priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-11-953-967pribor-429Research ArticleИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫINFORMATION-MEASURING AND CONTROL SYSTEMSКонцептуальная модель цифрового двойника адаптивной системы управления производством малых космических аппаратовConceptual model of the digital twin of an adaptive control system for small spacecraft productionКузьменкоВ. П.KuzmenkoV. P.

Владимир Павлович Кузьменко — канд. техн. наук, доцент; кафедра электромеханики и робототехники; доцент

Санкт-Петербург 

Vladimir P. Kuzmenko — PhD, Associate Professor; Department of Electromechanics and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg 

mr.konnny@gmail.comРысинА. В.RysinA. V.

Александр Владимирович Рысин — кафедра электромеханики и робототехники; старший преподаватель

Санкт-Петербург 

Alexander V. Rysin — Department of Electromechanics and Robotics; Senior Lecturer

St. Petersburg 

Galewon@yandex.ruБобрышовА. П.BobryshovA. P.

Алексей Павлович Бобрышов — кафедра электромеханики и робототехники; старший преподаватель

Санкт-Петербург 

Aleksey P. Bobryshov — Department of Electromechanics and Robotics; Senior Lecturer

St. Petersburg 

ap.bobryshov@mail.ruЛачС. Ю.LachS. Yu.

Сергей Юрьевич Лач — кафедра электромеханики и робототехники; старший преподаватель

Санкт-Петербург 

Sergey Yu. Lach — Department of Electromechanics and Robotics; Senior Lecturer

St. Petersburg 

lach_su@guap.ruСолёнаяО. Я.SolyonayaO. Ya.

Оксана Ярославовна Солёная — канд. техн. наук, доцент; кафедра электромеханики и робототехники; доцент

Санкт-Петербург 

Oksana Ya. Solyonaya — PhD, Associate Professor; SDepartment of Electromechanics and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg 

osolenaya@list.ruСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияSt. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation2025151220256811953967Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/429

Разработана концепция многоуровневого цифрового двойника для адаптивного производства малых космических аппаратов типа CubeSat. Формализована архитектура цифрового двойника, обеспечивающая сквозную синхронизацию данных с опорой на структурно-функциональную модель изделия, маршрута сборки и производственной системы. Методологической основой послужила стохастическая календарно-сетевая модель с динамической маршрутизацией сборочных операций. В среде MatLab/Simulink выполнена симуляция предложенной модели с расчетом времени производственного цикла и коэффициента общей эффективности оборудования. Сформулирована математическая модель адаптивного планирования производственного цикла малых космических аппаратов типа CubeSat, в которой целевая функция минимизации объединяет отклонение календарного времени, интегральную эффективность оборудования и коэффициент брака, а симуляция осуществляется с учетом сетевых ограничений, матрицы предшествования и лимитов загрузки по типам ресурсов. Разработанная архитектура может применяться для организации автоматизированного контроля, планирования и адаптации производственного процесса при серийной сборке малых космических аппаратов.

A multi-level digital twin concept for adaptive manufacturing of small spacecraft of the CubeSat type is developed. The architecture of the digital twin is formalized, providing end-to-end data synchronization based on the structural and functional model of the product, the assembly route and the production system. A stochastic calendarnetwork model with dynamic routing of assembly operations is used as a methodological basis. In the MatLab/Simulink environment, a simulation of the proposed model is performed with calculation of the production cycle time and the overall efficiency coefficient of the equipment. A mathematical model of adaptive production cycle planning for small CubeSattype spacecraft is formulated, in which the minimization objective function combines calendar time deviation, integrated equipment efficiency and rejection rate, and the simulation is carried out taking into account network constraints, the precedence matrix and load limits by resource type. The developed architecture can be used to organize automated control, planning and adaptation of the production process during the serial assembly of small spacecraft.

малый космический аппаратCubeSatцифровой двойникадаптивное производствомаршрутная картастохастическая симуляциясборочная линияsmall spacecraftCubeSatdigital twinadaptive manufacturingassembly routestochastic simulationproduction lineработа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № FSRF-2023-0003 „Фундаментальные основы построения помехозащищенных систем космической и спутниковой связи, относительной навигации, технического зрения и аэрокосмического мониторинга“.The work was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Agreement No. FSRF-2023-0003 ”Fundamental principles for building interference-proof systems for space and satellite communications, relative navigation, technical vision and aerospace monitoring“.ReferencesCubeSat Design Specification: (1U – 12U) / The CubeSat Program, Cal Poly SLO. Rev. 14.1. San Luis Obispo, CA: California Polytechnic State University, 2022. 38 р.CubeSat Design Specification (1U–12U), The CubeSat Program, Cal Poly SLO, San Luis Obispo, CA, California Polytechnic State University, 2022, 38 р.Плотников Л. А. Перспективы реализации спутниковой группировки „Сфера“ для обеспечения достижений научно-технических целей развития Российской Федерации // Экономика и качество систем связи. 2024. № 1(31). С. 122–128.Plotnikov L.A. Ekonomika i kachestvo sistem svyazi, 2024, no. 1(31), pp. 122–128. (in Russ.)Kulu E. CubeSats & Nanosatellites – 2024 Statistics, Forecast and Reliability // Proc. of the 75th Intern. Astronautical Congress (IAC 2024). Milan, Italy, 14–18 October 2024. Paper no. IAC-24.B4.6A.13.Kulu E. Proceedings of the 75th International Astronautical Congress (IAC 2024), Milan, Italy, October 14–18, 2024, Paper no. IAC-24.B4.6A.13.Iranshahi K., Brun J., Arnold T., Sergi T., Müller U. C. Digital twins: Recent advances and future directions in engineering fields // Intelligent Systems with Applications. 2025. Vol. 26. Art. no. 200516. DOI: 10.1016/j.iswa.2025.200516.Iranshahi K., Brun J., Arnold T., Sergi T., Müller U.C. Intelligent Systems with Applications, 2025. vol. 26, art. 200516, DOI: 10.1016/j.iswa.2025.200516.Moenck K., Rath J. E., Koch J. et al. Digital twins in aircraft production and MRO: challenges and opportunities // CEAS Aeronaut J. 2024. Vol. 15. Р. 1051–1067. https://doi.org/10.1007/s13272-024-00740-y.Moenck K., Rath J.E., Koch J. et al. CEAS Aeronaut J., 2024, vol. 15, рр. 1051–1067, https://doi.org/10.1007/s13272-024-00740-y.Malone P. K. Economics of Digital Twins in Aerospace and Defense // Proc. of the 2024 Intern. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA 2024). Turin, Italy, 2–6 September 2024. 10 p.Malone P.K. Proceedings of the 2024 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA 2024), Turin, Italy, September 2–6, 2024.Li L., Sohaib A., Wileman A. J., Perinpanayagam S. Digital Twin in Aerospace Industry: A Gentle Introduction // IEEE Access. 2021. Vol. 10. Р. 9543–9562. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3136458.Li L., Sohaib A., Wileman A. J., Perinpanayagam S. IEEE Access, 2021, vol. 10, рр. 9543–9562, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3136458.Shao G., Frechette S., and Srinivasan V. An Analysis of the New ISO 23247 Series of Standards on Digital Twin Framework for Manufacturing // 2023 MSEC Manufacturing Science & Engineering Conference. New Brunswick, NJ, US 2023 [Электронный ресурс]: <https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=935765>.Shao G., Frechette S., Srinivasan V. 2023 MSEC Manufacturing Science & Engineering Conference, New Brunswick, NJ, US, 2023, https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=935765.Leutert F., Bohlig D., Kempf F., Schilling K., Mühlbauer M., Ayan B., Hulin T., Stulp F., Albu-Schäffer A., Kutscher V., Plesker C., Dasbach T., Damm S., Anderl R., Schleich B. AI-enabled Cyber–Physical In-Orbit Factory: AI approaches based on digital twin technology for robotic small satellite production // Acta Astronautica. 2024. Vol. 217. P. 1–17. DOI: 10.1016/j.actaastro.2024.01.019.Leutert F., Bohlig D., Kempf F., Schilling K., Mühlbauer M., Ayan B., Hulin T., Stulp F., Albu-Schäffer A., Kutscher V., Plesker C., Dasbach T., Damm S., Anderl R., Schleich B. Acta Astronautica, 2024, vol. 217, рр. 1–17, DOI: 10.1016/j.actaastro.2024.01.019.Liu Lilan, Guo Kai, Gao Zenggui, Li Jiaying, Sun Jiachen. Digital Twin-Driven Adaptive Scheduling for Flexible Job Shops // Sustainability. 2022. Vol. 14. Р. 5340. 10.3390/su14095340.Liu Lilan, Guo Kai, Gao Zenggui, Li Jiaying, & Sun Jiachen. Sustainability, 2022, vol. 14, рр. 5340, 10.3390/su14095340.Афанасьев М. Я., Федосов Ю. В., Крылова А. А., Шорохов С. А. Применение машинного зрения в задачах автоматического позиционирования инструмента модульного оборудования // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 9. С. 830–839.Afanasiev M.Ya., Fedosov Yu.V., Krylova A.A., Shorokhov S.A. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 9(63), pp. 830–839, DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-9-830-839. (in Russ.)Grznár P., Papánek L., Marčan M., Krajčovič M., Antoniuk I., Mozol Š., & Mozolová L. Enhancing Production Efficiency Through Digital Twin Simulation Scheduling // Applied Sciences. 2025. Vol. 15(7). С. 3637. https://doi.org/10.3390/app15073637.Grznár P., Papánek L., Marčan M., Krajčovič M., Antoniuk I., Mozol Š., Mozolová L. Applied Sciences, 2025, no. 7(15), pp. 3637, https://doi.org/10.3390/app15073637.Кузьменко В. П., Солёный С. В. Разработка модели цифрового двойника для гибридной производственной линии по сборке светодиодных осветительных приборов // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 10. С. 725–734. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-10-725-734.Kuzmenko V.P., Soleniy S.V. Journal of Instrument Engineering, 2022, no. 10(65), pp. 725–734. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-10-725-734. (in Russ.)Жарасов Б. С., Абрамов В. И. Цифровые двойники в управлении производством: принципы создания, проблемы внедрения и перспективы развития // Современная экономика: проблемы и решения. 2024. № 6. С. 80–94. https://doi.org/10.17308/meps/2078-9017/2024/6/80-94.Zharasov B.S., Abramov V.I. Sovremennaya ekonomika: problemy i resheniya, 2024, no. 6, pp. 80–94, https://doi.org/10.17308/meps/2078-9017/2024/6/80-94. (in Russ.)Абузов А. В., Зинкевич А. В., Мартынов А. А. Разработка цифрового двойника роботизированного манипулятор // Инженерный вестник Дона. 2024. № 8(116). С. 59.Abuzov A.V., Zinkevich A.V., Martynov A.A. Inzhenernyy vestnik Dona, 2024, no. 8(116), pp. 59. (in Russ.)

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