Роль и значение киберфизических систем в индустрии 4.0

Ссылка для цитирования этой статьи:

Смышляева, А. А. Современные технологии в Индустрии 4.0 – киберфизические системы / А. А. Смышляева, К. М. Резникова, Д. В. Савченко // Отходы и ресурсы. — 2020. — Т 7. — №3. — URL: https://resources.today/PDF/02INOR320.pdf. — DOI: 10.15862/02INOR320. (дата обращения: 23.08.2023).

Современные технологии в Индустрии 4.0 – киберфизические системы

Смышляева Анна Андреевна
ФГОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия
Магистрант
E-mail: [email protected]

Резникова Ксения Михайловна
ФГОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия
Магистрант
E-mail: [email protected]

Савченко Денис Валерьевич
ФГОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия
Магистрант
E-mail: [email protected]

Аннотация. С приходом концепции Индустрии 4.0 подход к автоматизации производства принципиально изменился. В основу промышленной индустрии легли такие современные технологии, как интернет вещей, большие данные, облачные вычисления, искусственный интеллект и киберфизические системы. Данные технологии зарекомендовали себя не только в промышленности, но и в других различных отраслях жизнедеятельности. В данной работе авторы рассматривают концепцию киберфизических систем – систем, основанных на взаимодействии физических процессов с вычислительными.

В статье представлена концептуальная модель киберфизических систем, отображающая ее элементы и их взаимодействие. В киберфизических системах она представляет собой пять уровней: физический, сетевой, хранилище данных, уровень обработки и аналитики, уровень приложений. Свою работу киберфизические системы осуществляют при помощи базового набора технологий: интернета вещей, больших данных и облачных вычислений. Дополнительные технологии применяются в зависимости от предназначения системы. На физическом уровне данные собираются с физических устройств. При помощи интернета вещей на сетевом уровне данные передаются в хранилище данных для дальнейшей обработки или обрабатываются практически сразу благодаря облачным вычислениям. Количество данных в киберфизических системах огромно, поэтому необходимо использовать технологию больших данных и эффективные методы обработки и анализа этих данных. Главной особенностью данного технологического комплекса является работа в режиме реального времени.

Несмотря на повышение качества производства и жизни людей, киберфизические системы обладают рядом недостатков Авторы освещают основные проблемы киберфизических систем и перспективные направления исследований для их развития. Решив рассмотренный перечень проблем, киберфизические системы выйдут на качественно новый уровень полезности.

Также в работе приведены примеры внедрения концепций, таких как умный город, умное электроснабжение, умное производство, умный дом. В основе данных концепций лежит принцип киберфизических систем.

Ключевые слова: киберфизичская система; Индустрия 4.0; интернет вещей; большие данные; умный город; умное электроснабжение; умное производство; умный дом

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 2500-0659 (Online)
Уважаемые читатели! Комментарии к статьям принимаются на русском и английском языках.
Комментарии проходят премодерацию, и появляются на сайте после проверки редактором.
Комментарии, не имеющие отношения к тематике статьи, не публикуются.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ ИНДУСТРИИ 4.0 НА ОСНОВЕ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ОНТОЛОГИЙ

Читать статью полностью

Язык статьи — русский

Ссылка для цитирования: Гурьянов А.В., Заколдаев Д.А., Шукалов А.В., Жаринов И.О., Костишин М.О. Организация цифровых производств Индустрии 4.0 на основе киберфизических систем и онтологий // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 2. С. 268–277. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-2-268-277

Предмет исследования. Предложены схемы организации работ на производственных приборостроительных предприятиях Индустрии 4.0 типа «умная фабрика», оснащенных киберфизическими системами. Исследования по киберфизификации производства выполняются в рамках разработки и внедрения в отечественную промышленность идей и решений, направленных на создание в нашей стране «умных предприятий», способных функционировать в условиях цифровой экономики и обладающих новыми производственными технологиями. Метод. Использованы методы организации производственных работ по изготовлению изделий приборостроения с применением киберфизических систем и онтологий в условиях предприятий будущего на основе общей теории автоматизации проектирования. Основные результаты. Показано, что эффект от внедрения предлагаемых принципов организации производственных предприятий в формате фабрик будущего способствует переходу отечественной промышленности к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, что соответствует направлению государственной научно-технической политики Российской Федерации в области приборостроения и машиностроения. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке алгоритмов автоматизированного проектирования приборостроительного (машиностроительного) цифрового производства, функционирующего в условиях цифровой экономики Российской Федерации.

Ключевые слова: Индустрия 4.0, киберфизические системы, производство, онтология

Список литературы

Schwab K. The Fourth Industrial Revolution. NY: Crown Business, 2017. 192 p.

Lee E.A. The past, present and future of cyber-physical systems: a focus on models // Sensors. 2015. V. 15. N 3. P. 4837–4869. doi: 10.3390/s150304837

Meissner H., Ilsen R., Aurich J.C. Analysis of control architectures in the context of Industry 4.0 // Procedia CIRP.2017.V. 62.P. 165–169. doi: 10.1016/j.procir.2016.06.113

Balasubramaniyan S., Srinivasan S., Buonopane F., Subathra B., Vain J., Ramaswamy S. Design and verification of cyber-physical systems using TrueTime, evolutionary optimization and UPPAAL // Microprocessors and Microsystems. 2016. V. 42. P. 37–48. doi: 10.1016/j.micpro.2015.12.006

Fang Zh., Mo H., Wang Y., Xie M. Performance and reliability improvement of cyber-physical systems subject to degraded communication networks through robust optimization // Computers and Industrial Engineering. 2017. V. 144.
P. 166–174. doi: 10.1016/j.cie.2017.09.047

Hwang G., Lee J., Park J., Chang T.-W. Developing performance measurement system for Internet of Things and smart factory environment // International Journal of Production Research. 2017.V. 55.N 9.P. 2590–2602. doi: 10.1080/00207543.2016.1245883

Lee K.H., Hong J.H., Kim T.G. System of systems approach to formal modeling of CPS for simulation-based analysis // ETRI Journal. 2015. V. 37. N 1. P. 175–185. doi: 10.4218/etrij.15.0114.0863

Ning H., Liu H., Ma J., Yang L.T., Huang R. Cybermatics: cyber-physical-social-thinking hyperspace based science and technology // Future Generation Computer Systems. 2016. V. 56. P. 504–522. doi: 10.1016/j.future.2015.07.012

Qu T., Thurer M., Wang J., Wang Z., Fu H., Li C. System dynamics analysis for an Internet-of-Things-enabled production logistics system // International Journal of Production Research. 2017.V. 55.N 9.P. 2622–2649. doi: 10.1080/00207543.2016.1173738

Vogel-Heuser B., Rosch S., Fischer J., Simon Th., Ulewicz S., Folmer J. Fault handling in PLC-based Industry 4.0 automated production systems as a basis for restart and self-configuration and its evaluation // Journal of Software Engineering and Applications. 2016. V. 9. N 1. P. 1–43. doi: 10.4236/jsea.2016.91001

Wang L., Haghighi A. Combined strength of holons, agents and function blocks in cyber-physical systems // Journal of Manufacturing Systems. 2016. V. 40. P. 25–34. doi: 10.1016/j.jmsy.2016.05.002

ZuehlkeD. SmartFactory – towards a factory-of-things // Annual Reviews in Control. 2010. V. 34. N 1. P. 129–138. doi: 10.1016/j.arcontrol.2010.02.008

Zhou P., Zuo D., Hou K.-M., Zhang Zh. A decentralized compositional decision process in self-managed cyber physical systems // Sensors. 2017. V. 17. N 11. Art. 2580. doi: 10.3390/s17112580

Zhahg Zh., Eyisi E., Koutsonkos X., Porter J., Karsai G., Sztipanovits J. A co-simulation framework for design of time-triggered automotive cyber physical systems // Simulation Modelling Practice and Theory. 2014. V. 43. P. 16–33. doi: 10.1016/j.simpat.2014.01.001

Liao Y., Deschamps S., Loures E.F.R., Ramos L.F.P. Past, present and future of Industry 4.0 – a systematic literature review and research agenda proposal // International Journal of Production Research. 2017. V. 55. N 12. P. 3609–3629. doi: 10.1080/00207543.2017.1308576

Киберфизические производственные системы (CPPS)

Киберфизические производственные системы (Cyber-Physical Production
System — CPPS) стали популярными в контексте Индустрии 4.0. Киберфизические производственные системы связаны со связью объектов производственной системы (машины), а также с децентрализованным управлением производством. Децентрализованный контроль производства означает, что рабочие детали планируют сами себя и определяют свой собственный производственный процесс в производственной системе. Таким образом, разные производственные процессы могут обрабатывать даже две одинаковые детали.

Концепцию Индустрии 4.0 можно описать как взаимосвязь производственной системы посредством киберфизических системы.

Киберфизические производственные системы (CPPS) можно описать как встроенные системы, использующие датчики для сбора данных и воздействия на физические процессы исполнительными механизмами по цифровым сетям. Они состоят из автономных элементов и подсистемы, которые связаны друг с другом и во всей производственной системе и описываются по трем его основным характеристикам:

Интеллект (сообразительность) — элементы способны получать информацию из своего окружения и действовать автономно и целенаправленно;
Связность – возможность устанавливать и использовать подключения к другим элементам системы, включая людей, для сотрудничества и сотрудничества, а также к знаниям и услугам, доступным в Интернете;
Реагирование на внутренние и внешние изменения.

Киберфизические системы (CPS) объединяют физические и цифровые измерения систем в общую инфраструктуру. Встроенные компьютеры и сети контролируют и управляют физическими процессами с петлями обратной связи, в которых физические процессы влияют на вычисления и наоборот. CPS объединяет динамику физических процессов с динамикой программного обеспечения и сетей, предоставляя абстракции и методы моделирования, проектирования и анализа для интегрированного целого.

Итого, CPPS — это интерактивная и быстро реагирующая платформа такой автоматизированной производственной среды, поскольку она объединяет реальные, динамические физические процессы с киберсистемами через цикл связи-вычислений-управления, тем самым обеспечивая сбор, обмен, обработку и обратную связь в реальном времени. данных для эффективного и обоснованного принятия решений.

При подготовке материала использовались источники:
https://resources.today/02inor320.html
https://ntv.ifmo.ru/ru/article/17625/organizaciya_cifrovyh_proizvodstv_industrii_4.0na_osnove_kiberfizicheskih_sistem_i_ontologiy.htm

Киберфизические производственные системы (CPPS)