priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-1-43-55pribor-31Research ArticleСПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК, ПОСВЯЩЕННЫЙ ПАМЯТИ Е. И. ЯБЛОЧНИКОВАSPECIAL ISSUE DEDICATED TO THE MEMORY OF E. I. YABLOCHNIKOVСервис-ориентированная архитектурная модель дискретной производственной системыService-oriented architectural model of discrete production systemАбышевО. А.AbyshevO. A.

Оман Аскарбекович Абышев - аспирант; факультет безопасности информационных технологий

Санкт-Петербург

Oman A. Abyshev - Post-Graduate Student; Faculty of Secure Informgation Technologies

St. Petersburg

abyshev.o@yandex.ruЯблочниковЕ. И.YablochnikovE. I.

Евгений Иванович Яблочников - канд. техн. наук, доцент  

Санкт-Петербург

Evgeny I. Yablochnikov - PhD, Associate Professor  

St. Petersburg

ЗаколдаевД. А.ZakoldaevD. A.

Данил Анатольевич Заколдаев - 

канд. техн. наук, доцент; факультет безопасности информационных технологий; декан факультета

Санкт-Петербург

Danil A. Zakoldaev - Ph.D., Associated Professor; Faculty of Secure Information Technologies; Dean of the Faculty

St. Petersburg

d.zakoldaev@mail.ruУниверситет ИТМОITMO University2023251120246614355Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/31

Обсуждаются проблематика и тенденции развития процесса проектирования. Представлен обзор современных требований к проектируемым производственным системам. Рассмотрены этапы развития моделей организации современных производственных систем и обозначена необходимость разработки новых архитектурных моделей таких систем с использованием технологий производственных киберфизических систем. Предложена архитектурная модель сервис-ориентированной производственной системы на основе референсной модели RAMI. Представлен пример реализации предложенной архитектурной модели на базе опытно-экспериментальной фабрики по выпуску магнитных композиционных материалов.  

The problems and development trends of the project design process are considered. A review of modern requirements to production systems design is presented. The stages of development of models of organization of modern production systems are analyzed, and the need to develop new architectural models of such systems using technologies of industrial cyber-physical systems is indicated. An architectural model of a service-oriented production system based on the RAMI reference model is proposed. An example of implementation of the proposed architectural model based on a pilot factory for the production of magnetic composite materials is given. 

производственные системыавтоматизация проектированияцифровое производствокиберфизические системыICPSRAMIархитектурная модель производстваproduction systemsdesign process automationdigital productioncyber-physical systemsICPSRAMIarchitectural model of productionReferencesOECD Digital Economy Outlook 2017. Paris: OECD Publ., 2017. DOI: 10.1787/9789264276284-en.OECD Digital Economy Outlook 2017, Paris, OECD Publishing, 2017, DOI: 10.1787/9789264276284-en.Monostori L., Kádár B., Bauernhansl T., Kondoh S., Kumara S., Reinhart G., Sauer O., Schuh G., Sihn W., Ueda K. Cyber-physical systems in manufacturing // CIRP Annals. 2016. Vol. 65, iss. 2. P. 621—641. DOI: ORG/10.1016/J.CIRP.2016.06.005.Monostori L., Kádár B., Bauernhansl T., Kondoh S., Kumara S., Reinhart G., Sauer O., Schuh G., Sihn W., Ueda K. CIRP Annals, 2016, no. 2(65), pp. 621–641, https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.06.005.Боровков А. И., Лысенко Л.В., Биленко П.Н. и др. Цифровое производство. Методы, экосистемы, технологии: Рабочий доклад Департамента корпоративного обучения Московской школы управления Сколково, 2017 [Электронный ресурс]: <http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2017/11_november/17/tsifrovoe_proizvodstvo_112017.pdf>.http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2017/11_november/17/tsifrovoe_proizvodstvo_112017.pdf. (in Russ.)Зильбербург Л. И., Молочник В. И., Яблочников Е. И. Информационные технологии в проектировании и производстве. СПб: Политехника, 2008. 304 с.Zilberburg L.I., Molochnik V.I., Yablochnikov E.I. Informatsionnyye tekhnologii v proyektirovanii i proizvodstve (Information Technology in Design and Production), St. Petersburg, 2008, 304 р. (in Russ.)Yablochnikov E. I., Chukichev A. V., Timofeeva O. S., Abyshev O. A., Abaev G. E., Colombo A. W. Development of an industrial cyber-physical platform for small series production using digital twins // Philosophical Trans. of the Royal Society A. 2021. N 379(2207). P. 20200370.Yablochnikov E.I., Chukichev A.V., Timofeeva O.S., Abyshev O.A., Abaev G.E. and Colombo A.W. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2021, no. 379(2207), pp. 20200370.Демкович Н. А., Абаев Г. Е., Яблочников Е. И. Многоуровневое моделирование цифровых производств // Ритм машиностроения. 2019 [Электронный ресурс]: <http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2017/11_november/17/tsifrovoe_proizvodstvo_112017.pdf>.Demkovich N.A., Abaev G.E., Yablochnikov E.I. Ritm mashinostroyeniya, 2019, https://beepitron.com/files/content/abaev_demkovich_yablochnikov_-_mnogourovnevoe_modelirovanie_cifrovyh_proizvodstv.pdf. (in Russ.)Чукичев А. В., Тимофеева О. С., Яблочников Е. И. Развитие производственно-технологической лаборатории как прототипа индустриальной киберфизической системы // Современное машиностроение. Наука и образование. 2020. № 9. С. 43—54.Chukichev A.V., Timofeeva O.S., Yablochnikov E.I. Modern engineering. Science and education, 2020, no. 9, pp. 43–54. (in Russ.)Schumacher A., Erol S., Sihn W. A Maturity Model for Assessing Industry 4.0 Readiness and Maturity of Manufacturing Enterprises // Procedia CIRP. 2016. N 52. P. 161—166.Schumacher A., Erol S., Sihn W. Procedia CIRP, 2016, vol. 52, рр. 161–166.Новикова И. В., Равино А. В. Определение страновых особенностей цифровизации в государствах ЕАЭС // Тр. БГТУ. Сер. 5: Экономика и управление. 2022. № 1(256) [Электронный ресурс]: <https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-stranovyh-osobennostey-tsifrovizatsii-v-gosudarstvah-eaes>.Novikova I.V., Ravino A.V. Proceedings of BSTU, 2022, no. 1(256), https://cyberleninka.ru/article/n/opredeleniestranovyh-osobennostey-tsifrovizatsii-v-gosudarstvah-eaes. (in Russ.)Radziwon A., Bilberg A., Bogers M., Madsen E. S. The smart factory: exploring adaptive and flexible manufacturing solutions // Procedia Engineering. 2014. N 69. P. 1184—1190.Radziwon A., Bilberg A., Bogers M., Madsen E.S. Procedia Engineering, 2014, vol. 69, рр. 1184–1190.Рот А. и др. Внедрение и развитие Индустрии 4.0. Основы, моделирование и примеры из практики / Пер. с нем.; под. ред. А. Ротa. М.: Техносфера, 2017. 294 с.Umsetzung und Entwicklung von Industrie 4.0. Grundlagen, Modellierung und Fallstudien, Springer, 2016.Manzei C., Schleupner L., Heinze R. Industrie 4.0 im internationalen Kontext. Berlin: VDE Verlag, 2017.Manzei C., Schleupner L., Heinze R. Industrie 4.0 im internationalen Kontext, Berlin, VDE VERLAG, 2017.Lee E. A., Cyber Physical Systems: Design Challenges Oriented Real-Time Distributed Computation // 11th IEEE Intern. Symp. on Object and Component-Oriented Real-Time Distributed Computation. 2008. P. 363—69;Lee E.A. 11th IEEE International Symposium on Object and Component-Oriented Real-Time Distributed Computation, 2008, pp. 363–369.Digitalized and Harmonized Industrial Production Systems: The PERFoRM Approach / A. W. Colombo, M. Gepp, J. B. Oliveira, P. Leitao, J. Barbosa, J. Wermann // CRC Press. 2019. 332 p.Colombo A.W., Gepp M., Oliveira J.B., Leitao P., Barbosa J., Wermann J. Digitalized and Harmonized Industrial Production Systems: The PERFoRM Approach, CRC Press, 2019, 332 p.Zuehlke D. Smart Factory—Towards a factory-of-things // Annual Reviews in Control. 2010. N 34(1). P. 129—138.Zuehlke D. Annual Reviews in Control, 2010, no. 1(34), pp. 129–138.Вигерс К., Битти Д. Разработка требований к программному обеспечению. М.: Изд-во „Русская редакция“. 2004.Wiegers K.E., Beatty J. Software Requirements, 3rd Edition, 2013.Gorecky D., Weyer S., Hennecke A., Zühlke D. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories // IFAC-PapersOnLine. 2016. N 49. P. 79—84.Gorecky D., Weyer S., Hennecke, A., Zühlke D. IFAC-PapersOnLine, 2016, vol. 49, рр. 79–84Lee J. Smart Factory Systems // Informatik Spektrum. 2015. N 38. P. 230—235.Lee J. Smart Factory Systems. Informatik Spektrum, 2015, vol. 38, рр. 230–235.Arnold C., Kiel D., Voigt K. Innovative Business Models for the Industrial Internet of Things // 26th Intern. Association for Management of Technology Conference (IAMOT). 2017. P. 1379—1396.Arnold C., Kiel D.; Voigt K. Innovative Business Models for the Industrial Internet of Things, BHM, 2017, vol. 162, рр. 371–381.Hermann M., Pentek T., Otto B. Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios: A Literature Review // Working Pap. 2015.Hermann M., Pentek T., Otto B. Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios: A Literature Review, Working Pap., 2015.Stock T., Seliger G. Opportunities of Sustainable Manufacturing in Industry 4.0 // Procedia CIRP. 2016. N 40. P. 536—541.Stock T., Seliger G. Procedia CIRP, 2016, vol. 40, рр. 536–541.Radziwon A., Bilberg A., Bogers M., Skov E. The Smart Factory: Exploring Adaptive and Flexible Manufacturing Solutions // Procedia Engineering. 2014. N 69.Radziwon A., Bilberg A., Bogers M., Skov E. Procedia Eng., 2014, vol. 69.Davis J., Edgar T., Porter J., Bernaden J., Sarli M. Smart manufacturing, manufacturing intelligence and demanddynamic performance // Comput. Chem. Eng. 2012. N 47. P. 145—156.Davis J., Edgar T., Porter J., Bernaden J., Sarli M. Comput. Chem. Eng., 2012, vol. 47, рр. 145–156.Gentner S. Industry 4.0: Reality, Future or just Science Fiction? How to Convince Today’s Management to Invest in Tomorrow’s Future! Successful Strategies for Industry 4.0 and Manufacturing IT // CHIMIA Intern. J. Chem. 2016. N 70. P. 628—633.Gentner S. CHIMIA Int. J. Chem., 2016, vol. 70, рр. 628–633.Li X., Li D., Wan J., Vasilakos A. V., Lai C. F., Wang S. A review of industrial wireless networks in the context of Industry 4.0 // Wireless Networks. 2017. N 23. P. 23—41.Li X., Li D., Wan J., Vasilakos A.V., Lai C.F., Wang S. Wirel. Netw., 2017, vol. 23, рр. 23–41.Qin J., Liu Y., Grosvenor R. A Categorical Framework of Manufacturing for Industry 4.0 and beyond // Procedia CIRP. 2016. N 52. P. 173—178.Qin J., Liu Y., Grosvenor R. Procedia CIRP, 2016, vol. 52, рр. 173–178.Rauch E., Dallasega P., Matt D. T. The Way from Lean Product Development (LPD) to Smart Product Development (SPD) // Procedia CIRP. 2016. N 50. P. 26—31.Rauch E., Dallasega P., Matt D.T. Procedia CIRP, 2016, vol. 50, рр. 26–31.Vogel-Heuser B., Hess D. Guest Editorial Industry 4.0 Prerequisites and Visions // IEEE Trans. Autom. Sci. Eng. 2016. N 13. P. 411—413.Vogel-Heuser B., Hess D. IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., 2016, vol. 13, рр. 411–413.Oesterreich T. D., Teuteberg F. Understanding the implications of digitisation and automation in the context of Industry 4.0: A triangulation approach and elements of a research agenda for the construction industry // Comput. Ind. 2016. N 83. P. 121—139.Oesterreich T.D., Teuteberg F. Comput. Ind., 2016, vol. 83, рр. 121–139.Kolberg D., Zühlke D. Lean Automation enabled by Industry 4.0 Technologies // IFAC-PapersOnLine. 2015. N 28. P. 1870—1875.Kolberg D., Zühlke D. IFAC-PapersOnLine, 2015, vol. 28, рр. 1870–1875.Kannan S. M., Suri K., Cadavid J., Barosan I., Van Den Brand M., Alferez M., Gerard S. Towards Industry 4.0: Gap analysis between current automotive MES and industry standards using model-based requirement engineering // Proc. IEEE Intern. Conf. on Software Architecture Workshops (ICSAW), Gothenburg, Sweden, 5—7 April 2017. P. 29—35.Kannan S.M., Suri K., Cadavid J., Barosan I., Van Den Brand M., Alferez M., Gerard S. Proceedings of the IEEE International Conference on Software Architecture Workshops (ICSAW), Gothenburg, Sweden, April 5–7, 2017, pp. 29–35.Cheng S. Q. K., Cheng K. Future Digital Design and Manufacturing: Embracing Industry 4.0 and Beyond // Chinese J. Mech. Eng. 2017. N 30. P. 1047—1049.Cheng S.Q.K., Cheng K. Chin. J. Mech. Eng., 2017, vol. 30, рр. 1047–1049.Dugenske A., Louchez A. The Factory of The Future Will Be Shaped by The Internet of Things // Advant. Bus. Media. 2014. N 19. P. 1—5.Dugenske A., Louchez A. Advant. Bus. Media, 2014, vol. 19, рр. 1–5.Erol S., Jäger A., Hold P., Ott K., Sihn W. Tangible Industry 4.0: A Scenario-Based Approach to Learning for the Future of Production // Procedia CIRP. 2016. N 54. P. 13—18.Erol S., Jäger A., Hold P., Ott K., Sihn W. Procedia CIRP, 2016, vol. 54, рр. 13–18.Robert H., Daniel V., Bilal A. Engineering the Smart Factory // Chinese J. Mech. Eng. 2016. N 29. P. 1046—1051.Robert H., Daniel V., Bilal A. Chin. J. Mech. Eng., 2016, vol. 29, рр. 1046–1051.Yao X., Jin H., Zhang J. Towards a wisdom manufacturing vision // Intern. J. Comput. Integr. Manuf. 2015. N 28. P. 1291—1312.Yao X., Jin H., Zhang J. Int. J. Comput. Integr. Manuf., 2015, vol. 28, рр. 1291–1312.Xun X. From cloud computing to cloud manufacturing // Robot. Comput. Integr. Manuf. 2012. N 28. P. 75—86.Xun X. Robot. Comput. Integr. Manuf. 2012, vol. 28, 75–86.Akeson L. Industry 4.0: Cyber-Physical Systems and Their Impact on Business Models: Master’s Thesis, Karlstads University, Karlstad, Sweden, 2016.Akeson L. Industry 4.0: Cyber-Physical Systems and Their Impact on Business Models, Master’s Thesis, Karlstads University, Karlstad, Sweden, 2016.ISA-95. Enterprise-Control System Integration: Стандарт проектирования интегрированных производств [Электронный ресурс]: <https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-standardscommittees/isa95>.ISA-95. Enterprise-Control System Integration, https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isastandards-committees/isa95.Быков В. П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении Л.: Машиностроение, 1989. 255 с.Bykov V.P. Metodicheskoye obespecheniye SAPR v mashinostroyenii (Methodological Support of CAD in Mechanical Engineering), Leningrad, 1989, 255 р. (in Russ.)Boyd A., Noller D., Peters P., Salkeld D., Thomasma T., Gifford C., Pike S., Smith A. SOA in manufacturing guidebook // MESA Intern. 2018. N 27. P. 24—29.Boyd A., Noller D., Peters P., Salkeld D., Thomasma T., Gifford C., Pike S., Smith A. SOA in manufacturing guidebook, MESA International, IBM Corporation and Capgemini co-branded white paper, 2008, pp. 24–29.Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems: The IMC-AESOP Approach / A. W. Colombo, T. Bangemann, S. Karnouskos, J. Delsing, P. Stluka, R. Harrison, F. Jammes, J. L. Lastra. Springer Science & Business Media, 2014. 245 p. ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2023. Т. 66, № 1Colombo A.W., Bangemann T., Karnouskos S., Delsing J., Stluka P., Harrison R., Jammes F., Lastra J.L. Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems: The IMC-AESOP Approach, Springer Science & Business Media, 2014, 245 p.Usländer T., Epple U. Reference model of Industrie 4.0 Service architectures: Basic concepts and approach // atAutomatisierungstechnik. 2015. N 63(10). P. 858—866.Usländer T., Epple U. at-Automatisierungstechnik, 2015, no. 10(63), pp. 858–866.Epple U. A Reference Architectural Model for Industrie 4.0. Aachen, Germany: RWTH Aachen Univ. 2016.Epple U. A Reference Architectural Model for Industrie 4.0, RWTH Aachen University, 2016.Park H. S., Febriani R. A. Modelling a platform for smart manufacturing system // Procedia Manufacturing. 2019. N 38. P.1660—1667.Park H.S., Febriani R.A. Procedia Manufacturing, 2019, vol. 38, pp. 1660–1667.Kannengiesser U., Müller H. Towards viewpoint-oriented engineering for Industry 4.0: A standards-based approach // IEEE Industrial Cyber-Physical Systems (ICPS). 2018, May. P. 51—56.Kannengiesser U., Müller H. 2018 IEEE Industrial Cyber-Physical Systems (ICPS), May 15, 2018, IEEE, pp. 51–56.Wang Y., Towara T., Anderl R. Topological approach for mapping technologies in reference architectural model Industrie 4.0 (RAMI 4.0) // Proc. of the World Congress on Engineering and Computer Science. 2017. Vol. 2. P. 25—27.Wang Y., Towara T., Anderl R. Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science, 2017, vol. 2, pp. 25–27.European Commission website. Production harmonizEd Reconfiguration of Flexible Robots and Machinery [Электронный ресурс]: <https://cordis.europa.eu/project/id/680435>.European Commission website. Production harmonizEd Reconfiguration of Flexible Robots and Machinery url: https://cordis.europa.eu/project/id/680435Abyshev O., Yablochnikov E. Research and Development of a Service-oriented Architecture for a Smart Factory Production System // Conf. of Open Innovations Association, FRUCT 2021. N 29. P. 395—399.Abyshev O., Yablochnikov E. Conference of Open Innovations Association, FRUCT 2021, no. 29, pp. 395–399

The authors declare that there are no conflicts of interest present.