CC BY
2
УДК 1082-004
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Н. К. Новосельский, Д. С. Гляделов, А. А. Рагозин Научный руководитель - А. В. Агалакова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: novoselskiy29@mail.ru
В статье проведен анализ зарубежного опыта внедрения киберфизических систем, представлена упрощенная схема и определены основные перспективы развития в Российской Федерации.
Ключевые слова: киберфизические системы, цифровизация, «Индустрия 4.0».
PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF CYBER-PHYSICAL SYSTEMS
IN THE RUSSIAN FEDERATION
N. K. Novoselskiy, D. S. Gliadelov, A. A. Ragozin Scientific adviser - A. V. Agalakova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: novoselskiy29@mail.ru
The article analyzes the foreign experience in the implementation of cyber-physical systems, presents a simplified diagram and identifies the main development prospects in the Russian Federation.
Key words: cyber-physical systems, digitalization, "Industry 4.0".
Современное развитие экономики ведущих стран сконцентрирована на формировании оптимальной стратегии развитии промышленности, которая должна соответствовать таким критериям как:
- кастомизированность, индивидуализация производства и персональная направленность;
- высокое качество работ, услуг и товаров;
- низкая стоимость конечной продукции совмещенной со скоростью вывода на рынок.
Достижение данных параметров возможно при развитии направлений деятельности
нового технологического уклада, которые нашли свое отражение в концепции «Индустрия 4.0». В настоящее время Индустрия 4.0 в современных условиях позволяет собирать и анализировать данные быстрее и эффективнее, обеспечивая при этом производство качественных товаров при более низких издержках. Это, в свою очередь, позволяет повысить производительность производства, способствует росту промышленности и меняет профиль рабочей силы, в результате чего усиливается конкурентоспособность предприятий и стран [1]. Можно выделить три основных драйвера, которые свидетельствуют о целесообразности перехода к «Индустрии 4.0» [1]:
1. Возможность интегрировать и лучше управлять горизонтальными и вертикальными цепями стоимости.
Секция «Инновационная экономика и управление»
2. Цифровые технологии и взаимосвязь товаров и услуг (Интернет вещей / услуг).
3. Новые цифровые бизнес-модели, которые предлагают значительную добавленную ценность для потребителей на основе индивидуальных решений.
Отметим, что в основе организации производственных предприятий «Индустрии 4.0» лежат [2] технологии промышленного Интернета вещей, облачные технологии, технологии сбора и обработки больших массивов производственных данных и др., обеспечивающие работу роботизированного автоматического технологического оборудования -киберфизических систем. Киберфизические системы представляют собой интеллектуальные системы, охватывающие взаимодействующие друг с другом физические компоненты, а также аппаратное и программное обеспечение, которые способны автономно общаться друг с другом, реагируя на изменения в реальном мире [3].
С целью определения перспектив внедрения киберфизических систем в структуру деятельности промышленных предприятий в России, представим зарубежный опыт внедрения проектов в деятельность, как организаций, так и в систему городов.
Одним из примеров может выступить компания Toshiba, которая использует принцип киберфизических систем в своём проекте виртуальной электростанции. Предприятие предложило использовать технологии интернета вещей, чтобы координировать работу распределённых источников энергии (солнечной, водородной и энергии ветра), потребляющих её электротранспортных средств. При помощи данных от устройств интернета вещей и технологий удалось оптимизировать энергопотребление системы, предсказать его масштабы и в итоге добиться максимальной экономии электроэнергии.
Цветков В.Я. в своей исследовательской работе подчеркнул [4] значимость киберфизических систем и определил роль их роль в развитии автономных автомобильных систем, медицинского мониторинга, систем управления технологическими процессами и робототехнических систем. Что позволило в киберфизических системах выдержать объединение теории кибернетики, мехатроники, проектирования и науки о процессах. В этих системах акцент чаще всего делается на вычислительных элементах и меньше на интенсивной связи между вычислительными и физическими элементами.
В настоящее время приоритет развития промышленных предприятий на базе использования цифровых технологий является ключевым. Для достижения поставленных целей по цифровой трансформации производства в Российской Федерации предусматривается ряд нормативно-правовых документов регламентирующие необходимость и этапы развития цифровизации. Представим разработанные и реализующие документы, регулирующие внедрение цифровых технологий и киберфизических систем:
1. Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации на 2017-2030 годы (утвержден Указом Президента РФ от 9 мая 2017 г.);
2. Программа «Цифровая экономика Российской Федерации (утвержден распоряжением Председателя Правительства РФ от 28 июля 2017 г.);
Реализация данных документов позволит достичь полной цифровизации производства, которая существенно поменяет производственные отношения, что приведет к синергетической интеграции вычислений и управления с физическими устройствами и процессами.
При анализе публикаций на тему киберфизических систем была выделена работа Кудрявцевой А. С.. Автор данного исследования предложила упрощенную схему работы киберфизической системы [5].
На рис. 1 изображены две сетевые платформы, каждая из которых имеет свои собственные датчики и/или исполнительные механизмы. Действия, выполняемые исполнительными механизмами, влияют на данные, предоставляемые датчиками через физический уровень. На рисунке Платформа 2 управляет физическим уровнем с помощью Привода. Она измеряет процессы на физическом уровне с использованием Датчика 2. Блок Вычисление 2 реализует закон управления, который на основе данных датчика определяет, какие команды подать на привод. Такой цикл называется контуром управления с обратной связью. Платформа 1
выполняет дополнительные измерения с использованием датчика 1 и отправляет сообщения на платформу 2 через сетевую структуру. Вычисление 3 реализует дополнительный закон управления, который объединен с Вычислением 2, возможно, вытесняя его [6].
Необходимо отметить, что происходит постоянное отслеживание и обратная связь в реальном времени от физических процессов, системы управления должны реагировать на действия в рамках ограничений в реальном времени, чтобы подключить интеллект на уровне устройства
Авторы статьи предлагают выделить отличительные особенности киберфизических систем, которые позволят показать их отличие от «Интернет вещей» (Internet of Things -IoT). Данными отличительными особенностями являются:
- высокая комбинация и координация между физическими и вычислительными элементами;
- цифровая интеграция и распределенная коммуникация;
- допускаемый параллелизм процессов;
- наличие нисходящих, восходящих и регулирующих потоков и др.;
Таким образом, повсеместное внедрение машинного обучения в российское производство, позволит направить экономическое развитие в нужное направление и стать глобальным экономическим конкурентом. На данный момент у России имеется широкая научно-техническая и технологическая база для развития киберфизических систем. В дальнейшем развитие данной области в большей степени зависит от государства и его готовности оказать поддержку различным отраслям промышленности и внедрению новых технологий на законодательном и экономическом уровнях. Однако стоит учесть то факт, что технологическое будущее любого предприятия во многом зависит от стратегии его инновационного развития, которые реализуются и внедряются самим предприятием.
1. Калашников С. А., Отто В. С., Конычева Н. А. Перспективы развития цифровой индустрии в экономике России // Вопросы экономики и права. 2017. № 112. С. 25-28.
2. Механизмы интеграции и кооперации сложных экономических систем в соответствии с концепцией «индустрия 4.0» // В.Я. Захаров, Трофимов О.В., Фролов В.Г. и др. // Научно-практический журнал «Вопросы инновационной экономики». 2019. №4. Т.9. С. 1341-1356.
3. Habr. Сообщество IT-специалистов [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/438262/ (дата обращения: 12.03.2021).
5. Цветков В. Я. Киберфизические системы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - № 6 (Ч. 1) - С. 64-65
6. Кудрявцева А. С. Киберфизическая система как развитие автоматизации на всех этапах жизненного цикла деятельности предприятия на основе внедрения цифровых технологий // Системный анализ в проектировании и управлении. 2019. №1 (13). С. 309-320
Сетевая структура
Рис. 1 — Упрощенная схема работы киберфизической системы
Библиографические ссылки
© Новосельский Н. К., Гляделов Д. С., Рагозин А. А., 2021
