МАТРИЧНО-СТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ГНУЧКИХ МІЖЗ’ЄДНАНЬ І КОМПОНЕНТІВ МЕМС

The designs of modern electronic technology are complex mechanical systems with many rigid bonds, and their microminiature in many cases has reached the physical limit of the dimensional, charge and energy quantization of components. For such mechanical systems, with non-classical methods for mechanics of fastening of separate structural elements, it is difficult to build a design model, simple enough and at the same time one that well reflects physical and dynamic properties. To ensure mechanical strength of interconnects and ultra-thin electronic components, it is necessary to determine the stress-strain state of structural elements. These reasons necessitate the use of numerical methods to calculate the dynamic parameters of the design of electronic equipment interconnections, which will improve the reliability of the developed tools that meet the requirements of regulatory technical documentation on mechanical characteristics, shorten the time and cost of their creation. Subject matter of this work is the study of beam deformation of constant cross section under the action of axial forces, bending moments and torque relative to the longitudinal axis. Goal this work is to determine the deformation of the elements of the structure of the devices using the stiffness matrix with a known vector of external forces. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: to consider the existing methods of description and analysis, which take into account the specificity of the structures and technological processes used to manufacture specific structures MEMS; explore the nature of these methods; calculate displacements and deformations using the finite element method; using the stiffness matrix to determine the deformation of the structural elements of the devices; to calculate the deformation of the beam of constant cross-section under the action of axial forces, bending moments and torque relative to the longitudinal axis. Conclusions: stiffness matrix, constructed using functional analysis, allows for the calculation of deformation of MEMS elements and electronic interconnect flexible.Конструкции современной электронной техники являются сложными механическими системами с множеством жестких связей, а их микроминитюаризация во многих случаях дошла до физического предела размерного, зарядового и энергетического квантования компонентов. Для таких механических систем, с неклассическими для механики способами крепления отдельных конструктивных элементов, сложно построить расчетную модель, достаточно простую и в то же время такую, которая хорошо отражает физические и динамические свойства. Для обеспечения механической прочности межсоединений и сверхтонких электронных компонентов необходима возможность определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций. Эти причины обусловливают необходимость применения численных методов для расчета динамических параметров конструкций межсоединений электронной техники, которая позволит повысить показатели надежности разрабатываемых средств, соответствующих требованиям нормативно-технической документации по механическим характеристикам, сократить сроки и стоимость их создания. Предметом данной работы является исследование деформации балки постоянного поперечного сечения под действием осевых сил, изгибающих моментов и крутящего момента относительно продольной оси. Целью данной работы является определение деформации элементов конструкции устройств с использованием матрицы жесткости при известном векторе внешних сил. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: рассмотреть существующие методы описания и анализа, учитывающих специфику используемых конструкций и технологических процессов изготовления конкретных структур МЭМС; исследовать сущность этих методов; провести расчет перемещений и деформаций, используя метод конечных элементов; используя матрицу жесткости, определить деформации элементов конструкции устройств; провести расчет деформации балки постоянного поперечного сечения под действием осевых сил, изгибающих моментов и крутящего момента относительно продольной оси. Выводы: матрица жесткости, построенная с использованием матричного функционального анализа, позволяет обеспечить расчет деформации элементов МЭМС и гибких электронных межсоединений.Конструкції сучасної електронної техніки є складними механічними системами з безліччю жорстких зв'язків, а їх мікромінітюаризація у багатьох випадках дійшла до фізичної межі розмірного, зарядового та енергетичного квантування компонентів. Для таких механічних систем, з некласичними для механіки способами кріплення окремих конструктивних елементів, складно побудувати розрахункову модель, досить просту і в той же час таку, що добре відображає фізичні і динамічні властивості. Для забезпечення механічної міцності міжз’єднань та зверхтонких електронних компонентів необхідною є можливість визначення напружено-деформованого стану елементів конструкцій. Ці причини зумовлюють необхідність застосування чисельних методів для розрахунку динамічних параметрів конструкцій міжз’єднань електронної техніки, що дозволить підвищити показники надійності розроблюваних засобів, що відповідають вимогам нормативно-технічної документації по механічним характеристикам, скоротити терміни і вартість їх створення. Предметом даної роботи є дослідження деформації балки постійного поперечного перерізу під дією осьових сил, згинальних моментів і крутного моменту щодо поздовжньої осі. Метою даної роботи є визначення деформації елементів конструкції пристроїв з використанням матриці жорсткості при відомому векторі зовнішніх сил. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: розглянути існуючі методи опису та аналізу, які враховують специфіку використовуваних конструкцій і технологічних процесів виготовлення конкретних структур МЕМС; дослідити сутність цих методів; провести розрахунок переміщень і деформацій, використовуючи метод скінченних елементів; використовуючи матрицю жорсткості, визначити деформації елементів конструкції пристроїв; провести розрахунок деформації балки постійного поперечного перерізу під дією осьових сил, згинальних моментів і крутного моменту щодо поздовжньої осі. Висновки: матриця жорсткості, побудована з використанням матричного функціонального аналізу, дозволяє забезпечити розрахунок деформації елементів МЕМС і гнучких електронних міжз’єднань

МАТРИЧНО-СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГИБКИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ И КОМПОНЕНТОВ МЭМС

Конструкції сучасної електронної техніки є складними механічними системами з безліччю жорстких зв'язків, а їх мікромінітюаризація у багатьох випадках дійшла до фізичної межі розмірного, зарядового та енергетичного квантування компонентів. Для таких механічних систем, з некласичними для механіки способами кріплення окремих конструктивних елементів, складно побудувати розрахункову модель, досить просту і в той же час таку, що добре відображає фізичні і динамічні властивості. Для забезпечення механічної міцності міжз’єднань та зверхтонких електронних компонентів необхідною є можливість визначення напружено-деформованого стану елементів конструкцій. Ці причини зумовлюють необхідність застосування чисельних методів для розрахунку динамічних параметрів конструкцій міжз’єднань електронної техніки, що дозволить підвищити показники надійності розроблюваних засобів, що відповідають вимогам нормативно-технічної документації по механічним характеристикам, скоротити терміни і вартість їх створення. Предметом даної роботи є дослідження деформації балки постійного поперечного перерізу під дією осьових сил, згинальних моментів і крутного моменту щодо поздовжньої осі. Метою даної роботи є визначення деформації елементів конструкції пристроїв з використанням матриці жорсткості при відомому векторі зовнішніх сил. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: розглянути існуючі методи опису та аналізу, які враховують специфіку використовуваних конструкцій і технологічних процесів виготовлення конкретних структур МЕМС; дослідити сутність цих методів; провести розрахунок переміщень і деформацій, використовуючи метод скінченних елементів; використовуючи матрицю жорсткості, визначити деформації елементів конструкції пристроїв; провести розрахунок деформації балки постійного поперечного перерізу під дією осьових сил, згинальних моментів і крутного моменту щодо поздовжньої осі. Висновки: матриця жорсткості, побудована з використанням матричного функціонального аналізу, дозволяє забезпечити розрахунок деформації елементів МЕМС і гнучких електронних міжз’єднань.The designs of modern electronic technology are complex mechanical systems with many rigid bonds, and their microminiature in many cases has reached the physical limit of the dimensional, charge and energy quantization of components. For such mechanical systems, with non-classical methods for mechanics of fastening of separate structural elements, it is difficult to build a design model, simple enough and at the same time one that well reflects physical and dynamic properties. To ensure mechanical strength of interconnects and ultra-thin electronic components, it is necessary to determine the stress-strain state of structural elements. These reasons necessitate the use of numerical methods to calculate the dynamic parameters of the design of electronic equipment interconnections, which will improve the reliability of the developed tools that meet the requirements of regulatory technical documentation on mechanical characteristics, shorten the time and cost of their creation. Subject matter of this work is the study of beam deformation of constant cross section under the action of axial forces, bending moments and torque relative to the longitudinal axis. Goal this work is to determine the deformation of the elements of the structure of the devices using the stiffness matrix with a known vector of external forces. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: to consider the existing methods of description and analysis, which take into account the specificity of the structures and technological processes used to manufacture specific structures MEMS; explore the nature of these methods; calculate displacements and deformations using the finite element method; using the stiffness matrix to determine the deformation of the structural elements of the devices; to calculate the deformation of the beam of constant cross-section under the action of axial forces, bending moments and torque relative to the longitudinal axis. Conclusions: stiffness matrix, constructed using functional analysis, allows for the calculation of deformation of MEMS elements and electronic interconnect flexible.Конструкции современной электронной техники являются сложными механическими системами с множеством жестких связей, а их микроминитюаризация во многих случаях дошла до физического предела размерного, зарядового и энергетического квантования компонентов. Для таких механических систем, с неклассическими для механики способами крепления отдельных конструктивных элементов, сложно построить расчетную модель, достаточно простую и в то же время такую, которая хорошо отражает физические и динамические свойства. Для обеспечения механической прочности межсоединений и сверхтонких электронных компонентов необходима возможность определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций. Эти причины обусловливают необходимость применения численных методов для расчета динамических параметров конструкций межсоединений электронной техники, которая позволит повысить показатели надежности разрабатываемых средств, соответствующих требованиям нормативно-технической документации по механическим характеристикам, сократить сроки и стоимость их создания. Предметом данной работы является исследование деформации балки постоянного поперечного сечения под действием осевых сил, изгибающих моментов и крутящего момента относительно продольной оси. Целью данной работы является определение деформации элементов конструкции устройств с использованием матрицы жесткости при известном векторе внешних сил. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: рассмотреть существующие методы описания и анализа, учитывающих специфику используемых конструкций и технологических процессов изготовления конкретных структур МЭМС; исследовать сущность этих методов; провести расчет перемещений и деформаций, используя метод конечных элементов; используя матрицу жесткости, определить деформации элементов конструкции устройств; провести расчет деформации балки постоянного поперечного сечения под действием осевых сил, изгибающих моментов и крутящего момента относительно продольной оси. Выводы: матрица жесткости, построенная с использованием матричного функционального анализа, позволяет обеспечить расчет деформации элементов МЭМС и гибких электронных межсоединений

ДОСЛІДЖЕННЯ АРХІТЕКТУРНИХ МОДЕЛЕЙ DIKW ТА 5C ДЛЯ СТВОРЕННЯ КІБЕРФІЗИЧНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ В РАМКАХ КОНЦЕПЦІЇ INDUSTRY 4.0

The development of cyber-physical production systems is a complex scientific and technical task, therefore the developer needs to determine the requirements, tasks for the system being developed and choose an architectural model for its implementation. In turn, the choice of an architectural model assumes a balance for the set of requirements of persons interested in its development. In a typical case, the development of a specific cyber-physical industrial systems needs to be adapted to the means of implementation, to the realities of its future use, maintenance and evolution. Subject matter of this study are architectural models for building complex cyber-physical production systems. Goal of this article is a study of architectural models DIKW and 5C, according to the results of the decomposition of which, in the future, it will be possible to carry out a mathematical description of elementary problems of each level and their physical or simulation modeling. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: analyze the DIKW model; analyze the architectural model 5C; compare the DIKW model and the 5C architectural model, using its structural decomposition into levels, information and command channels with feedback within each structure.  The research carried out is based on the methods of decomposition and formalized representation of systems. Conclusions: Based on the results of the decomposition at each structural level of the DIKW and 5C models, a decomposition structure was developed, which shows the main differences and general similarities of the models. It was revealed that the 5C model, as a common software shell that combines integrated sensors and actuators, is more suitable for solving problems of developing a cyber-physical production system, and the DIKW interpretation model is more suitable for solving problems of modifying existing systems at enterprises, and the choice of the model itself the development of a cyber-physical production system depends on the requirements of the customer, existing equipment, the level of its automation and the level of project financing.Разработка киберфизической производственной системы является сложной научно-технической задачей, поэтому разработчику нужно определить требования, задачи, предъявляемые к разрабатываемой системы и выбрать архитектурную модель ее реализации. В свою очередь выбор архитектурной модели предполагает соблюдение баланса для совокупности требований лиц, заинтересованных в ее разработке. В типичном случае разработка конкретной киберфизической производственной системы нуждается в адаптации к средствам реализации, к реалиям будущего ее использования, сопровождения и эволюции. Предметом данного исследования являются архитектурные модели построения сложных киберфизичних производственных систем. Целью данной статьи является исследование архитектурных моделей DIKW и 5С, по результатам декомпозиции которых, в дальнейшем, станет возможным проведение математического описания элементарных задач каждого уровня и их физического или имитационного моделирования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: провести анализ модели DIKW; провести анализ архитектурной модели 5С; сравнить модель DIKW и архитектурную модель 5С, с помощью ее структурной декомпозиции по уровням, информационных и командных каналов с обратными связями внутри каждой структуры. Проведенные исследования базируются на методах декомпозиции и формализованного представления систем. Выводы: по результатам проведения декомпозиции на каждом структурном уровне моделей DIKW и 5С была разработана декомпозиционная структура, на которой показаны основные отличия и общие сходства моделей. Выявлено, что модель 5С, как общая программная оболочка, которая объединяет в себе интегрированные датчики и исполнительные устройства, больше подходит для решения задач разработки киберфизической производственной системы, а интерпретационная модель DIKW больше подходит для решения задач модификации существующих систем на предприятиях, а сам выбор модели разработки киберфизической производственной системы зависит от требований заказчика, существующего оборудования, уровня его автоматизации и уровня финансирования проекта.Розробка кіберфізичної виробничої системи є складною науково-технічною задачею, тому розробнику потрібно визначити вимоги, завдання, що пред'являються до розроблюваної системи і обрати архітектурну модель її реалізації. У свою чергу вибір архітектурної моделі передбачає дотримання балансу для сукупності вимог осіб, зацікавлених в її розробці. У типовому випадку розробка конкретної кіберфізичної виробничої системи потребує адаптації до засобів реалізації, до реалій майбутнього її використання, супровіду і еволюції. Предметом даного дослідження є архітектурні моделі побудови складних кіберфізичних виробничих систем. Метою даної статті є дослідження архітектурних моделей DIKW та 5С, за результатами проведення їх декомпозиції на кожному структурному рівні для подальшого проведення математичного опису елементарних завдань кожного рівня і їх фізичного або імітаційного моделювання. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: провести аналіз моделі DIKW; провести аналіз архітектурної моделі 5С; порівняти модель DIKW і архітектурну модель 5С, за допомогою їх структурної декомпозиції за рівнями, інформаційними і командними каналами зі зворотніми зв'язками всередині кожної структури. Проведені дослідження базуються на методів декомпозиції та формалізованого представлення систем. Висновки: за результатами проведення декомпозиції на кожному структурному рівні  моделей DIKW і 5С була розроблена декомпозиційна структура, на якій показані основні відмінності і загальні подібності моделей. Виявлено, що модель 5С, як єдина програмна оболонка, яка об'єднує в собі інтегровані датчики і виконавчі пристрої, більше підходить для вирішення завдання розробки кібер-фізичної виробничої системи, а інтерпретаційна модель DIKW більше підходить для рішень задач модифікації існуючих систем на підприємствах, а сам вибір моделі розробки кіберфізичної виробничої системи залежить від вимог замовника, існуючого обладнання, рівня його автоматизації і рівня фінансування проекту

ДОСЛІДЖЕННЯ АРХІТЕКТУРНИХ МОДЕЛЕЙ DIKW ТА 5C ДЛЯ СТВОРЕННЯ КІБЕРФІЗИЧНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ В РАМКАХ КОНЦЕПЦІЇ INDUSTRY 4.0

The development of cyber-physical production systems is a complex scientific and technical task, therefore the developer needs to determine the requirements, tasks for the system being developed and choose an architectural model for its implementation. In turn, the choice of an architectural model assumes a balance for the set of requirements of persons interested in its development. In a typical case, the development of a specific cyber-physical industrial systems needs to be adapted to the means of implementation, to the realities of its future use, maintenance and evolution. Subject matter of this study are architectural models for building complex cyber-physical production systems. Goal of this article is a study of architectural models DIKW and 5C, according to the results of the decomposition of which, in the future, it will be possible to carry out a mathematical description of elementary problems of each level and their physical or simulation modeling. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: analyze the DIKW model; analyze the architectural model 5C; compare the DIKW model and the 5C architectural model, using its structural decomposition into levels, information and command channels with feedback within each structure.  The research carried out is based on the methods of decomposition and formalized representation of systems. Conclusions: Based on the results of the decomposition at each structural level of the DIKW and 5C models, a decomposition structure was developed, which shows the main differences and general similarities of the models. It was revealed that the 5C model, as a common software shell that combines integrated sensors and actuators, is more suitable for solving problems of developing a cyber-physical production system, and the DIKW interpretation model is more suitable for solving problems of modifying existing systems at enterprises, and the choice of the model itself the development of a cyber-physical production system depends on the requirements of the customer, existing equipment, the level of its automation and the level of project financing.Разработка киберфизической производственной системы является сложной научно-технической задачей, поэтому разработчику нужно определить требования, задачи, предъявляемые к разрабатываемой системы и выбрать архитектурную модель ее реализации. В свою очередь выбор архитектурной модели предполагает соблюдение баланса для совокупности требований лиц, заинтересованных в ее разработке. В типичном случае разработка конкретной киберфизической производственной системы нуждается в адаптации к средствам реализации, к реалиям будущего ее использования, сопровождения и эволюции. Предметом данного исследования являются архитектурные модели построения сложных киберфизичних производственных систем. Целью данной статьи является исследование архитектурных моделей DIKW и 5С, по результатам декомпозиции которых, в дальнейшем, станет возможным проведение математического описания элементарных задач каждого уровня и их физического или имитационного моделирования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: провести анализ модели DIKW; провести анализ архитектурной модели 5С; сравнить модель DIKW и архитектурную модель 5С, с помощью ее структурной декомпозиции по уровням, информационных и командных каналов с обратными связями внутри каждой структуры. Проведенные исследования базируются на методах декомпозиции и формализованного представления систем. Выводы: по результатам проведения декомпозиции на каждом структурном уровне моделей DIKW и 5С была разработана декомпозиционная структура, на которой показаны основные отличия и общие сходства моделей. Выявлено, что модель 5С, как общая программная оболочка, которая объединяет в себе интегрированные датчики и исполнительные устройства, больше подходит для решения задач разработки киберфизической производственной системы, а интерпретационная модель DIKW больше подходит для решения задач модификации существующих систем на предприятиях, а сам выбор модели разработки киберфизической производственной системы зависит от требований заказчика, существующего оборудования, уровня его автоматизации и уровня финансирования проекта.Розробка кіберфізичної виробничої системи є складною науково-технічною задачею, тому розробнику потрібно визначити вимоги, завдання, що пред'являються до розроблюваної системи і обрати архітектурну модель її реалізації. У свою чергу вибір архітектурної моделі передбачає дотримання балансу для сукупності вимог осіб, зацікавлених в її розробці. У типовому випадку розробка конкретної кіберфізичної виробничої системи потребує адаптації до засобів реалізації, до реалій майбутнього її використання, супровіду і еволюції. Предметом даного дослідження є архітектурні моделі побудови складних кіберфізичних виробничих систем. Метою даної статті є дослідження архітектурних моделей DIKW та 5С, за результатами проведення їх декомпозиції на кожному структурному рівні для подальшого проведення математичного опису елементарних завдань кожного рівня і їх фізичного або імітаційного моделювання. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: провести аналіз моделі DIKW; провести аналіз архітектурної моделі 5С; порівняти модель DIKW і архітектурну модель 5С, за допомогою їх структурної декомпозиції за рівнями, інформаційними і командними каналами зі зворотніми зв'язками всередині кожної структури. Проведені дослідження базуються на методів декомпозиції та формалізованого представлення систем. Висновки: за результатами проведення декомпозиції на кожному структурному рівні  моделей DIKW і 5С була розроблена декомпозиційна структура, на якій показані основні відмінності і загальні подібності моделей. Виявлено, що модель 5С, як єдина програмна оболонка, яка об'єднує в собі інтегровані датчики і виконавчі пристрої, більше підходить для вирішення завдання розробки кібер-фізичної виробничої системи, а інтерпретаційна модель DIKW більше підходить для рішень задач модифікації існуючих систем на підприємствах, а сам вибір моделі розробки кіберфізичної виробничої системи залежить від вимог замовника, існуючого обладнання, рівня його автоматизації і рівня фінансування проекту

РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО МОДУЛЯ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО КОНТРОЛЮ ВИРОБНИЦТВА НА БАЗІ КІБЕР-ФІЗИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

The subject of research in the article is production management processes based on cyber-physical systems. The purpose of the work is to automate the management of production processes using the cybernetic component and analyze the results. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: develop an analytical and logical model of the CPPS development management process taking into account the requirements specified in the terms of reference for the development CPPS; to present the analytical and logical structure of connections in the form of a model of interaction of the main windows and all the necessary graphical elements for the implementation of the full-featured interface of the developed CPPS; to carry out experimental researches of efficiency and practical approbation of the received theoretical results, by comparison of classical methods and the developed ones. Results: The targets, physical and cybernetic components of the CPPS development management process were combined in a single information space from the beginning of development to its implementation. The process of checking the achievement of the main goal of CPPS development has been automated, which makes it possible to make changes and manage the CPPS development process at any level and stage of the proposed technology. The process of managing the development of the cybernetic component is automated on the basis of synthesized algorithms of functioning using the GUI elements of object-oriented programming languages, which made it possible to increase the flexibility of the proposed architecture and technologies for automating the CPPS development process and to reduce the development time of the cybernetic component. Conclusions: the proposed models and methods will not only automate the process of managing the development of CPPS from scratch, but will also make it possible to automate the process of managing the development of the cybernetic component for the modernization and improvement of existing CPPS.Предметом исследования в статье являются процессы управления производством на базе кибер-физических систем. Цель работы – автоматизация управления производственными процессами с помощью кибернетической составляющей и анализ полученных результатов. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: разработать аналитически-логическую модель процесса управления разработкой CPPS с учетом требований указанных в техническом задании на разрабатываемый CPPS; представить аналитически-логическую структуру связей в виде модели взаимодействия основных окон и всех необходимых графических элементов для реализации полнофункционального интерфейса разрабатываемой CPPS; провести экспериментальные исследования эффективности и практической апробации полученных теоретических результатов, путем сравнения классических методов и разработанных. Результаты: Объединены целевые, физические и кибернетические составляющие процесса управления разработки CPPS в едином информационном пространстве от начала разработки до его внедрения. Автоматизирован процесс проверки достижения главной цели разработки CPPS, который дает возможность вносить изменения и управлять процессом разработки CPPS на любом уровне и этапе предлагаемой технологии. Автоматизирован процесс управления разработки кибернетической составляющей на базе синтезированных алгоритмов функционирования с использованием GUI элементов объектно-ориентированных языков программирования, что позволило увеличить гибкость предложенной архитектуры и технологий автоматизации процесса разработки CPPS и сократить время разработки кибернетической составляющей. Выводы: предложенные модели и методы позволят не только автоматизировать процесс управления разработкой CPPS с "нуля", но и даст возможность автоматизировать процесс управления разработкой кибернетической составляющей для модернизации и усовершенствования уже существующих CPPS.Предметом дослідження в статті є процеси керування виробництвом на базі кібер-фізичних систем. Мета роботи – автоматизація керування виробничими процесами за допомогою кібернетичної складової і аналіз отриманих результатів. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: розробити аналітично-логічну модель процесу управління розробкою CPPS з урахуванням вимог зазначених в технічному завданні на розроблювальний CPPS; представити аналітично-логічну структуру зв'язків у вигляді моделі взаємодії основних вікон і всіх необхідних графічних елементів для реалізації повнофункціонального інтерфейсу розроблюваної CPPS; провести експериментальні дослідження ефективності та практичну апробацію отриманих теоретичних результатів, шляхом порівняння класичних методів та розроблених. Результати: Об'єднано цільові, фізичні та кібернетичні складові процесу управління розробки CPPS в єдиному інформаційному просторі від початку розробки до його впровадження. Автоматизовано процес перевірки досягнення головної мети розробки CPPS, який дає можливість вносити зміни і керувати процесом розробки CPPS на будь-якому рівні і етапі запропонованої технології. Автоматизовано процес управління розробки кібернетичної складової на базі синтезованих алгоритмів функціонування з використанням GUI елементів об'єктно-орієнтованих мов програмування, що дало можливість збільшити гнучкість запропонованої архітектури і технологій автоматизації процесу розробки CPPS та скоротити час розробки кібернетичної складової. Результати наукових і теоретичних досліджень впроваджено в освітній процесс, у виробничий процес ряду державних і приватних підприємств, також викладені рішення захищені авторськими свідоцтвами. Висновки: запропоновані моделі та методи дозволять не тільки автоматизувати процес управління розробкою CPPS з "нуля", а й дасть можливість автоматизувати процес управління розробкою кібернетичної складової для модернізації і удосконалення вже існуючих CPPS

ВИРІШЕННЯ ПИТАННЯ МОДЕРНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЧОГО ОБЛАДНАННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ КІБЕР-ФІЗИЧНИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

Continuous improvement of the fleet of technological equipment, in the conditions of existing production, is a difficult task, the solution of which must take into account many parameters, such as mechanization, automation and application of new technologies within the concept of Industry 4.0. One of the effective methods of improving the technical and economic indicators and reliability of production is the modernization of existing technological equipment, which is based on the need to use modern methods of development and implementation of information technology, such as Industrial Internet of Things, cyber-physical production systems. The subject of this study is the testing of methods for developing additive cyber design for automation of complex industrial equipment. The goal of this article is to develop a cyber-physical production control system for the modernization of the DA2238B hydraulic press. To achieve this goal it is necessary to solve the following tasks: to analyze the technical characteristics and control system of the hydraulic press DA2238B; to carry out research of the scheme of hydraulic basic and, taking it into account, to choose sensors and executive mechanisms, and also operating modes; to develop the scheme of inclusion of the hydro equipment; to develop an automated control system based on a modern single-board computer and to develop an intuitive additive cyber-design of the operator interface; to conduct experimental research. Conclusions: as a result of research, a block diagram was developed and an automated control system based on LattePanda was implemented. Selected pressure and temperature sensors for control of pressing processes, which allowed to ensure accurate compliance with the requirements of the technological process. An automated operator's workplace has been developed, in which touch control based on additive cyber-design has been implemented. The developed control system provides: collection and analysis of production data on the basis of which it is possible to improve production technology and to provide forecasting of achievement "Lean Manufacturing".Постоянное совершенствование парка технологического оборудования, в условиях существующего производства, является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать много параметров, таких как механизация, автоматизация и применение новых технологий в рамках концепции Industry 4.0. Одним из эффективных методов повышения технико-экономических показателей и надежности производства является модернизация существующего технологического оснащения, которая основывается на необходимости использования современных методов разработки и внедрения информационных технологий, таких как Industrial Internet of Things, кибер-физических производственных систем. Предметом данного исследования является апробация методов разработки аддитивного кибер-дизайна для автоматизации сложного промышленного оборудования. Целью данной статьи является разработка кибер-физической производственной системы управления, для модернизации пресса гидравлического ДА2238Б. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ технических характеристик и системы управления пресса гидравлического ДА2238Б; провести исследование схемы гидравлической принципиальной на базе которой выбрать датчики и исполнительные механизмы, а также режимы работы; разработать схему включения гидро- оборудования; разработать автоматизированную систему управления на базе современного одноплатного компьютера и разработать интуитивно понятный аддитивный кибер-дизайн интерфейса оператора; провести экспериментальные исследования. Выводы: в результате исследований была разработана структурная схема и реализована автоматизированная система управления на базе LattePanda. Выбраны датчики давления и температуры для контроля процессов прессования, что позволило обеспечить точное соответствие требованиям технологического процесса. Разработано автоматизированное рабочее место оператора, в котором реализовано сенсорное управление на базе аддитивного кибер-дизайна. Разработанная система управления обеспечивает: сбор и анализ производственных данных, на базе которых можно усовершенствовать технологию производства и обеспечить прогнозирование достижения "Lean Manufacturing".Постійне вдосконалення парку технологічного обладнання, в умовах існуючого виробництва, є складним завданням, при вирішенні якого необхідно враховувати багато параметрів, таких як механізація, автоматизація і застосування нових технологій в рамках концепції Industry 4.0. Одним з ефективних методів підвищення техніко-економічних показників та надійності виробництва є модернізація існуючого технологічного оснащення, яка ґрунтується на необхідності використання сучасних методів розробки і впровадження інформаційних технологій, таких як Industrial Internet of Things, кібер-фізичних виробничих систем. Предметом даного дослідження є апробація методів розробки адитивного кібер-дизайну для автоматизації складного промислового обладнання. Метою даної статті є розробка кібер-фізичної виробничої системи керування, для модернізації преса гідравлічного ДА2238Б. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: провести аналіз технічних характеристик і системи керування преса гідравлічного ДА2238Б; провести дослідження схеми гідравлічної принципової на базі якої обрати датчики і виконавчі механізми, а також режими роботи; розробити схему включення гідро обладнання; розробити автоматизовану систему керування на базі сучасного одноплатного комп'ютера і розробити інтуїтивно зрозумілий адитивний кібер-дизайн інтерфейсу оператора; провести експериментальні дослідження. Висновки: в результаті досліджень було розроблено структурну схему та реалізовано автоматизовану систему керування на базі LattePanda. Обрані датчики тиску і температури для контролю процесів пресування, що дозволило забезпечити точне дотримання вимог технологічного процесу. Розроблено автоматизоване робоче місце оператора, в якому реалізовано сенсорне управління на базі адитивного кібер-дизайну. Розроблена система керування забезпечує: збір та аналіз виробничих даних, на базі яких можна вдосконалити технологію виробництва і забезпечити прогнозування досягнення "Lean Manufacturing"

РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО МОДУЛЯ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО КОНТРОЛЮ ВИРОБНИЦТВА НА БАЗІ КІБЕР-ФІЗИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

The subject of research in the article is production management processes based on cyber-physical systems. The purpose of the work is to automate the management of production processes using the cybernetic component and analyze the results. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: develop an analytical and logical model of the CPPS development management process taking into account the requirements specified in the terms of reference for the development CPPS; to present the analytical and logical structure of connections in the form of a model of interaction of the main windows and all the necessary graphical elements for the implementation of the full-featured interface of the developed CPPS; to carry out experimental researches of efficiency and practical approbation of the received theoretical results, by comparison of classical methods and the developed ones. Results: The targets, physical and cybernetic components of the CPPS development management process were combined in a single information space from the beginning of development to its implementation. The process of checking the achievement of the main goal of CPPS development has been automated, which makes it possible to make changes and manage the CPPS development process at any level and stage of the proposed technology. The process of managing the development of the cybernetic component is automated on the basis of synthesized algorithms of functioning using the GUI elements of object-oriented programming languages, which made it possible to increase the flexibility of the proposed architecture and technologies for automating the CPPS development process and to reduce the development time of the cybernetic component. Conclusions: the proposed models and methods will not only automate the process of managing the development of CPPS from scratch, but will also make it possible to automate the process of managing the development of the cybernetic component for the modernization and improvement of existing CPPS.Предметом исследования в статье являются процессы управления производством на базе кибер-физических систем. Цель работы – автоматизация управления производственными процессами с помощью кибернетической составляющей и анализ полученных результатов. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: разработать аналитически-логическую модель процесса управления разработкой CPPS с учетом требований указанных в техническом задании на разрабатываемый CPPS; представить аналитически-логическую структуру связей в виде модели взаимодействия основных окон и всех необходимых графических элементов для реализации полнофункционального интерфейса разрабатываемой CPPS; провести экспериментальные исследования эффективности и практической апробации полученных теоретических результатов, путем сравнения классических методов и разработанных. Результаты: Объединены целевые, физические и кибернетические составляющие процесса управления разработки CPPS в едином информационном пространстве от начала разработки до его внедрения. Автоматизирован процесс проверки достижения главной цели разработки CPPS, который дает возможность вносить изменения и управлять процессом разработки CPPS на любом уровне и этапе предлагаемой технологии. Автоматизирован процесс управления разработки кибернетической составляющей на базе синтезированных алгоритмов функционирования с использованием GUI элементов объектно-ориентированных языков программирования, что позволило увеличить гибкость предложенной архитектуры и технологий автоматизации процесса разработки CPPS и сократить время разработки кибернетической составляющей. Выводы: предложенные модели и методы позволят не только автоматизировать процесс управления разработкой CPPS с "нуля", но и даст возможность автоматизировать процесс управления разработкой кибернетической составляющей для модернизации и усовершенствования уже существующих CPPS.Предметом дослідження в статті є процеси керування виробництвом на базі кібер-фізичних систем. Мета роботи – автоматизація керування виробничими процесами за допомогою кібернетичної складової і аналіз отриманих результатів. Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: розробити аналітично-логічну модель процесу управління розробкою CPPS з урахуванням вимог зазначених в технічному завданні на розроблювальний CPPS; представити аналітично-логічну структуру зв'язків у вигляді моделі взаємодії основних вікон і всіх необхідних графічних елементів для реалізації повнофункціонального інтерфейсу розроблюваної CPPS; провести експериментальні дослідження ефективності та практичну апробацію отриманих теоретичних результатів, шляхом порівняння класичних методів та розроблених. Результати: Об'єднано цільові, фізичні та кібернетичні складові процесу управління розробки CPPS в єдиному інформаційному просторі від початку розробки до його впровадження. Автоматизовано процес перевірки досягнення головної мети розробки CPPS, який дає можливість вносити зміни і керувати процесом розробки CPPS на будь-якому рівні і етапі запропонованої технології. Автоматизовано процес управління розробки кібернетичної складової на базі синтезованих алгоритмів функціонування з використанням GUI елементів об'єктно-орієнтованих мов програмування, що дало можливість збільшити гнучкість запропонованої архітектури і технологій автоматизації процесу розробки CPPS та скоротити час розробки кібернетичної складової. Результати наукових і теоретичних досліджень впроваджено в освітній процесс, у виробничий процес ряду державних і приватних підприємств, також викладені рішення захищені авторськими свідоцтвами. Висновки: запропоновані моделі та методи дозволять не тільки автоматизувати процес управління розробкою CPPS з "нуля", а й дасть можливість автоматизувати процес управління розробкою кібернетичної складової для модернізації і удосконалення вже існуючих CPPS

Розробка комплексного метода оцінки якості пластмасових деталей

In present work we constructed the tree of quality indicators of plastic parts. A generalized algorithm is proposedto estimatethe quality level of plastic parts, which is the basis for the developmentof method forassessing the quality level of plastic parts. The designed algorithm, in contrast to those existing, includes a stage for the estimation of error in quality level, which will make it possible to improveaccuracy of determining thequality level of plastic parts. We devised acomprehensive method for evaluating quality of plastic parts. Its essence is in the fact that the obtained method allows us to determine anintegratedindicator of quality of plastic part, which includesa proposed nomenclature of quality indicators, represented in the form of the tree and the proposed generalized indicator of quality of plastic part.The developed comprehensive method differs from those existing by the proposed additional stage – the estimation of error in quality. Its essence is that it is necessary to determine: error in the number of properties that characterize quality; error in determiningthe weight coefficients;wear and aging of the materials that the MD are made of; error in the calculations of quality indicators;and permissible instrument errors. All these components will in turn make it possible to increase accuracy in the quality assessment of plastic parts.Results of present researchinto quality indicators ofpart’s PMdemonstrated that for the selected part, one part of the values of relative quality indicators is larger than unity, and another part is lower, which does not make it possible to unambiguously estimate the quality level for the givenpart. The designed method is useful in the development of mathematical and CAD software for technological equipment. It might be applied in the fabrication of thermoplastic parts for radio-electronic equipment.В работе построено дерево показателей качества пластмассовых деталей. Предложен обобщенный алгоритм оценки уровня качества пластмассовых деталей, который является базой для разработки метода оценки уровня качества пластмассовых деталей. В разработанном алгоритме, в отличие от существующих, введен этап оценки погрешностей уровня качества, который даст возможность повысить точность определения уровня качества пластмассовых деталейВ роботі побудовано дерево показників якості пластмасових деталей. Запропоновано узагальнений алгоритм оцінки рівня якості пластмасових деталей, який є базою для розробки метода оцінки рівня якості пластмасових деталей. В розробленому алгоритмі, на відміну від існуючих, введено етап оцінки похибок рівня якості, що дасть можливість підвищити точність визначення якості пластмасових детале

ЕВОЛЮЦІЇ РОЗВИТКУ ГРУПОВОГО УПРАВЛІННЯ МОБІЛЬНИМИ РОБОТИЗОВАНИМИ ПЛАТФОРМАМИ В WAREHOUSING 4.0.

The subject of this research is the technology of management of mobile robot groups in the concept of Industry 4.0 and its composition. The purpose of this article is to find ways to implement an effective strategy for building and managing mobile robotic platforms in Warehousing, as a key tool of Lean Production. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: to analyze the management of supply chains in Smart Manufacturing, within Industry 4.0 and its impact on achieving the goals of Lean Production; to study the evolution of technologies used in Warehousing in the dynamics of the Industrial Revolution; to analyze the evolution of Warehouse Management Systems (WMS) as one of the most important components on the basis of which the requirements for automation of Warehousing automation in Smart Manufacturing with group management of mobile robotic platforms are implemented and achieved; to compare the impact of the technologies used by Warehousing 4.0 and Warehouse Management Systems on the key indicators of Lean Production. Results: One of the promising ways to achieve the effectiveness of the implementation of Lean Production tools in WMS systems is the use of Collaborative Robot System technology, which makes it possible to ensure a high density of product storage in Warehousing. However, modern mobile robotic platforms have their limitations both in the methods of loading and unloading products, and in the design. Therefore, the authors see the task in improving the design of mobile robotic platforms, which will develop a new intelligent group method of loading and unloading products, increasing the storage density for a variety of goods. Conclusions: The paper compares the impact of Warehousing 4.0 and Warehouse Management Systems on key Lean Production tools, which shows how the introduction of new group management technologies for robotic platforms in Warehousing 4.0 and Warehouse Management Systems (WMS) affects the effectiveness of Lean Production tools such as Heijunka, Just-in-time, 5S. This suggests that the introduction of new models and methods of managing complex warehouses with high density and chaotic storage of products, through the use of mobile robotic autonomous systems, will significantly optimize the process of supply chain management in Smart Manufacturing.Предметом данного исследования является технология управления группами мобильных роботов в концепции Industry 4.0 и ее составляющих. Целью данной статьи является поиск путей реализации эффективной стратегии построения и управления мобильными роботизированными платформами в Warehousing, как ключевого инструмента Lean Production. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ управления цепочками поставок в Smart Manufacturing, в рамках Industry 4.0 и его влияние на достижения целей Lean Production; исследовать эволюцию применяемых в Warehousing технологий в динамике развития промышленной революции Industry 4.0; проанализировать эволюцию Warehouse Management Systems (WMS), как одного из важнейших компонентов, на базе которого реализуются и достигаются требования к автоматизации складирования в Smart Manufacturing при групповом управлении мобильными роботизированными платформами; провести сравнение влияния технологий, применяемых Warehousing 4.0 и Warehouse Management Systems, на ключевые показатели Lean Production. Результаты: одним из перспективных направлений достижения эффективности внедрения инструментов Lean Production в системы WMS является использование технологии Collaborative Robot System, которая дает возможность обеспечить высокую плотность хранения изделий в Warehousing. Однако современные мобильные робототехнические платформы имеют свои ограничения как в методах реализации погрузки и выгрузки изделий, так и в конструкционном исполнении. Следовательно, авторы видят задачу в усовершенствовании конструкций мобильных робототехнических платформ, что позволит разработать новый интеллектуальный групповой метод реализации погрузки и выгрузки изделий, увеличив плотность хранения для разноименных товаров. Выводы: в работе проведен сравнительный анализ влияния технологий Warehousing 4.0 и Warehouse Management Systems на ключевые инструменты Lean Production, который показывает, как внедрение новых технологий группового управления роботизированными платформами в Warehousing 4.0 и Warehouse Management Systems (WMS) влияет на эффективность инструментов Lean Production, таких как: Heijunka, Just-in-time, 5S. Это позволило утверждать, что внедрение новых моделей и методов управления сложными складами с высокой плотностью и хаотическим хранением изделий, путем использования мобильных робототехнических автономных систем, позволит значительно оптимизировать процесс управления цепочками поставок в Smart Manufacturing.Об’єктом даного дослідження є технологія управління групами мобільних роботів в концепції Industry 4.0 та її складових. Метою статті є аналіз шляхів реалізації ефективної стратегії та управління мобільними роботизованими платформами в складських системах, як ключового інструменту Lean Production. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: провести аналіз управління ланцюгами поставок в Smart Manufacturing, в рамках Industry 4.0, і його вплив на досягнення цілей Lean Production; дослідити еволюцію їх застосовуваних у складських технологіях в динаміці розвитку промислової революції Industry 4.0; проаналізувати еволюцію Warehouse Management Systems (WMS), як одного із найважливіших компонентів, які відповідають вимогам до автоматизації складування в Smart Manufacturing за допомогою групового управління мобільними роботизованими платформами; провести порівняння технологій, що застосовуються Warehousing 4.0 і системи управління складом та їх вплив на ключові показники Lean Production. Результати: одним із перспективних напрямків досягнення ефективності впровадження інструментів Lean Production у системи WMS є використання технології Collaborative Robot System, яка дає можливість забезпечити високу щільність зберігання товарів у Warehousing. Однак сучасні мобільними робототехнічними платформами мають свої обмеження, як у методах реалізації завантаження та вивантаження товарів, так і у конструкційному виконанні. Отже, автори вбачають завдання в удосконаленні конструкцій мобільних робототехнічних платформ, що дозволить розробити новий інтелектуальний груповий метод реалізації завантаження та вивантаження товарів, збільшивши щільність зберігання різнойменних товарів. Висновки: проведено загальний аналіз впливу технологій Warehousing 4.0 і Warehouse Management Systems на ключові інструменти Lean Production, який показує як впровадження нових технологій групового управління роботизованими платформами в Warehousing 4.0 і системи управління складами (WMS) впливає на ефективність таких інструментів Lean Production як: Heijunka, Just-in-time, 5S. Це дозволяє стверджувати, що впровадження нових моделей і методів управління складними складами з високою щільністю та хаотичним зберіганням виробів, шляхом використання мобільних робототехнічних автономних систем, дозволить значно оптимізувати процес управління ланцюгами поставок в Smart Manufacturing

Development of the Comprehensive Method Forquality Assessment of Plastic Parts

In present work we constructed the tree of quality indicators of plastic parts. A generalized algorithm is proposedto estimatethe quality level of plastic parts, which is the basis for the developmentof method forassessing the quality level of plastic parts. The designed algorithm, in contrast to those existing, includes a stage for the estimation of error in quality level, which will make it possible to improveaccuracy of determining thequality level of plastic parts. We devised acomprehensive method for evaluating quality of plastic parts. Its essence is in the fact that the obtained method allows us to determine anintegratedindicator of quality of plastic part, which includesa proposed nomenclature of quality indicators, represented in the form of the tree and the proposed generalized indicator of quality of plastic part.The developed comprehensive method differs from those existing by the proposed additional stage – the estimation of error in quality. Its essence is that it is necessary to determine: error in the number of properties that characterize quality; error in determiningthe weight coefficients;wear and aging of the materials that the MD are made of; error in the calculations of quality indicators;and permissible instrument errors. All these components will in turn make it possible to increase accuracy in the quality assessment of plastic parts.Results of present researchinto quality indicators ofpart's PMdemonstrated that for the selected part, one part of the values of relative quality indicators is larger than unity, and another part is lower, which does not make it possible to unambiguously estimate the quality level for the givenpart. The designed method is useful in the development of mathematical and CAD software for technological equipment. It might be applied in the fabrication of thermoplastic parts for radio-electronic equipment