Modeling processes for preparing high-tech production using the virtual enterprise concept

Abstract

The subject of this research involves the processes for preparing high-tech production. Preparation for production requires organizational, economic, and technological actions that guarantee the transition to serial production, considering the requirements of Industry 5.0 and the use of scientific and technological innovations. Preparation is carried out with the aim of the effective development of a new serial product, the introduction of modern robotic equipment and information technologies, including the Internet of Things, and the development of new forms of production organization. In conditions of economic instability and global competition, there is a need to reduce the stage of preparation for production and the life cycle of creating a high-tech product. A new complex product can contain various types of components: reusable components, combined components that contain elements of innovation, as well as new innovative components that ensure its competitiveness. For each component, it is necessary to plan the production preparation stage. Among modern approaches to organizing production, the creation of a virtual enterprise is relevant, within the framework of which enterprises are united to implement a specific project for manufacturing high-tech products. Tasks: to build a structure of a multi-level model of functional modules for preparing the production of high-tech products; develop a model for selecting partners of a virtual enterprise for fulfilling a portfolio of orders for the creation of high-tech products; develop a model for selecting suppliers of a virtual enterprise; develop an agent model for assessing the risk of creating a virtual enterprise; build a multi-level multi-agent model for creating an organizational structure of a virtual high-tech enterprise; build a scheme of applied information technology for preparing the production of high-tech products based on a virtual enterprise. The purpose of the publication is to study the stage of preparing the production of complex technical products to synthesize the architecture of a multi-level component model of the product by creating functional modules for preparing the production of high-tech products, as well as to develop a set of mathematical models that ensure the formation of a portfolio of orders and the selection of performers for its implementation; selection of suppliers for fulfilling orders by manufacturing enterprises; risk assessment of a virtual enterprise project. The mathematical models and methods used are: system analysis, optimization using integer programming, multi-criteria optimization, and expert evaluation. The following results were obtained: the study proposes a multi-level multi-agent model of the organizational structure of a virtual instrument-making enterprise and creates an applied information technology for preparing the production of high-tech products based on the models proposed in the publication. Conclusions. The main contribution and scientific novelty of the results obtained is in reducing costs, risks and the duration of preparation for the production of high-tech products by using the concept of a virtual enterprise for the preparation of production by implementing applied information technology, based on a developed set of mathematical models that ensure the formation of a portfolio of orders and the se-lection of performers for its implementation; selection of suppliers for the fulfillment of orders by manufacturing enterprises; risk assessment of the virtual enterprise project. Production preparation processes are carried out within the framework of building a virtual enterprise, the rational organization of which helps to reduce the duration of the life cycle of creating complex technical products.

Предметом дослідження є процеси підготовки виробництва високотехнологічної продукції. Підготовка виробництва потребує проведення організаційних, економічних та технологічних дій, що гарантують пере-хід на серійний випуск продукції з урахуванням вимог Industry 5.0 та використанням наукових і технологічних інновацій. Підготовка здійснюється з метою ефективного освоєння нового серійного виробу, впровадженням сучасного роботизованного обладнання, інформаційних технологій, у тому числі інтернету речей і освоєння нових форм організації виробництва. В умовах економічної нестабільності та глобальної конкуренції виникає необхідність скорочення етапу підготовки виробництва і життєвого циклу створення високотехнологічного виробу. У складі нового складного виробу можуть знаходиться різні види компонентів: компоненти повторного використання, комбіновані компоненти, що у своєму складі містять елементи інноваційності, а також нові інноваційні компоненти, що забезпечують його конкурентоспроможність. Для кожно-го компонента необхідно здійснювати планування етапу підготовки виробництва. Серед сучасних підходів щодо організації виробництва актуальне створення віртуального підприємства, в рамках якого об’єднуються підприємства для реалізації конкретного проекту по виготовленню високотехнологічної продукції. Завдання: побудувати структуру багаторівневої моделі функціональних модулів підготовки виробництва високо-технологічної продукції; розробити модель вибору партнерів віртуального підприємства для виконання портфелю замовлень по створенню високотехнологічних виробів; розробити модель вибору постачальників віртуального підприємства; розробити агентну модель оцінювання ризику створення віртуального підприємства; побудувати багаторівневу мультиагентну модель створення організаційної структури віртуального високотехнологічного підприємства; побудувати схему прикладної інформаційної технології підготовки виробництва високотехнологічної продукції на базі віртуального підприємства. Метою публікації є дослідження етапу підготовки виробництва складних технічних виробів на предмет синтезу архітектури багаторівневої компонентної моделі виробу шляхом створення функціональних модулів для підготовки виробництва високотехнологічної продукції, а також розробленню комплексу математичних моделей, що забезпечують формування портфелю замовлень та вибір виконавців для його реалізації; вибір постачальників для виконання замовлень виробничими підприємствами; оцінювання ризику проєкту віртуального підприємства. Використовуваними математичними моделями та методами є: системний аналіз, оптимізація за допомогою цілочисельного програмування, багатокритеріальна оптимізація, експертне оцінювання. Отримані такі результати. В дослідженні запропоновано багаторівневу мультиагентну модель організаційної структури віртуального приладобудівного підприємства та утворено прикладну інформаційну технологію підготовки виробництва високотехнологічної продукції на основі запропонованих у публікації моделей. Висновки. Головний внесок і наукова новизна отриманих результатів полягає у зниженні витрат, ризиків та скороченні тривалості підготовки виробництва високотехнологічної продукції за рахунок використання концепції віртуального підприємства для підготовки виробництва шляхом впровадження прикладної інформаційної технології, розробленої на основі розробленого комплексу математичних моделей, що забезпечують формування портфелю замовлень та вибір виконавців для його реалізації; вибір постачальників для виконання замовлень виробничими підприємствами; оцінювання ризику проєкту віртуального підприємства. Процеси підготовки виробництва здійснюються в рамках побудови віртуального підприємства, раціональна організація якого сприяє скороченню тривалості життєвого циклу створення складних технічних виробів.