της εκτενής ανάλυσης των παρακάτω ερευνητικών πεδίων: • Ένα μεθοδολογικό πλαίσιο αναφοράς για τη μοντελοποίηση των ΓΨΔ αλυσίδας αξίας παραγωγής ως ένα δίκτυο διασυνδεδεμένων ΓΨΔ, το καθένα από τα οποία, αντιπροσωπεύει τους εμπλεκόμενους φορείς και τα υλικά/προϊόντα που μεταφέρονται κατά μήκος της αλυσίδας αξίας. • Ένα πλαίσιο αναφοράς διακυβέρνησης για τους ΓΨΔ της αλυσίδας αξίας που ενσωματώνει: α) την επιχειρηματική λειτουργία και βιωσιμότητα, β) την διακυβέρνηση των δεδομένων και γ) την διακυβέρνηση των εφαρμοσμένων μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης και γνωσιακής συμπεριφοράς. • Μία αρχιτεκτονική αναφοράς για πληροφοριακά συστήματα, η οποία παρέχει κύριες λειτουργίες και σενάρια χρήσης για τη λειτουργία των ΓΨΔ μιας αλυσίδας αξίας.