<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">kaz44</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2788-7995</issn><issn pub-type="epub">3006-0524</issn><publisher><publisher-name>«Шәкәрім университеті» КеАҚ</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.53360/2788-7995-2025-3(19)-5</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">kaz44-1859</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>AUTOMATION AND INFORMATION TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ MATLAB PDE TOOLBOX ДЛЯ СОЗДАНИЕ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>MODELING THERMODYNAMIC PROCESSES USING MATLAB PDE TOOLBOX FOR CREATING DIGITAL TWINS IN THE FOOD INDUSTRY</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0000-6047-8629</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Махамбетов</surname><given-names>К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Makhambetov</surname><given-names>K.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Калдыбек Махамбетов – PhD докторант</p><p>050040, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Аль-Фараби, 71</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Kaldybek Makhambetov – PhD student</p><p>050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, Al-Farabi St., 71</p></bio><email xlink:type="simple">1998kaldybek@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бельгибаев</surname><given-names>Б.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Belgibaev</surname><given-names>B. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Бауыржан Бельгибаев – доцент</p><p>050040, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Аль-Фараби, 71</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Baurzhan Belgibaev – Associate Professor</p><p>050040, Republic of Kazakhstan, Almaty, Al-Farabi St., 71</p></bio><email xlink:type="simple">bbelgybaev@list.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Kunicina</surname><given-names>N.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kunicina</surname><given-names>N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Nadezda Kunicina – Professor</p><p> LV-1048, Latvia, Riga, Ķīpsalas Street, 6A </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Nadezda Kunicina – Professor</p><p>LV-1048, Latvia, Riga, Ķīpsalas Street, 6A</p></bio><email xlink:type="simple">Nadezda.Kunicina@rtu.lv</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Казахский национальный университет имени аль-Фараби <country>Казахстан</country></aff><aff xml:lang="en">Al-Farabi Kazakh National University<country>Kazakhstan</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru">Riga Technical University<country>Латвия</country></aff><aff xml:lang="en">Riga Technical University<country>Latvia</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>03</day><month>11</month><year>2025</year></pub-date><volume>0</volume><issue>3(19)</issue><fpage>40</fpage><lpage>48</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Махамбетов К., Бельгибаев Б.A., Kunicina N., 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Махамбетов К., Бельгибаев Б., Kunicina N.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Makhambetov K., Belgibaev B.A., Kunicina N.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1859">https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1859</self-uri><abstract><p>В статье рассматривается подход к моделированию термодинамических процессов в производственных системах пищевой промышленности с использованием MATLAB PDE Toolbox. Основной целью исследования является создание цифровых двойников, которые позволяют имитировать тепловые процессы и оптимизировать производственные операции. Работа фокусируется на применении уравнений теплопроводности с учетом граничных условий Неймана и Дирихле, что обеспечивает точность и достоверность моделирования. Представлены результаты вычислительных экспериментов, демонстрирующие динамические изменения температурных полей в 2D-пространстве. Основное внимание уделено влиянию физических параметров, таких как теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость, на распределение температуры. Полученные данные могут быть использованы для повышения энергоэффективности и качества производственных процессов в пищевой отрасли.В результате исследования была разработана модель, описывающая температурные поля в среде MATLAB PDE Toolbox. Разработанная модель служит основой для дальнейших исследований в области цифровых двойников и интеграции с промышленными инструментами моделирования, такими как SIEMENS NX, а также платформами PML. В ходе данного исследования были протестированы различные коэффициенты теплопередачи и граничные условия, что позволило определить оптимальные параметры модели. Итоговый результат, представленный в конце статьи, демонстрирует плавное и корректное распределение термодинамических процессов, подтверждая эффективность предложенного подхода. В перспективе данный подход может быть использован для создания более сложных виртуальных производственных систем, позволяющих не только анализировать тепловые процессы, но и разрабатывать интеллектуальные системы управления термообработкой, улучшая адаптивность и эффективность технологических процессов.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article discusses an approach to modeling thermodynamic processes in food industry production systems using MATLAB PDE Toolbox. The main goal of the research is to create digital twins that allow simulating thermal processes and optimizing production operations. The work focuses on the application of heat equations taking into account the Neumann and Dirichlet boundary conditions, which ensures the accuracy and reliability of modeling. The results of computational experiments demonstrating dynamic changes in temperature fields in 2D space are presented. The main attention is paid to the influence of physical parameters such as thermal conductivity, density and specific heat capacity on temperature distribution. The obtained data can be used to improve energy efficiency and quality of production processes in the food industry.As a result of the research, a model describing temperature fields was developed in the MATLAB PDE Toolbox. The developed model serves as a basis for further research in the field of digital twins and integration with industrial modeling tools such as SIEMENS NX, as well as PML platforms. During this study, various heat transfer coefficients and boundary conditions were tested, which made it possible to determine the optimal model parameters. The final result, presented at the end of the article, demonstrates a smooth and correct distribution of thermodynamic processes, confirming the effectiveness of the proposed approach. In the future, this approach can be used to create more complex virtual production systems that allow not only to analyze thermal processes, but also to develop intelligent heat treatment control systems, improving the adaptability and efficiency of technological processes.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>цифровые двойники</kwd><kwd>теплопередача</kwd><kwd>MATLAB PDE Toolbox</kwd><kwd>МКЭ</kwd><kwd>уравнение теплопроводности</kwd><kwd>граничные условия</kwd><kwd>численное моделирование</kwd><kwd>анализ температурных полей</kwd><kwd>энергоэффективность</kwd><kwd>оптимизация тепловых процессов</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>digital twins</kwd><kwd>heat transfer</kwd><kwd>MATLAB PDE Toolbox</kwd><kwd>FEM</kwd><kwd>heat equation</kwd><kwd>boundary conditions</kwd><kwd>numerical modeling</kwd><kwd>temperature field analysis</kwd><kwd>energy efficiency</kwd><kwd>thermal process optimization</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Digital twins of food process operations: the next step for food process models? / P. Verboven et al // Current Opinion in Food Science. – 2020. – Vol. 35. – P. 79-87.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Digital twins of food process operations: the next step for food process models? / P. Verboven et al // Current Opinion in Food Science. – 2020. – Vol. 35. – P. 79-87. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Huang Y. Implementation of Digital Twins in the Food Supply Chain / Y. Huang, Dr A. Ghadge, N. M. Yates // A Review and Conceptual Framework. International Journal of Production Research. – 2023. – 28 p. https://doi.org/10.1080/00207543.2024.2305804.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Huang Y. Implementation of Digital Twins in the Food Supply Chain / Y. Huang, Dr A. Ghadge, N. M Yates // A Review and Conceptual Framework. International Journal of Production Research. – 2023. – 28 p. https://doi.org/10.1080/00207543.2024.2305804. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тукембаева Г.Ч. Моделирование уравнений термодинамики динамическими системами / Г.Ч. Тукембаева, Б.К. Темиров // Проблемы автоматики и управления. – 2023. – № 2. – С. 109-115.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tukembaeva G.CH. Mdelirovanie uravnenii termodinamiki dinamicheskimi sistemami / G.CH. Tukembaeva, B.K. Temirov // Problemy avtomatiki i upravleniya. – 2023. – № 2. – S. 109-115. (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сидельникова Н.А. Дифференциальные уравнения в частных производных первого порядка: учебное пособие / Н.А. Сидельникова; Башкирский государственный университет. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2020.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sidel'nikova N.A. Differentsial'nye uravneniya v chastnykh proizvodnykh pervogo poryadka: uchebnoe posobie / N.A. Sidel'nikova; Bashkirskii gosudarstvennyi universitet. – Ufa: RITS BaSHGU, 2020. (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Неробеев А.Д. Методы решения уравнений теплопроводности / А.Д. Неробеев, О.Д. Дячкин // Технологии физики, автоматизации и информатики. Актуальные исследования в современной науке. – 2020. – С. 50-51.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nerobeev A.D. Metody Resheniya Uravnenii Teploprovodnosti / A.D. Nerobeev, O.D. Dyachkin // Tekhnologii fiziki, avtomatizatsii i informatiki. Aktual'nye issledovaniya v sovremennoi nauke. – 2020. – S. 50-51. (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мухидова Г.Э. Применение метода конечных элементов к одной задаче теплопередачи / Г.Э. Мухидова // International Сonference on Learning and Teaching. – 2022. – Т. 1, № 7. – С. 388-390.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mukhidova G.EH. Primenenie metoda konechnykh ehlementov k odnoi zadache teploperedachi / G.EH. Mukhidova // International Sonference on Learning and Teaching. – 2022. – T. 1, № 7. – S. 388-390. (In Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Das S. An Introduction to Finite Element Analysis Using Matlab Tools. – Springer, 2023.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Das S. An Introduction to Finite Element Analysis Using Matlab Tools. – Springer, 2023. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Arendt W. Dirichlet and Neumann boundary conditions: What is in between? / W. Arendt, M. Warma // Nonlinear Evolution Equations and Related Topics: Dedicated to Philippe Bénilan. – 2004. – Р. 119-135.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Arendt W. Dirichlet and Neumann boundary conditions: What is in between? / W. Arendt, M. Warma // Nonlinear Evolution Equations and Related Topics: Dedicated to Philippe Bénilan. – 2004. – R. 119-135. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dehghan M. Parameter determination in a partial differential equation from the overspecified data / M. Dehghan // Mathematical and computer modelling. – 2005. – Т. 41, № 2-3. – Р. 196-213.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dehghan M. Parameter determination in a partial differential equation from the overspecified data / M. Dehghan // Mathematical and computer modelling. – 2005. – T. 41, № 2-3. – R. 196-213. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cess R.D. The interaction of thermal radiation with conduction and convection heat transfer / R.D. Cess // Advances in heat transfer. – Elsevier, 1964. – Т. 1. – Р. 1-50.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cess R.D. The interaction of thermal radiation with conduction and convection heat transfer / R.D. Cess // Advances in heat transfer. – Elsevier, 1964. – T. 1. – R. 1-50. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Digital twin in a manufacturing integrated system: Siemens TIA and PLM case study / D.A. Guerra-Zubiaga et al // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. – American Society of Mechanical Engineers, 2019. – Т. 59384. – Р. V02BT02A008.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Digital twin in a manufacturing integrated system: Siemens TIA and PLM case study / D.A. Guerra-Zubiaga et al // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. – American Society of Mechanical Engineers, 2019. – T. 59384. – R. V02BT02A008. (In English).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
