Математическое моделирование передовых машиностроительных технологий для смарт-предприятий: обзор подходов и пути внедрения

Abstract

Выделены ключевые особенности развития концепции Индустрии 4.0 на предприятиях машиностроения. Проведен анализ математических моделей по классам типовых задач для использования в построении смарт-предприятий в машиностроительной отрасли.Определено, что в процессе обеспечения инновационного развития предприятий машиностроения в рамках концепции необходимо использование математических моделей, соответствующих технологиям машинного зрения, роботизированной техники, автоматизированных и интеллектуальных систем производства и управления в рамках киберфизических систем на предприятиях. Такие киберфизические системы должны быть связаны с внешним миром через датчики и исполнительные механизмы, получать потоки данных из физического мира, устанавливать и непрерывно обновлять виртуального близнеца физического мира и включать возможность взаимодействия в реальности по инструкции из виртуальной сферы. Это позволит обеспечить возможность совместной работы, адаптации и развития всех систем предприятия для улучшения условий труда, повышения качества продукции, сокращения потребности в рабочей силе и повышения эффективности производства предприятий машиностроения.Внедрение приведенных классов математических моделей в рамках киберфизических систем необходимо осуществлять в соответствии с инновациями на машиностроительных предприятиях, которые обеспечат автоматизацию ручного труда, обновление уже используемых инновационных технологий и объединение их в едином информационном пространстве. Приведенные модели требуют адаптации и дальнейшего развития согласно тем инновационным решениям, которые определит руководство конкретных машиностроительных предприятий в зависимости от специфики предприятия.Приведены рекомендации руководителям машиностроительных предприятий по использованию математических моделей в процессе внедрения концепции Индустрии 4.0.

Визначено ключові особливості розвитку концепції Індустрії 4.0 на підприємствах машинобудування. Виконано аналіз математичних моделей за класами типових задач для використання в побудові смарт-підприємств у машинобудівній галузі.Встановлено, що в процесі забезпечення інноваційного розвитку підприємств машинобудування в рамках концепції необхідне використання математичних моделей, що відповідають технологіям машинного зору, роботизованої техніки, автоматизованих та інтелектуальних систем виробництва й управління в рамках кіберфізичних систем на підприємствах. Такі кіберфізичні системи мають бути пов'язані із зовнішнім світом через датчики і виконавчі механізми, отримувати потоки даних із фізичного світу, встановлювати і безперервно оновлювати віртуального близнюка фізичного світу і включати можливість взаємодії в реальності за інструкцією з віртуальної сфери. Це дозволить забезпечити можливість спільної роботи, адаптації та розвитку всіх систем підприємства для поліпшення умов праці, підвищення якості продукції, скорочення потреби в робочій силі та підвищення ефективності виробництва підприємств машинобудування.Упровадження наведених класів математичних моделей у рамках кіберфізичних систем необхідно здійснювати відповідно до інновацій на машинобудівних підприємствах, які забезпечать автоматизацію ручної праці, оновлення вже використовуваних інноваційних технологій і об'єднання їх у єдиному інформаційному просторі. Наведені моделі потребують адаптації та подальшого розвитку згідно з тими інноваційними рішеннями, які визначить керівництво конкретних машинобудівних підприємств залежно від специфіки підприємства.Наведено рекомендації керівникам машинобудівних підприємств щодо використання математичних моделей у процесі впровадження концепції Індустрії 4.0.

The key features of the concept of Industry 4.0 development at the enterprises of machine- building industry were singled out. The analysis of mathematical models on classes of typical tasks for use at the construction of smart enterprises in the machine-building industry were carried out. It was determined, that in the process of ensuring the innovative development of machine- building enterprises within the Industry 4.0 framework it is necessary to use mathematical models, appropriate to machine vision technologies, robotic equipment, automated and intelligent production and control systems within the framework of enterprises’ cyberphysical systems.Such cyberphysical systems should be connected to the outside world through sensors and actuators, receiving data streams from the physical world, establishing and continuously updating the virtual twin of the physical world and including the possibility of interaction in reality according to instructions from the virtual sphere. This will allow ensuring the possibility of joint work, adaptation and development of all enterprise’s systems to improve working conditions, product quality, reduce labour requirements and increase the efficiency of manufacturing process of machine-building enterprises. The introduction of the above classes of mathematical models within the framework of cyberphysical systems must be carried out according to innovations in machine-building enterprises, which will ensure the automation of manual labour, the renewal of the already used innovative technologies and their unification in a single information space. The resulted models demand adaptation and the further development according to those innovative decisions, which will define a management of specific machine-building enterprises, depending on the specificity of the enterprise.Recommendations were given to the heads of machine-building enterprises on the use of mathematical models in the process of introducing the concept of smart-enterprises in the Ukrainian machine-building industry. Prospective directions of research were outlined in the paper.