Метод децентралізованого управління технологічними процесами на інтелектуальному виробництві

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.1.166

Ключові слова:

промисловість; інновації; Industry 5.0; Інтернет речей; інтелектуальне виробництво; цифровий двійник.

Анотація

Технологія цифрових двійників передбачає створення віртуальної моделі фізичного об’єкта, процесу або системи, яка може бути використана для моделювання, моніторингу, тестування та прогнозування можливого розвитку подій на основі інформації від розподіленої мережі сенсорів технологічного обладнання. Упровадження цифрових двійників у систему автоматизованого управління технологічними процесами дасть змогу підвищити ефективність виробничих процесів на інтелектуальних виробництвах. Предметом дослідження є архітектура автоматизованої системи управління технологічними процесами (АСУ ТП) на інтелектуальному заводі з інтеграцією технології промислового Інтернету речей та цифрового двійника виробничого процесу. Мета роботи – вдосконалення методів децентралізованого управління ТП для підвищення ефективності виробничого процесу на інтелектуальному виробництві за допомогою інтеграції цифрових двійників в АСУ. Завдання: розробити архітектуру розподіленої АСУ ТП на інтелектуальному заводі з інтеграцією технології промислового Інтернету речей та цифрового двійника виробничого процесу; проаналізувати поняття "цифровий двійник" у контексті поєднання цієї технології з процесами сталого розвитку й трансформації виробничої галузі; дослідити запропонований метод інтеграції цифрового двійника в задачу управління ТП. У процесі досліджень упроваджено такі методи: комп’ютерне моделювання, теорія автоматичного управління, аналіз і синтез децентралізованих виробничих систем. Досягнуто таких результатів: розроблено архітектуру автоматизованої системи з використанням цифрового двійника як еталона, що описує ідеальний розвиток процесу керування об’єктом автоматизації із застосуванням цифрового ПІД-регулятора. Результати моделювання продемонстрували, що фізичний макет досить точно відтворює поведінку математичної моделі ПІД-регулятора із заданими параметрами. Висновки. Результати експериментального дослідження показали, що інтеграція цифрових двійників в АСУ дає змогу вдосконалити методи децентралізованого управління ТП та підвищити ефективність виробничого процесу на інтелектуальному виробництві. Успішне впровадження технології цифрових двійників у інтелектуальне виробництво в поєднанні з хмарними обчисленнями та машинним навчанням спрямоване на досягнення цілей сталого розвитку.

Біографії авторів

Ігор Невлюдов, Харківський національний університет радіоелектроніки

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та робототехніки

Сергій Новоселов, Харківський національний університет радіоелектроніки

кандидат технічних наук, доцент,  професор кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та робототехніки

Оксана Сичова, Харківський національний університет радіоелектроніки

кандидат технічних наук, Х доцент кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та робототехніки

Посилання

Список літератури

Nevliudov I., Novoselov S., Sychova O. Decentralized information systems in intelligent manufacturing management tasks. Advanced Information Systems. 2024. Vol. 8, No. 3. P. 100–110. DOI: https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.3.12

Nevliudov I., Novoselov S., Sychova O. Control automation of assembly operations using a computer vision system in intelligent production. Journal of natural sciences and technologies. 2023. Vol. 2(2). P. 173–182. DOI: 10.5281/zenodo.8098567

Nevliudov I., Novoselov S., Sychova O. Modeling and practical implementation of the optimal wireless security gateway for the industrial automation network. Serbian Journal of Electrical Engineering. 2022. Vol. 19, No. 3. P. 303–327. DOI: https://doi.org/10.2298/sjee2203303n

Eckhart M., Ekelhart A. Digital twins for cyber-physical systems security: State of the art and outlook. Security and Quality in CyberPhysical Systems Engineering. Springer. 2019. P. 383–412. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-25312-7_14

Soori M., Arezoo B., Dastres R. Digital twin for smart manufacturing, A review. Sustainable Manufacturing and Service Economics. 2023. Vol. 2. 100017 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.smse.2023.100017

Integration of Blockchain and Digital Twins in the Smart Built Environment Adopting Disruptive Technologies / H. Sadri et al. A Systematic Review. Sustainability, 2023. Vol. 15(4). 3713 р. DOI: https://doi.org/10.3390/su15043713

Goudarzi M., Ilager Sh., Buyya R. Cloud Computing and Internet of Things: Recent Trends and Directions. New Frontiers in Cloud Computing and Internet of Things. Internet of Things. Cham: Springer. 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-05528-7_1

Technopolis Group. URL: https://www.technopolis-group.com/wp-content/uploads/2020/05/internet-of-things.pdf (дата звернення: 16.02.2025).

Industrial Internet of Things / ed. by S. Jeschke et al. Cham: Springer International Publishing. 2017. DOI: 10.1007/978-3-319-42559-7

The 17 goals. Sustainable Development. URL: https://sdgs.un.org/goals (дата звернення: 18.02.2025).

Akbarian F., Fitzgerald E., Kihl M. Synchronization in Digital Twins for Industrial Control Systems. Systems and Control. 2020. URL: https://arxiv.org/pdf/2006.03447 (дата звернення: 15.01.2025).

Attaran Sh., Attaran M., Celik B. Digital Twins and Industrial Internet of Things: Uncovering operational intelligence in industry 4.0. Decision Analytics Journal. 2024. Vol. 10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dajour.2024.100398

Digital Twins Approach for Sustainable Industry / L. Xu et al. Lecture Notes in Business Information Processing. 2022. P. 126–134. DOI: 10.1007/978-3-031-07478-3_11

Industry 5.0. Research and innovation. URL: https://research-and-innovation.ec.europa.eu/research-area/industrial-research-and-innovation/industry-50_en (дата звернення: 18.02.2025).

Timperi M., Kokkonen K., Hannola L. Digital twins for environmentally sustainable and circular manufacturing sector: visions from industry professionals. Production & Manufacturing Research. 2024. Vol. 12(1). DOI:10.1080/21693277.2024.2428249

Невлюдов І. Ш., Новоселов С. П., Сичова О. В. Застосування цифрових двійників технічних засобів автоматизації для розроблення програмно-технічних комплексів АСУ ТП: Навчальний посібник. Харків: Видавництво Іванченка І. С., 2023. 267 с. ISBN 978-617-8059-95-8. DOI: 10.30837/978-617-8059-95-8

Distributed Digital Twins as Proxies – Unlocking Composability & Flexibility for Purpose-Oriented Digital Twins / A. Aziz et al. IEEE Access. 2023. P. 1-17. DOI:10.1109/ACCESS.2023.3340132

Novoselov S. Wireless Sensor Network for Communication Between Base Stations in the Local Positioning System. International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T). 2018, P. 383–386, DOI: 10.1109/INFOCOMMST.2018.8632140

Leite J., Martins P., Ursini E. Internet of Things: An Overview of Architecture, Models, Technologies, Protocols and Applications. Emerging Trends and Challenges in Technology. 2019. DOI: 10.1007/978-3-319-93112-8_8

New Technological Waves Emerging in Digital Transformation: Internet of Things IoT/IoE, 5G/6G Mobile Networks and Industries 4.0/5.0. / L. Emiliano et al. Smart Innovation. 2023. P. 329–339. DOI: 10.1007/978-3-031-31007-2_30

Nevliudov I., Novoselov S., Sychova O. Modeling of a Decentralized System for Maintenance of Production Equipment Based on Transport Robots. IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES). 2023. P. 1–6. DOI: 10.1109/MEES61502.2023.10402485

Enhancing Industrial Process Control: Integrating Intelligent Digital Twin Technology with Proportional-Integral-Derivative Regulators / A. Dapkute et al. Machines. 2024. Vol. 12(5), No 319. DOI: https://doi.org/10.3390/machines12050319

Soza´nski K. Low Cost PID Controller for Student Digital Control Laboratory Based on Arduino or STM32 Modules. Electronics. 2023. Vol 12. No. 3235. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12153235

Astrom K. J., Wittenmark B. Computer Controlled System, Theory and Design. Electronics and Power. 2013. ISBN: 0131643193. URL: https://www.academia.edu/37044747/Computer_Controlled_Systems_Astrom_3rdEdition

Ibrahim D. PID-based Practical Digital Control with Raspberry Pi and Arduino Uno. Elektor International Media B.V. 2022. 238 р. ISBN: 978-3-89576-520-9.

References

Nevliudov, I., Novoselov, S., Sychova, O. (2024), "Decentralized information systems in intelligent manufacturing management tasks", Advanced Information Systems, Vol. 8, No. 3, P. 100–110. DOI: https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.3.12

Nevliudov, I., Novoselov, S., Sychova, O. (2023), "Control automation of assembly operations using a computer vision system in intelligent production", Journal of natural sciences and technologies, Vol. 2(2), P. 173–182. DOI: 10.5281/zenodo.8098567

Nevliudov, I., Novoselov, S., Sychova, O. (2022), "Modeling and practical implementation of the optimal wireless security gateway for the industrial automation network", Serbian Journal of Electrical Engineering, Vol. 19, No. 3, P. 303–327. DOI: https://doi.org/10.2298/sjee2203303n

Eckhart, M., Ekelhart, A. (2019), "Digital twins for cyber-physical systems security: State of the art and outlook", Security and Quality in CyberPhysical Systems Engineering. Springer, P. 383–412. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-25312-7_14

Soori, M., Arezoo, B., Dastres, R. (2023), "Digital twin for smart manufacturing, A review", Sustainable Manufacturing and Service Economics, Vol. 2, 100017 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.smse.2023.100017

"Integration of Blockchain and Digital Twins in the Smart Built Environment Adopting Disruptive Technologies" / H. Sadri et al. (2023), A Systematic Review. Sustainability, Vol. 15(4), 3713 р. DOI: https://doi.org/10.3390/su15043713

Goudarzi, M., Ilager, Sh., Buyya, R. (2022), "Cloud Computing and Internet of Things: Recent Trends and Directions", New Frontiers in Cloud Computing and Internet of Things. Internet of Things. Cham: Springer, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-05528-7_1

"Technopolis Group". available at: https://www.technopolis-group.com/wp-content/uploads/2020/05/internet-of-things.pdf (last accessed: 16.02.2025).

"Industrial Internet of Things / ed. by S. Jeschke et al. " (2017), Cham: Springer International Publishing. DOI: 10.1007/978-3-319-42559-7

"The 17 goals". Sustainable Development. available at: https://sdgs.un.org/goals (last accessed: 18.02.2025).

Akbarian, F., Fitzgerald, E., Kihl, M. (2020), "Synchronization in Digital Twins for Industrial Control Systems", Systems and Control. available at: https://arxiv.org/pdf/2006.03447 (last accessed: 15.01.2025).

Attaran, Sh., Attaran, M., Celik, B. (2024), "Digital Twins and Industrial Internet of Things: Uncovering operational intelligence in industry 4.0", Decision Analytics Journal, Vol. 10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dajour.2024.100398

"Digital Twins Approach for Sustainable Industry / L. Xu et al." (2022), Lecture Notes in Business Information Processing, P. 126–134. DOI: 10.1007/978-3-031-07478-3_11

"Industry 5.0. Research and innovation". available at: https://research-and-innovation.ec.europa.eu/research-area/industrial-research-and-innovation/industry-50_en (last accessed: 18.02.2025).

Timperi, M., Kokkonen, K., Hannola, L. (2024), "Digital twins for environmentally sustainable and circular manufacturing sector: visions from industry professionals", Production & Manufacturing Researc, Vol. 12(1). DOI: 10.1080/21693277.2024.2428249

Nevlyudov, I. Sh., Novoselov, S. P., Sichova, O. V. (2023), "Application of digital twins of technical automation tools for the development of software and hardware complexes of automated control systems:" Textbook. [Zastosuvannya tsyfrovykh dviynykiv tekhnichnykh zasobiv avtomatyzatsiyi dlya rozrobky prohramno-tekhnichnykh kompleksiv ASU TP] Kharkiv: Ivanchenko I. S. Publishing House, 267 р. ISBN 978-617-8059-95-8. DOI: 10.30837/978-617-8059-95-8

"Distributed Digital Twins as Proxies - Unlocking Composability & Flexibility for Purpose-Oriented Digital Twins / A. Aziz et al. (2023) IEEE Access. P. 1-17. DOI:10.1109/ACCESS.2023.3340132

Novoselov, S. (2018), "Wireless Sensor Network for Communication Between Base Stations in the Local Positioning System", International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), P. 383–386, DOI: 10.1109/INFOCOMMST.2018.8632140

Leite, J., Martins, P., Ursini, E. (2019), "Internet of Things: An Overview of Architecture, Models, Technologies, Protocols and Applications", Emerging Trends and Challenges in Technology. DOI: 10.1007/978-3-319-93112-8_8

"New Technological Waves Emerging in Digital Transformation: Internet of Things IoT/IoE, 5G/6G Mobile Networks and Industries 4.0/5.0. / L. Emiliano et al." (2023), Smart Innovation, P. 329–339. DOI: 10.1007/978-3-031-31007-2_30

Nevliudov, I., Novoselov, S., Sychova, O. (2023), "Modeling of a Decentralized System for Maintenance of Production Equipment Based on Transport Robots", IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), P. 1–6. DOI: 10.1109/MEES61502.2023.10402485

"Enhancing Industrial Process Control: Integrating Intelligent Digital Twin Technology with Proportional-Integral-Derivative Regulators / A. Dapkute et al." (2024), Machines, Vol. 12(5), No 319. DOI: https://doi.org/10.3390/machines12050319

Soza´nski, K. (2023), "Low Cost PID Controller for Student Digital Control Laboratory Based on Arduino or STM32 Modules", Electronics, Vol 12, No. 3235. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12153235

Astrom, K. J., Wittenmark, B. (2013), "Computer Controlled System, Theory and Design", Electronics and Power. ISBN: 0131643193. available at: https://www.academia.edu/37044747/Computer_Controlled_Systems_Astrom_3rdEdition

Ibrahim, D. (2022), "PID-based Practical Digital Control with Raspberry Pi and Arduino Uno", Elektor International Media B.V., 238 р. ISBN: 978-3-89576-520-9.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-03-31

Як цитувати

Невлюдов, І., Новоселов, С., & Сичова, О. (2025). Метод децентралізованого управління технологічними процесами на інтелектуальному виробництві. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВОСТІ, (1(31), 166–179. https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.1.166

Номер

№ 1(31) (2025): Сучасний стан наукових досліджень та технологій в промисловості

Розділ

ЕЛЕКТРОНІКА, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ СИСТЕМИ ТА КОМП'ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.