Le partage des connaissances de la maintenance industrielle via des graphes de connaissances

Enabling industrial maintenance knowledge sharing by using knowledge graphs

• Auteur / Autrice : Hicham Hossayni
• Direction : Noël Crespi, Imran Khan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France) - Institut Polytechnique de Paris / IP Paris - Département Réseaux et Services Multimédia Mobiles - Réseaux, Systèmes, Services, Sécurité / R3S-SAMOVAR
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom SudParis (France)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Yacine Ghamri Doudane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Imran Khan, Fabien Gandon, Giovanna Di Marzo Serugendo, Juan Sequeda, Fatna Belqasmi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Gandon, Giovanna Di Marzo Serugendo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Web sémantique

Échange de savoirs

Internet des objets

Usines -- Entretien

Industrie 4.0

Mots clés libres

Industrie 4.0

Maintenance industrielle

IoT industriel

Graphes de connaissances

Partage de connaissances

Web sémantique

Industry 4.0

Machine maintenance

Industrial IoT

Knowledge graphs

Knowledge sharing

Semantic web

Résumé

Autrefois considérée comme faisant partie des coûts généraux de l'entreprise, la maintenance industrielle est devenue critique pour la continuité de l'activité et une véritable source de données. Malgré les sommes importantes investies par les entreprises dans la fabrication intelligente, les pratiques traditionnelles en maintenance dominent toujours le paysage industriel. Dans cette thèse, nous étudions le partage des connaissances comme une solution potentielle qui peut inverser la tendance et améliorer l'activité de maintenance pour se conformer à l'esprit de l'industrie 4.0. Nous considérons spécifiquement les graphes de connaissances comme un outil permettant de partager les connaissances de maintenance entre les différents acteurs de l'industrie.Dans la première contribution de cette thèse, nous avons mené une étude de terrain à travers une campagne d'entretiens avec des experts aux profils différents et issus de divers domaines industriels. Cela nous a permis de tester l'hypothèse de l'amélioration de l'activité de maintenance via le partage des connaissances, qui est un concept assez nouveau dans de nombreuses industries. Les résultats de cette activité montrent clairement un intérêt réel pour notre approche et révèlent les différents besoins et défis à relever.La deuxième contribution est la conception et le prototype de "SemKoRe"; une solution s'appuyant sur le Web sémantique pour partager les connaissances de maintenance. Elle collecte les données liées aux défaillances de machine, les structure dans un graphe de connaissances et les partage entre tous les clients connectés pour réparer facilement les futures défaillances du même type. Une architecture flexible a été proposée pour couvrir les besoins des différents clients. SemKoRe a reçu l'approbation de plusieurs clients de Schneider implantés dans plusieurs pays et de différents segments.Dans la troisième contribution, nous avons conçu et mis en oeuvre une nouvelle solution pour la détection automatique des données sensibles dans les rapports de maintenance. En effet, les rapports de maintenance peuvent contenir des données confidentielles susceptibles de compromettre ou d'avoir un impact négatif sur l'activité de l'entreprise si elles sont révélées. Cette fonctionnalité est perçue, par les experts du domaine comme un point essentiel et critique pour SemKoRe. Elle permet d'éviter la divulgation de données sensibles lors de l'activité de partage des connaissances. Dans cette contribution, nous nous sommes appuyés sur le web sémantique et le traitement du langage naturel pour développer des modèles personnalisés pour la détection de données sensibles. La construction et l'apprentissage de tels modèles nécessitent une quantité considérable de données. Par conséquent, nous avons mis en place plusieurs services pour la collecte collaborative de données, l'annotation de texte et la construction de corpus. Aussi, une architecture et un workflow simplifié ont été proposés pour la génération et le déploiement de modèles de détection de données sensibles personnalisables sur les passerelles de périphérie.En plus de ces contributions, nous avons travaillé sur différentes fonctionnalités connexes à forte valeur ajoutée pour le projet SemKoRe, et qui ont abouti à différents brevets. Par exemple, nous avons développé et breveté une nouvelle méthode pour interagir avec les données de séries chronologiques à l'aide de critères sémantiques. Elle combine l'utilisation d'ontologies et de bases de données de séries chronologiques pour offrir un ensemble utile de fonctionnalités même sur des passerelles périphériques aux ressources limitées. Nous avons également conçu un nouvel outil qui aide les développeurs à interagir facilement avec des graphes de connaissances avec peu ou pas de connaissance des technologies du Web sémantique. Cette solution a été brevetée et s'avère utile pour d'autres projets basés sur des ontologies.

Formerly considered as part of general enterprise costs, industrial maintenance has become critical for business continuity and a real source of data. Despite the heavy investments made by companies in smart manufacturing, traditional maintenance practices still dominate the industrial landscape. In this Ph.D., we investigate maintenance knowledge sharing as a potential solution that can invert the trend and enhance the maintenance activity to comply with the Industry 4.0 spirit. We specifically consider the knowledge graphs as an enabler to share the maintenance knowledge among the different industry players.In the first contribution of this thesis, we conducted a field study through a campaign of interviews with different experts with different profiles and from different industry domains. This allowed us to test the hypothesis of improving the maintenance activity via knowledge sharing which is quite a novel concept in many industries. The results of this activity clearly show a real interest in our approach and reveal the different requirements and challenges that need to be addressed.The second contribution is the concept, design, and prototype of "SemKoRe" which is a vendor-agnostic solution relying on Semantic Web technologies to share the maintenance knowledge. It gathers all machine failure-related data in the knowledge graph and shares it among all connected customers to easily solve future failures of the same type. A flexible architecture was proposed to cover the varied needs of the different customers. SemKoRe received approval of several Schneider clients located in several countries and from various segments.In the third contribution, we designed and implemented a novel solution for the automatic detection of sensitive data in maintenance reports. In fact, maintenance reports may contain some confidential data that can compromise or negatively impact the company's activity if revealed. This feature came up as the make or break point for SemKoRe for the interviewed domain experts. It allows avoiding sensitive data disclosure during the knowledge-sharing activity. In this contribution, we relied on semantic web and natural language processing techniques to develop custom models for sensitive data detection. The construction and training of such models require a considerable amount of data. Therefore, we implemented several services for collaborative data collection, text annotation, and corpus construction. Also, an architecture and a simplified workflow were proposed for the generation and deployment of customizable sensitive data detection models on edge gateways.In addition to these contributions, we worked on different peripheral features with a strong value for the SemKoRe project, and that has resulted in different patents. For instance, we prototyped and patented a novel method to query time series data using semantic criteria. It combines the use of ontologies and time-series databases to offer a useful set of querying capabilities even on resource-constrained edge gateways. We also designed a novel tool that helps software developers to easily interact with knowledge graphs with little or no knowledge of semantic web technologies. This solution has been patented and turns out to be useful for other ontology-based projects.