DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.326-332
Особливості побудови програмної симуляції для оптимізації ефективності використання та надійності експлуатації автоматизованих виробничих ліній методами ШІ
Про авторів
Ковальов Сергій Григорович , кандидат педагогічних наук, доцент кафедри вищої математики та фізики, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-3922-8697, e-mail: kovalyovserggr@ukr.net
Аулін Віктор Васильович , професор, доктор технічних наук, професор кафедри експлуатації та ремонту машин, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2737-120X, e-mail: aulinvv@gmail.com
Гриньків Андрій Вікторович , старший дослідник, кандидат технічних наук, старший викладач кафедри експлуатації та ремонту машин, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4478-1940, e-mail: AVGrinkiv@gmail.com
Ковальов Юрій Григорович , кандидат технічних наук, доцент кафедри матеріалознавства та ливарного виробництва, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1729-2033, e-mail: yukovalyov@ukr.net
Анотація
У роботі розглядається концепція інтеграції штучного інтелекту в автоматизовану виробничу лінію через створення та впровадження комп’ютерної симуляцій. Як прикладу наведено експериментальну платформу виготовлення агродронів, яка є реальним середовищем для перевірки результатів впровадження методів штучного інтелекту для її оптимізації. Симуляційна модель реалізована з використанням об’єктно-орієнтованого підходу, що забезпечує гнучкість структури та дозволяє замінювати окремі компоненти на ШІ-агентів. Інтелектуальні агенти, інтегровані в модель, виконують функції навчання, адаптації та оптимізації, спрямовані на підвищення продуктивності, зменшення простоїв і покращення якості виробництва. У дослідженні також розглянуто переваги використання цифрових двійників – віртуальних аналогів фізичних систем, що синхронізуються з реальними даними – та порівняно два типи симуляційних платформ: графічні (на базі рушіїв Unity) і консольні, які забезпечують різні рівні деталізації та контролю. Окрему увагу приділено аналізу архітектури симуляції, її модульності та потенціалу масштабування. Отримані результати можуть бути використані як основа для впровадження інтелектуальних систем управління в промислових умовах, зокрема в контексті цифровізації та переходу до гнучких виробничих середовищ.
Ключові слова
штучний інтелект (ШІ), автоматизовані виробничі лінії, комп’ютерна симуляція, інтелектуальні агенти, оптимізація ефективності, цифрові близнюки, архітектура симуляційних моделей, інтеграція ШІ у виробництво
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Sajadieh, S.M.M., & Noh, S. D. (2025). From simulation to autonomy: Reviews of the integration of artificial intelligence and digital twins. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing- Green Technology, 12, 1597–1628. https://doi.org/10.1007/s40684-025-00750-z
2. Lee, H., & Yang, H. (2023). Digital twinning and optimization of manufacturing process flows. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 145 (11), 111008. https://doi.org/10.1115/1.4063234
3. Li, J., & Yang, S. X. (2025). Digital twins to embodied artificial intelligence: Review and perspective. Intelligent Robotics, 5(1), 202–227. https://doi.org/10.20517/ir.2025.1
4. Jeong, Y. (2023). Digitalization in production logistics: How AI, digital twins, and simulation are driving the shift from model-based to data-driven approaches. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Smart Technology, 1(2), 187–200. https://doi.org/10.57062/ijpem-st.2023.0052
5. Aulin, V. V., Grynkiv, A. V., Lysenko, S. V., & Holub, D. V. (2019). Synergetics of improving machine reliability using Markov process models. In *Proceedings the Development of Structures and Technical Service of Agricultural Machinery and Tools: materialy pyatoi vseukrainskoi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi (pp. 242–245). Zhytomyr: Zhytomyr Agricultural College [in Ukrainian]
6. Aulin, V. V. (Ed.). (2020). Methodological foundations for the design and operation of intelligent transport and production systems. Kropyvnytskyi: Vydavets Lysenko V. F. [in Ukrainian]
7. Ohira, K., & Ohira, T. (2025). Solving a delay differential equation through the Fourier transform. Physics Letters A, 531, 130138. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2024.130138
8. Derbas, M., Frömel-Frybort, S., Möhring, H.-C., & Riegler, M. (2025). Accelerated singular spectrum analysis and machine learning to investigate wood machining acoustics. Mechanical Systems and Signal Processing, 223, 111879. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2024.111879
9. Aulin, V. V., Kovalov, S. H., Grynkiv, A. V., & Varvarov, V. V. (2024). Optimization algorithm for reliability and efficiency of production equipment using artificial intelligence methods. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10 (41), Part I, 60–67. [in Ukrainian]
10. Kovalov, S. H., & Kovalov, Yu. H. (2024). Features of implementing artificial neural network models in hardware. Science and Technology Today. Series: Engineering, 6(34), 854–866. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.52058/2786-6025-2024-6(34)
11. Barillaro, L. (2024). Deep learning platforms: Keras. In Reference Module in Life Sciences. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-95502-7.00092-0
12. Pandya, S., & Ghayvat, H. (2021). Ambient acoustic event assistive framework for identification, detection, and recognition of unknown acoustic events of a residence. Advanced Engineering Informatics, 47, 101238. https://doi.org/10.1016/j.aei.2020.101238
13. Aulin, V. V., Kovalov, S. H., Grynkiv, A. V., & Varvarov, V. V. (2024). Improving reliability and efficiency of production lines using artificial intelligence and acoustic signal monitoring. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10 (41), Part II. 142–151 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32515/2664- 262X.2024.10(41).2.142-151
14. Kovalov, S. H., Aulin, V. V., Grynkiv, A. V., & Kovalov, Y. H. (2025). Modeling the stochastic state matrix of a production line to optimize its operational reliability using reinforcement learning. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 11 (42), Part II. 195–203. https://doi.org/10.32515/2664- 262X.2025.11(42).2.195-203
15. Kovalov, S. H. (2025). Production time optimization using reinforcement learning as a case of improving automated production line efficiency. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 11 (42), Part I. 198–205 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.198-205
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Sajadieh S. M. M., Noh S. D. From Simulation to Autonomy: Reviews of the Integration of Artificial Intelligence and Digital Twins. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2025. Vol. 12. P. 1597–1628. DOI: 10.1007/s40684-025-00750-z.
2. Lee H., Yang H. Digital Twinning and Optimization of Manufacturing Process Flows. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2023. Vol. 145, № 11. Article 111008. DOI: 10.1115/1.4063234.
3. Li J., Yang S. X. Digital Twins to Embodied Artificial Intelligence: Review and Perspective. Intelligent Robotics. 2025. Vol. 5, № 1. P. 202–227. DOI: 10.20517/ir.2025.1.
4. Jeong Y. Digitalization in Production Logistics: How AI, Digital Twins, and Simulation are Driving the Shift from Model-Based to Data-Driven Approaches. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Smart Technology. 2023. Vol. 1, № 2. P. 187–200. DOI: 10.57062/ijpem-st.2023.0052.
5. Аулін В. В., Гриньків А. В., Лисенко С. В., Голуб Д. В. Синергетика підвищення надійності машин використанням моделей Марківських процесів. Перспективи і тенденції розвитку конструкцій та технічного сервісу сільськогосподарських машин і знарядь: матеріали V Всеукр. наук.-практ. конф., 9- 10 квіт. 2019 р. Житомир: Житомирський агротехнічний коледж, 2019. С. 242–245.
6. Методологічні основи проектування та функціонування інтелектуальних транспортних і виробничих систем / за ред. В. В. Ауліна. Кропивницький: Видавець Лисенко В. Ф., 2020. 428 с.
7. Ohira K., Ohira T. Solving a Delay Differential Equation Through the Fourier Transform. Physics Letters A. 2025. Vol. 531. Article 130138. DOI: 10.1016/j.physleta.2024.130138.
8. Derbas M., Frömel-Frybort S., Möhring H.-C., Riegler M. Accelerated Singular Spectrum Analysis and Machine Learning to Investigate Wood Machining Acoustics. Mechanical Systems and Signal Processing. 2025. Vol. 223. Article 111879. DOI: 10.1016/j.ymssp.2024.111879.
9. Аулін В. В., Ковальов С. Г., Гриньків А. В., Варваров В. В. Алгоритм оптимізації надійності функціонування та ефективності використання виробничого обладнання методами штучного інтелекту. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2024. Вип. 10(41), ч. I. С. 60–67.
10. Ковальов С. Г., Ковальов Ю. Г. Особливості реалізації моделі штучної нейронної мережі апаратними засобами. Наука і техніка сьогодні. Серія «Техніка». 2024. № 6(34). С. 854–866. DOI: 10.52058/2786- 6025-2024-6(34).
11. Barillaro L. Deep Learning Platforms: Keras. Reference Module in Life Sciences. 2024. January. DOI: 10.1016/B978-0-323-95502-7.00092-0.
12. Pandya S., Ghayvat H. Ambient Acoustic Event Assistive Framework for Identification, Detection, and Recognition of Unknown Acoustic Events of a Residence. Advanced Engineering Informatics. 2021. Vol. 47. Article 101238. DOI: 10.1016/j.aei.2020.101238.
13. Аулін В. В., Ковальов С. Г., Гриньків А. В., Варваров В. В. Підвищення надійності та ефективності експлуатації виробничих ліній методами штучного інтелекту, використовуючи моніторинг акустичних сигналів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2024. Вип. 10(41), ч. ІІ. С. 142–151. DOI: 10.32515/2664-262X.2024.10(41).2.142-151.
14. Kovalov S. G., Aulin V. V., Grynkiv A. V., Kovalov Yu. G. Modeling the Stochastic State Matrix of a Production Line for Optimize its Operational Reliability Using Reinforcement Learning. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2025. Issue 11(42), Part II. P. 195–203. DOI: 10.32515/2664- 262X.2025.11(42).2.195-203.
15. Ковальов С. Г. Оптимізація часу виробництва за допомогою методу навчання з підкріпленням як частинний випадок підвищення ефективності автоматизованих виробничих ліній. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), Ч. I. С. 198–205. DOI: 10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.198-205.
Copyright (c) 2025 С. Г. Ковальов, В. В. Аулін, А. В. Гриньків, Ю. Г. Ковальов
Особливості побудови програмної симуляції для оптимізації ефективності використання та надійності експлуатації автоматизованих виробничих ліній методами ШІ
Про авторів
Ковальов Сергій Григорович , кандидат педагогічних наук, доцент кафедри вищої математики та фізики, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0002-3922-8697, e-mail: kovalyovserggr@ukr.net
Аулін Віктор Васильович , професор, доктор технічних наук, професор кафедри експлуатації та ремонту машин, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2737-120X, e-mail: aulinvv@gmail.com
Гриньків Андрій Вікторович , старший дослідник, кандидат технічних наук, старший викладач кафедри експлуатації та ремонту машин, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4478-1940, e-mail: AVGrinkiv@gmail.com
Ковальов Юрій Григорович , кандидат технічних наук, доцент кафедри матеріалознавства та ливарного виробництва, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1729-2033, e-mail: yukovalyov@ukr.net
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Sajadieh, S.M.M., & Noh, S. D. (2025). From simulation to autonomy: Reviews of the integration of artificial intelligence and digital twins. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing- Green Technology, 12, 1597–1628. https://doi.org/10.1007/s40684-025-00750-z
2. Lee, H., & Yang, H. (2023). Digital twinning and optimization of manufacturing process flows. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 145 (11), 111008. https://doi.org/10.1115/1.4063234
3. Li, J., & Yang, S. X. (2025). Digital twins to embodied artificial intelligence: Review and perspective. Intelligent Robotics, 5(1), 202–227. https://doi.org/10.20517/ir.2025.1
4. Jeong, Y. (2023). Digitalization in production logistics: How AI, digital twins, and simulation are driving the shift from model-based to data-driven approaches. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Smart Technology, 1(2), 187–200. https://doi.org/10.57062/ijpem-st.2023.0052
5. Aulin, V. V., Grynkiv, A. V., Lysenko, S. V., & Holub, D. V. (2019). Synergetics of improving machine reliability using Markov process models. In *Proceedings the Development of Structures and Technical Service of Agricultural Machinery and Tools: materialy pyatoi vseukrainskoi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi (pp. 242–245). Zhytomyr: Zhytomyr Agricultural College [in Ukrainian]
6. Aulin, V. V. (Ed.). (2020). Methodological foundations for the design and operation of intelligent transport and production systems. Kropyvnytskyi: Vydavets Lysenko V. F. [in Ukrainian]
7. Ohira, K., & Ohira, T. (2025). Solving a delay differential equation through the Fourier transform. Physics Letters A, 531, 130138. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2024.130138
8. Derbas, M., Frömel-Frybort, S., Möhring, H.-C., & Riegler, M. (2025). Accelerated singular spectrum analysis and machine learning to investigate wood machining acoustics. Mechanical Systems and Signal Processing, 223, 111879. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2024.111879
9. Aulin, V. V., Kovalov, S. H., Grynkiv, A. V., & Varvarov, V. V. (2024). Optimization algorithm for reliability and efficiency of production equipment using artificial intelligence methods. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10 (41), Part I, 60–67. [in Ukrainian]
10. Kovalov, S. H., & Kovalov, Yu. H. (2024). Features of implementing artificial neural network models in hardware. Science and Technology Today. Series: Engineering, 6(34), 854–866. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.52058/2786-6025-2024-6(34)
11. Barillaro, L. (2024). Deep learning platforms: Keras. In Reference Module in Life Sciences. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-95502-7.00092-0
12. Pandya, S., & Ghayvat, H. (2021). Ambient acoustic event assistive framework for identification, detection, and recognition of unknown acoustic events of a residence. Advanced Engineering Informatics, 47, 101238. https://doi.org/10.1016/j.aei.2020.101238
13. Aulin, V. V., Kovalov, S. H., Grynkiv, A. V., & Varvarov, V. V. (2024). Improving reliability and efficiency of production lines using artificial intelligence and acoustic signal monitoring. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 10 (41), Part II. 142–151 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32515/2664- 262X.2024.10(41).2.142-151
14. Kovalov, S. H., Aulin, V. V., Grynkiv, A. V., & Kovalov, Y. H. (2025). Modeling the stochastic state matrix of a production line to optimize its operational reliability using reinforcement learning. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 11 (42), Part II. 195–203. https://doi.org/10.32515/2664- 262X.2025.11(42).2.195-203
15. Kovalov, S. H. (2025). Production time optimization using reinforcement learning as a case of improving automated production line efficiency. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 11 (42), Part I. 198–205 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.198-205
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Sajadieh S. M. M., Noh S. D. From Simulation to Autonomy: Reviews of the Integration of Artificial Intelligence and Digital Twins. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2025. Vol. 12. P. 1597–1628. DOI: 10.1007/s40684-025-00750-z.
2. Lee H., Yang H. Digital Twinning and Optimization of Manufacturing Process Flows. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2023. Vol. 145, № 11. Article 111008. DOI: 10.1115/1.4063234.
3. Li J., Yang S. X. Digital Twins to Embodied Artificial Intelligence: Review and Perspective. Intelligent Robotics. 2025. Vol. 5, № 1. P. 202–227. DOI: 10.20517/ir.2025.1.
4. Jeong Y. Digitalization in Production Logistics: How AI, Digital Twins, and Simulation are Driving the Shift from Model-Based to Data-Driven Approaches. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Smart Technology. 2023. Vol. 1, № 2. P. 187–200. DOI: 10.57062/ijpem-st.2023.0052.
5. Аулін В. В., Гриньків А. В., Лисенко С. В., Голуб Д. В. Синергетика підвищення надійності машин використанням моделей Марківських процесів. Перспективи і тенденції розвитку конструкцій та технічного сервісу сільськогосподарських машин і знарядь: матеріали V Всеукр. наук.-практ. конф., 9- 10 квіт. 2019 р. Житомир: Житомирський агротехнічний коледж, 2019. С. 242–245.
6. Методологічні основи проектування та функціонування інтелектуальних транспортних і виробничих систем / за ред. В. В. Ауліна. Кропивницький: Видавець Лисенко В. Ф., 2020. 428 с.
7. Ohira K., Ohira T. Solving a Delay Differential Equation Through the Fourier Transform. Physics Letters A. 2025. Vol. 531. Article 130138. DOI: 10.1016/j.physleta.2024.130138.
8. Derbas M., Frömel-Frybort S., Möhring H.-C., Riegler M. Accelerated Singular Spectrum Analysis and Machine Learning to Investigate Wood Machining Acoustics. Mechanical Systems and Signal Processing. 2025. Vol. 223. Article 111879. DOI: 10.1016/j.ymssp.2024.111879.
9. Аулін В. В., Ковальов С. Г., Гриньків А. В., Варваров В. В. Алгоритм оптимізації надійності функціонування та ефективності використання виробничого обладнання методами штучного інтелекту. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2024. Вип. 10(41), ч. I. С. 60–67.
10. Ковальов С. Г., Ковальов Ю. Г. Особливості реалізації моделі штучної нейронної мережі апаратними засобами. Наука і техніка сьогодні. Серія «Техніка». 2024. № 6(34). С. 854–866. DOI: 10.52058/2786- 6025-2024-6(34).
11. Barillaro L. Deep Learning Platforms: Keras. Reference Module in Life Sciences. 2024. January. DOI: 10.1016/B978-0-323-95502-7.00092-0.
12. Pandya S., Ghayvat H. Ambient Acoustic Event Assistive Framework for Identification, Detection, and Recognition of Unknown Acoustic Events of a Residence. Advanced Engineering Informatics. 2021. Vol. 47. Article 101238. DOI: 10.1016/j.aei.2020.101238.
13. Аулін В. В., Ковальов С. Г., Гриньків А. В., Варваров В. В. Підвищення надійності та ефективності експлуатації виробничих ліній методами штучного інтелекту, використовуючи моніторинг акустичних сигналів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2024. Вип. 10(41), ч. ІІ. С. 142–151. DOI: 10.32515/2664-262X.2024.10(41).2.142-151.
14. Kovalov S. G., Aulin V. V., Grynkiv A. V., Kovalov Yu. G. Modeling the Stochastic State Matrix of a Production Line for Optimize its Operational Reliability Using Reinforcement Learning. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2025. Issue 11(42), Part II. P. 195–203. DOI: 10.32515/2664- 262X.2025.11(42).2.195-203.
15. Ковальов С. Г. Оптимізація часу виробництва за допомогою методу навчання з підкріпленням як частинний випадок підвищення ефективності автоматизованих виробничих ліній. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), Ч. I. С. 198–205. DOI: 10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.198-205.
Copyright (c) 2025 С. Г. Ковальов, В. В. Аулін, А. В. Гриньків, Ю. Г. Ковальов