C3PO : Une ontologie développée pour le pilotage de la production fromagère au Québec

À l'image de tous les autres secteurs, les PME manufacturières dans l'industrie fromagère sont soumises à une réalité économique difficile. La récente modification des accords de libre-échange nord-américain ainsi que l'introduction rapide des nouvelles technologiques numériques adaptées au secteur manufacturier ont imposé plus de pression sur les petits artisans fromagers. Ces derniers doivent à la fois améliorer leur productivité tout en assurant une qualité de produit répondant aux exigences à la fois de la clientèle, mais aussi respecter la régulation agroalimentaire, et cela en maintenant des coûts d'exploitation réduits. Ces nouvelles technologies, rassemblées sous le giron de l'industrie 4.0, permettent de regrouper l'ensemble des ressources des entreprises au sein de systèmes d'information tels que les systèmes de gestion intégrée (ERP) ou les systèmes d'exécution manufacturière (MES). Ils facilitent ainsi la prise de décision basée sur des données pertinentes en temps réel. Ces systèmes, auparavant utilisés par les grandes entreprises pour lesquelles ils ont été développés, doivent donc être adaptés pour le secteur fromager dans lequel ils sont pratiquement inexistants. Face à ce constat, le Centre d'Expertise Fromagère du Québec (CEFQ) a lancé un projet de grande envergure afin de doter les fromagers artisans du Québec d'outils modernes leur permettant de faire face à cette nouvelle réalité. L'ontologie est un outil très ancien utilisé dans de nombreux domaines, allant de la philosophie à l'anthropologie, de la médecine à l'informatique. L'ontologie désigne un modèle de données permettant de représenter un ensemble de concepts dans un domaine, ainsi que les relations liant ces concepts. Son emploi permet d'exploiter les objets du domaine concerné, avec raison. La variété et l'hétérogénéité des données et le vocabulaire inter- ou intradomaine représentent une difficulté que les ontologies peuvent permettre de surmonter en proposant un vocabulaire commun liant les différentes sources de données. Malgré l'intérêt croissant de la communauté scientifique pour les atouts représentés par l'industrie 4.0, il semble qu'aucun outil ou aucune ontologie ne permettent aujourd'hui de représenter de manière suffisamment globale les données spécifiques au pilotage d'une fromagerie au Québec. De nombreuses études et projets ont porté sur certains aspects de la transformation fromagère, mais nos recherches montrent qu'à ce stade, il n'existe pas d'outil proposant un modèle standard. De ce fait, nous avons donc proposé le développement d'une ontologie d'application permettant la représentation des concepts clés liés à la transformation fromagère, ainsi que leurs liens. Elle permet ainsi de saisir le fonctionnement d'une fromagerie, et constitue de ce fait un premier pas vers le développement futur d'outils modernes permettant de tirer parti des leviers de l'industrie 4.0. En effet, cette ontologie pourra être utilisée afin de mettre en oeuvre diverses techniques de valorisation de données en fromageries au Québec, et permettra le développement d'un outil de pilotage de la transformation fromagère. La méthodologie DRM (Design Research Methodology) a été employée afin de diriger le développement de l'ontologie. Cette méthodologie allie à la fois des études empiriques et des études scientifiques. Une étape de validation de l'ontologie a été réalisée, mettant à profit un cas d'étude portant sur la production d'un fromage Cheddar. Cette évaluation a permis de vérifier la pertinence logique et sémantique de l'ontologie proposée.

Abstract

Just like all other economic sectors, manufacturing SMEs in the cheese industry are subject to a difficult economic reality. The recent modification of North American free trade agreements and the rapid introduction of new digital technologies adapted to the manufacturing sector have put more pressure on small artisanal cheese makers. They must both improve their productivity while ensuring product quality that meets customer requirements and comply with agri-food regulations while maintaining low operating costs. These new technologies, bundled within Industry 4.0, make it possible to group all company resources within information systems such as integrated management systems (ERP) or manufacturing execution systems (MES). They thus facilitate decision-making based on relevant data in real time. These systems, previously used by the large companies for which they were developed, must therefore be adapted for the cheese sector in which they are practically non-existent. Faced with this situation, the Centre d'Expertise Fromagère du Québec (CEFQ) has launched a large-scale project to provide Quebec's artisanal cheese makers with the modern tools they need to deal with this new reality. Ontology is a very old tool used in many fields, from philosophy to anthropology, from medicine to computer science. It refers to a data model used to represent a set of concepts in a given domain, as well as the relationships linking these concepts. Its use makes it possible to exploit the objects of the domain concerned, and rightly so. The variety and heterogeneity of the data and the inter-or intra-domain vocabulary represent a difficulty that ontologies can help overcome by proposing a common vocabulary linking the different data sources. Despite the growing interest of the scientific community for the benefits represented by Industry 4.0, it seems that no tool or ontology today makes it possible to represent in a sufficiently global manner the data specific to the management of a cheese factory in Quebec. Numerous studies and projects have dealt with certain aspects of cheese processing, but our research shows that, at this stage, there is no tool offering a standard model. Therefore, we have proposed the development of an application ontology to represent the key concepts related to cheese processing and their interrelations. This ontology allows the understanding of the functioning of a cheese factory, and thus constitutes a first step towards the future development of modern tools that will allow to take advantage of the levers of the 4.0 industry. Indeed, this ontology could be used to implement various data enhancement techniques in Quebec cheese factories, and will allow the development of a tool for managing cheese processing. The Design Research Methodology (DRM) was used to direct the development of the ontology. This methodology combines both empirical and scientific studies. An ontology validation stage was carried out, using a case study on the production of a Cheddar cheese. This assessment made it possible to verify the logical and semantic relevance of the proposed ontology.