vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-309Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICS«ИНДУСТРИЯ 4.0»: ОТ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ И АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ К САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЮ МАШИН И ОРГАНИЗМОВ“INDUSTRY 4.0”: FROM INFORMATION AND COMMUNICATION AND ADDITIVE TECHNOLOGIES TO SELF-REPRODUCTION OF MACHINES AND ORGANISMSВитязьП. А.VitiazP. A.

академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, руководитель аппарата Национальной академии наук Беларуси; главный научный сотрудник

Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Head of Academy Staff of the National Academy of Sciences of Belarus; Head Researcher

vitiaz@presidium.bas-net.byХейфецМ. Л.KheifetzM. L.

доктор технических наук, профессор, заместитель академика-секретаря Отделения физико-технических наук Национальной академии наук Беларуси;

главный научный сотрудник

D. Sc. (Engineering), Professor, Deputy Academician-Secretary of the Department of Physical-Engineering Sciences of the National Academy of Sciences of Belarus;

Head Researcher

mlk-z@mail.ruЧижикС. А.ChizhikS. A.

академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, первый заместитель Председателя Президиума Национальной академии наук Беларуси;

главный научный сотрудник

Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Vice-Chairman of the Presidium of the National Academy of Sciences of Belarus;

Head Researcher

chizhik@presidium.bas-net.byПрезидиум Национальной академии наук Беларуси; Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of Belarus; Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusПрезидиум Национальной академии наук Беларуси; ГНПО «Центр» Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of Belarus; State Scientific and Production Association “Center” of the National Academy of Sciences of BelarusПрезидиум Национальной академии наук Беларуси; Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Sciences of Belarus; A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus201708082017025472Copyright © Витязь П.А., Хейфец М.Л., Чижик С.А., 20172017Витязь П.А., Хейфец М.Л., Чижик С.А.Vitiaz P.A., Kheifetz M.L., Chizhik S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/309

Проведен анализ состояния и перспектив развития аддитивных технологий компьютеризированного производства, позволивший показать новую парадигму его эволюции – переход к самовоспроизведению машин и их частей, а также организмов. Предложена диаграмма логических связей в процессах аддитивного производства, представляющая собой конечный автомат, которая может использоваться как для построения 3D-принтера, осуществляющего «выращивание» изделия сложной формы и структуры, так и для аддитивного синтеза его композиционного материала. Рекомендован подход, который определяет аддитивные методы как синерготехнологии, обеспечивающие самоорганизацию поверхностных явлений. На основании подхода выбираются источники энергии и материала для технологий послойного синтеза изделий. Стабилизация толщины формируемых слоев связана с процессами самоорганизации поверхностных явлений и конструктивными особенностями изделий. 

An analysis of the state and prospects of development of additive technologies for computer-aided manufacturing has been carried out. This analysis allowed demonstrating a new paradigm of computer-aided manufacturing evolution – the transition to self-reproduction of machines and their parts, as well as organisms. A diagram of logical connections in the process of additive manufacturing has been proposed, which is a state machine that can be used to build a 3D printer enabling to “grow” products of complex shapes and structures, as well as for additive synthesis of its composite material. Prospective approach, considering additive methods such as synergetic energy technology, ensuring the self-organization of surface phenomena in the formation of structures of layers of different materials has been developed. It is proposed on the basis of the approach to choose sources of energy and material defining discrete or continuous technological environment of the additive processing method. Conditions for stabilization of the thickness of formed layers associated with processes of self-organization of surface phenomena and design features of products have been discussed.

компьютеризированное производствоаддитивные технологиисамовоспроизведение машинконечный автоматклеточный автоматпослойный синтезсинерготехнологиисамоорганизацияcomputerized productionadditive technologiesself-reproduction machinesfinishing machinecellular automatonlayered synthesissynergetic technologiesself-organizingReferencesМатематика в современном мире / Р. Курант [и др.] ; предисл. В. А. Успенского. – М.: Мир, 1967. – 208 с.Courant R. (et al.). Mathematics in the Modern World. Moscow, Mir Publ., 1967. 208 p. (in Russian).Винер, Н. Кибернетика или управление и связь в живом и машине / Н. Винер. – М.: Совет. радио, 1958. – 296 с.Wiener N. Cybernetics or control and communication in a living and a machine. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1958. 296 p. (in Russian).Кузин, Л. Н. Основы кибернетики : в 2 т. / Л. Н. Кузин. – М.: Энергия, 1979. – Т. 2: Основы кибернетических моделей. – 584 с.Kuzin L. N. Fundamentals of cybernetics. Volume 2. Fundamentals of cybernetic models. Moskow, Energia Publ., 1979. 584 p. (in Russian).Нейман фон, Дж. Теория самовоспроизводящих автоматов / Дж. фон Нейман. – М.: Мир, 1971. – 342 с.von Neumann J. Theory of Self-Reproducing Automata. University of Illinois Press, Urbana, 1966. 408 p.Сигорский, В. П. Математический аппарат инженера / В. П. Сигорский. – Киев: Техника, 1977. – 768 с.Sigorskii V. P. Mathematical apparatus of an engineer. Kiev, Engineering Publ., 1977. 768 p. (in Russian).Перспективные технологии машиностроительного производства / О. П. Голубев [и др.] ; под общ. ред. Ж. А. Мрочека, М. Л. Хейфеца. – Новополоцк : Полоцк. гос. ун-т, 2007. – 204 с.Golubev O. P., Kuchta S. V., Mrochek Zh. A., Svirskii D. N., Soukhinenko B. N., Kheifetz M. L. Advanced technologies of engineering production. Novopolotsk, Polotsk State University, 2007. 204 p. (in Russian).Мехатроника / Т. Исии [и др.] ; пер. с яп. С. А. Масленникова ; под. ред. В. В. Василькова. – М.: Мир, 1988. – 314 с.Isii T., Simoyama I., Inoue Kh. Mechatronics. Moscow, Mir Publ., 1988. 314 p. (in Russian).Bradley, D. A. Mechatronics – Electronics in Products and Processes / D. A. Bradley. – London: Chapman & Hall, 1993. – 376 p.Bradley D. A. Mechatronics – Electronics in Products and Processes. London, Chapman & Hall, 1993. 376 p.Delchambre, A. Computer-aided Assembly Planning / A. Delchambre. – London: Chapman & Hall, 1992. – 276 p.Delchambre A. Computer-aided Assembly Planning. London, Chapman & Hall, 1992. 276 p. Doi: 10.1007/978-94-011-2322-8Сироткин, О. Технологический облик России на рубеже XXI века / О. Сироткин // Экономист. – 1998. – № 4. – С. 3–9.Sirotkin O. Technological appearance of Russia at the turn of the XXI century. Economist, 1998, no. 4, pp. 3–9 (in Russian).Компьютеризированные интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении / Б. И. Черпаков [и др.] ; под ред. Б. И. Черпакова. – М.: ГУП ВИМИ, 1999. – 512 с.Al’perovich T. A., Barabanov V. V., Davydov A. N., Sergeev S. N., Sudov E. V., Cherpakov B. I. Computerized integrated production and CALS-technologies in mechanical engineering. Moscow, VIMI Publ., 1999. 512 p. (in Russian).CALS в авиастроении / А. Г. Братухин [и др.] ; под ред. А. Г. Братухина. – М.: Моск. авиац. ин-т, 2000. – 304 с.Bratukhin A. G. (ed.), Davydov Yu. V., Eliseev Yu. S. CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) in aircraft construction. Moscow, Moscow Aviation Institute, 2000. 304 p. (in Russian).Gibson, I. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Raid Prototyping,and Direct Digital Manufacturing / I. Gibson, D. Rosen, B. Stuker. – N. Y.: Springer, 2015. – 498 p.Gibson I., Rosen D., Stuker B. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Raid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. N. Y., Springer, 2015. 498 p.Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. А. Зленко, А. А. Попович, И. Н. Мутылина. – СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2013. – 222 с.Zlenko M. A, Popovich A. A, Mutylina I. N. Additive technologies in mechanical engineering. Sankt Petersburg, Publ. House of Polytechnic. University, 2013. 222 p. (in Russian).Additive Manufacturing – Statista Dussier. – N. Y.: Statista Inc., 2015. – 196 p.Additive Manufacturing – Statista Dussier. N. Y., Statista Inc., 2015. 196 p.Хроника индустриальных революций: от парового двигателя к цифровому производству. Кто будет жить на Интернет-глобусе через 100 лет / С. Рагимова [и др.] ; под ред. С. Рагимовой // Ростелеком Professional. – 2016. – № 3Ragimova S. (ed.). Chronicle of industrial revolutions: From the steam engine to digital production. Who will live on the Internet globe in 100 years. Rostelecom Professional, 2016, no. 3 (15), pp. 16–17, 24–29 (in Russian).(15). – С. 16–17, 24–29.Kheifetz M. L. Additive sinergotechnologies of layer-by-layer synthesis of articles made of composite materials when exposed to energy flows. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii [Science intensive technologies in mechanical engineering], 2016, no. 4 (58), pp. 3–9 (in Russian).Хейфец, М. Л. Аддитивные синерготехнологии послойного синтеза изделий из композиционных материалов при воздействии потоками энергии / М. Л. Хейфец // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2016. – № 4 (58). – С. 3–9.Chizhik S. A., Kheifetz M. L. Sinergotehnologies of layer-by-layer synthesis of products. Nauka i innovatsii [Science and Innovations], 2016, no. 2 (156), pp. 13–16 (in Russian).Чижик, С. Синерготехнологии послойного синтеза изделий / С. Чижик, М. Хейфец // Наука и инновации. – 2016. – № 2 (156). – С. 13–16.Vityaz P. A., Ilyushchenko A. F., Kheifetz M. L. Rapid prototyping and manufacture of articles with complex shapes made of composite materials. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii [Science intensive technologies in mechanical engineering], 2011, no. 2, pp. 3–8 (in Russian).Витязь, П. А. Оперативное макетирование и производство изделий сложной формы из композиционных ма-териалов / П. А. Витязь, А. Ф. Ильющенко, М. Л. Хейфец // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2011. – № 2. – С. 3–8.Chizhik S. A., Kheifetz M. L., Filatov S. A. Prospects for development of technological systems for additive synthesis of composite materials and products shaping. Mechanika mashin, mechanizmov i materialov [Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials], 2014, no. 4 (29), pp. 68–74 (in Russian).Чижик, С. А. Перспективы развития технологических комплексов аддитивного синтеза композиционных материалов и формообразования изделий / С. А. Чижик, М. Л. Хейфец, С. А. Филатов // Механика машин, механизмов и материалов. – 2014. – № 4 (29). – С. 68–74.Kheifetz M. L. Technological methods of increasing the productivity and quality of formation of surface layers of articles. Tekhnologicheskoe upravlenie kachestvom poverkhnosti detalei : sb. nauch. tr. [Technological process of quality control of surfaces of parts: a collection of scientific works]. Kiev, ATM Ukraine, 1998, pp. 42–50 (in Russian).Хейфец, М. Л. Технологические методы повышающие производительность формообразования и качество поверхностных слоев деталей / М. Л. Хейфец // Технологическое управление качеством поверхности деталей : сб. науч. тр. – Киев: АТМ Украины, 1998. – С. 42–50.Kheifetz M. L. Models and algorithms for production of articles without the use of form-building equipment. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series], 2001, no. 2, pp. 59–62 (in Russian).Хейфец, М. Л. Модели и алгоритмы производства изделий без использования формообразующей оснастки / М. Л. Хейфец // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2001. – № 2. – С. 59–62.Kheifets M. L. Formation of materials properties at layer-by-layer synthesis of components. Novopolotsk, Polotsk State University, 2001. 156 p. (in Russian).Хейфец, М. Л. Формирование свойств материалов при послойном синтезе деталей / М. Л. Хейфец. – Новополоцк: Полоцк. гос. ун-т, 2001. – 156 с.Akulovich L. M., Anoshko A. P., Zeveleva E. Z., Kheifets M. L. (ed.), Chemisov B. P. (ed.). Intellectual production: state and prospects. Novopolotsk, Polotsk State University, 2002. 268 p. (in Russian).Интеллектуальное производство: состояние и перспективы развития / Л. М. Акулович [и др.] ; под общ. ред. М. Л. Хейфеца, Б. П. Чемисова. – Новополоцк: Полоцк. гос. ун-т, 2002. – 268 с.Rusetskii A. M. (ed.). Theoretical bases of technological systems designing. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ., 2012. 239 p. (in Russian).Теоретические основы проектирования технологических комплексов / А. М. Русецкий [и др.] ; под общ. ред. А. М. Русецкого. – Минск: Беларус. навука, 2012. – 239 с.Alferov Zh. I. The history and future of semiconductor heterostructures. Semiconductors, 1998, vol. 32, no. 1, pp. 1–14. Doi: 10.1134/1.1187350Алферов, Ж. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур / Ж. И. Алферов // Физика и техника полупроводников. – 1998. – Т. 32, № 3.– С. 2–7.Kheifetz M. L. Design process of combined processing. Moskow, Mashinostroenie Publ., 2005. 272 p. (in Russian).Хейфец, М. Л. Проектирование процессов комбинированной обработки / М. Л. Хейфец.– М.: Машиностроение, 2005. – 272 с.Kheifetz M. L. The analysis of algorithms of products manufacturing according to the models of von Neumann’s self-reproduction. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi [Reports of the National Academy of Sciences of Belarus], 2001, vol. 45, no. 5, pp. 119–122 (in Russian).Хейфец, М. Л. Анализ алгоритмов производства изделий по моделям самовоспроизведения фон Неймана / М. Л. Хейфец // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2001. – Т. 45, № 5. – С. 119–122.Dorozhkin N. N., Mironov V. V., Vereshchagin V. A., Kot A. A. Electrophysical methods for obtaining coatings from metal powders. Riga, Zinatne Publ., 1985. 131 p. (in Russian).Электрофизические методы получения покрытий из металлических порошков / Н. Н. Дорожкин [и др.]. – Рига: Зинатне, 1985. – 131 с.Tkachev V. N., Fishteyn B. M., Kozintsev N. V. Induction surfacing of hard alloys. Moskow, Mashinostroenie Publ., 1970. 184 p. (in Russian).Индукционная наплавка твердых сплавов / В. Н. Ткачев [и др.]. – М.: Машиностроение, 1970. – 184 c.Vityaz P. A., Ivashko V. S., Manoilo E. D. The theory and practice of flame spraying. Minsk, Nauka i technika Publ., 1993. 296 p. (in Russian).Теория и практика газопламенного напыления / П. А. Витязь [и др.]. – Минск: Наука и техника, 1993. – 296 c.Kheifetz M. L., Akulovich L. M., Mrochek Zh. A., Zeveleva E. Z. Electrophysical and electrochemical methods of materials processing. Novopolotsk, Polotsk State University, 2012. 292 p. (in Russian).Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов / М. Л. Хейфец [и др.]. – Новополоцк: Полоцк. гос. ун-т, 2012. – 292 с.Eidelman E. D. Excitation of electric instability by heating. Physics-Uspekhi, 1995, vol. 38, no. 11, pp. 1231–1246. Doi: 10.1070/pu1995v038n11abeh000118Эйдельман, Е. Д. Возбуждение электрической неустойчивости нагреванием / Е. Д. Эйдельман // Успехи физ. наук. – 1995. – Т. 165, № 11. – С. 1279–1294.Kheifetz M. L., Kozhuro L. M, Mrochek Zh. A. Self-organization processes in the formation of surfaces. Gomel, V. A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, 1999. 276 p. (in Russian).Хейфец, М. Л. Процессы самоорганизации при формировании поверхностей / М. Л. Хейфец, Л. М. Кожуро, Ж. А. Мрочек. – Гомель: Ин-т механики металлополимерн. систем им. В. А. Белого Нац. акад. наук Беларуси, 1999. – 276 с.Ivanova V. S., Balankin A. C., Bunin I. Zh., Oksogoev A. A. Synergetics and fractals in material science. Moscow, Nauka Publ., 1994. 383 p. (in Russian).Синергетика и фракталы в материаловедении / В. С. Иванова [и др.]. – М.: Наука, 1994. – 383 с.Chizhik S. A., Kheifetz M. L., Filatov S. A. Technological barriers at high-exposure impacts related to the layering synthesis and processing of materials. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series], 2015, no. 3, pp. 107–113 (in Russian).Чижик, С. А. Технологические барьеры при высокоинтенсивных воздействиях в процессах послойного синтеза и обработки материалов / С. А. Чижик, М. Л. Хейфец, С. А. Филатов // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2015. – № 3. – С. 107–113.Loitsianskii L. G. Fluid mechanics. Moscow, Nauka Publ., 1987. 840 p. (in Russian).Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. – М.: Наука, 1987. – 840 с.Druzhinin V. V., Cantorov D. S. Problems of Systemology. Moscow, Soviet Radio Publ., 1976. 296 p. (in Russian).Дружинин, В. В. Проблемы системологии / В. В. Дружинин, Д. С. Конторов. – М.: Совет. радио, 1976. – 296 с.Tsetlin M. L. Investigations on the theory of automata and modeling of biological systems. Moscow, Nauka Publ., 1969. 368 p. (in Russian).Цетлин, М. Л. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем / М. Л. Цетлин. – М.: Наука, 1969. – 368 с.Smolyaninov V. V. Mathematical models of biological tissues. Moscow, Nauka Publ., 1980. 368 p. (in Russian).Смолянинов, В. В. Математические модели биологических тканей / В. В. Смолянинов. – М.: Наука, 1980. – 368 с.Смолянинов, В. В. Математические модели биологических тканей / В. В. Смолянинов. – М.: Наука, 1980. – 368 с.

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