基于数字孪生的综采工作面生产系统设计与运行模式

为进一步深化数字开采在智能化无人开采和智慧矿山建设中的关键地位,形成稳定、可靠和具有实际应用指导意义的整体框架,提出一种基于数字孪生的综采工作面生产系统设计与运行模式。在综采设计与监控服务系统的驱动下,实现生产要素管理配置、生产过程预仿真与实时监控等在物理综采工作面、虚拟综采工作面、综采设计与监控服务系统的迭代运行,实现全要素、全流程、全数据的集成和融合,达到生产系统最优配置和装备协同安全高效开采的目的。对3个阶段的技术构架和关键技术进行了详细描述。以一个原型系统为例进行分析,可依次完成综采装备与煤层的数字化设计、虚拟仿真开采模拟与实时运行数据驱动的虚拟监测监控,为智能化无人化开采提供了核心技术和平台依托。     

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术

针对悬臂式掘进机智能控制时面临的远程操控问题,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,提出面向煤矿井下装备智能控制的"人—信息—物理系统"(HCPS)交互机制,实现掘进工作面物理空间与掘进信息虚拟空间的深度融合与交互;结合悬臂式掘进机模型,提出数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统,从工况数据感知、数字孪生体构建、人—机—环交互3个方面实现地面虚拟掘进与井下实际掘进的深度融合;搭建悬臂式掘进机远程虚拟操控实验平台,以验证孪生数据驱动下的虚实同步等功能,截割轨迹跟踪测试表明,系统可实现掘进机虚实同步控制,截割头位置精度偏差小于40 mm,满足煤矿开采中巷道开拓的质量控制要求.基于数字孪生驱动和虚拟现实呈现的井下设备智能操控方法,在煤矿巷道可视化掘进系统和智能掘进机器人系统中应用效果良好,为煤矿井下综采综掘工作面设备的远程智能监测与控制提供了全新的思路,对促进工作面智能化系统发展重要的借鉴意义.     

综采工作面设备机器人化技术探析

为了解决综采智能化系统存在的一系列问题,对智能机器人技术及其结构体系进行了深入研究,提出了综采群组机器人协同作业,实现综采装备机器人化的技术方案。具体的设计理念为利用工作面直线度控制和液压支架推移控制,从而构建全面的综采装备机器人化控制系统,装备、工艺和生产等全方位的神经网络系统,让综采机器人机器具有学习的能力,该系统以局部精确控制、全局坐标定位,最终实现综采装备的智能化。     

基于 VR 场景的综放工作面仿真系统设计研究

针对现阶段井下综放工作面工艺流程及生产过程中设备姿态、动作的可视化程度低,实时监测井下工作面生产状态能力不足的缺点,结合综放工作面的实际运行环境与应用场景,构建基于 VR 场景的综放工作面仿真系统.提出系统的建设构想与目标,其关键性技术主要有综放设备及生产环境数字化三维建模、综放设备多体动力学仿真和井下生产过程物理引擎优化等.采用 ３DS MAX 软件构建系统三维模型,同时构建基于多体动力学的综放设备仿真模型,并对场景三维模型、三维模型的展现以及系统 VR 场景进行优化.系统在王家岭煤矿某工作面进行了实践应用.研究及应用结果表明,该系统实现了煤矿综放工作面工艺流程和设备运行状态的实时监测监控及可视化呈现,为煤矿的安全生产提供了可靠保障.     

基于数字孪生的生产系统仿真软件关键技术与发展趋势

随着设计和制造过程智能化程度的提升，基于数字孪生技术开展生产系统仿真的研究对国产自主化工业软件具有重要意义。在解析基于数字孪生生产系统仿真软件的特征和应用需求的基础上，阐述了生产系统仿真软件的关键技术，包括生产系统孪生模型构建、生产系统仿真优化和离散事件基础仿真引擎；通过整合国内外生产系统仿真软件，总结了生产系统仿真软件的应用；基于数字孪生的生产系统仿真软件的特征，以及软件与数字孪生模型高保真表示、高效构建、高效仿真和人机交互等的紧密结合，探讨了基于数字孪生的生产系统仿真软件开发的技术挑战与发展趋势，以期为我国基于数字孪生的生产系统仿真软件的自主研发提供参考。     

基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化方法及验证

针对当前化纤长丝生产车间的装备故障率高、远程运维难、装备协作易失败,尤其在化纤长丝落卷作业过程中存在作业策略效率低的难题,提出并构建了基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化系统。建立了基于数字孪生五维模型的落卷作业数字孪生模型,在实时数据驱动下,实现了化纤长丝生产车间的三维可视化监视与精准管控;重点针对化纤长丝落卷生产线作业方法问题,提出一种考虑多目标的自动落卷机作业策略调度优化方法,并进行仿真验证。通过在某化纤长丝生产企业进行落地应用,表明所构建的数字孪生系统和作业策略的有效性。     

基于数字孪生的智能工厂建设

为构建具有"全面感知、设备互联、数字集成、智能预测"等特征的智能工厂运行体系,针对传统工厂/车间管控系统缺乏智能决策等问题,提出基于数字孪生的智能工厂总体架构和虚实集成的信息系统集成模型。阐述基于数字孪生的工厂管控系统在物理工厂的高度自动化、数字孪生系统与物理工厂两方面虚实集成问题,探讨了微服务架构、虚拟仿真系统和工业物联网等技术在数字孪生系统中的应用,并深入分析数字孪生系统的信息集成框架、集成接口等解决方案。最后通过个性化定制的模型车总装车间数字孪生应用案例,指出基于数字孪生的虚拟生产系统具有可视化、实时性、可操作性及可协作性等优势。     

基于数字孪生的混流装配线资源配置优化

针对混流装配线资源配置优化效率低、时效性差、动态响应能力不足等问题,提出基于数字孪生的混流装配线资源配置优化方法.构建了物理装配车间、虚拟装配车间和生产计划系统协同工作的资源配置优化数字孪生模型,阐述了基于分段式解耦和多目标优化相结合的资源配置优化实现过程.将该方法应用于某企业混流装配线,结果表明优化后的装配线平衡率由...     

工业机器人码垛数字孪生系统的研究与实现

为提高工业机器人码垛的智能化水平,将数字孪生技术与机器人码垛作业流程相结合,研究并设计了工业机器人码垛数字孪生系统。分析了码垛数字孪生系统架构,规划并设计了系统的功能模块和运行机制,阐述了工业机器人数字孪生系统数据集成模块、虚拟场景构建模块、虚拟机器人码垛模块和可视化辅助服务模块的实现方法,融合真实码垛场景下的机器人作业数据,实现了对基于数字孪生技术的工业机器人码垛虚拟可视化仿真与策略优化的信息反馈。设计并开发了面向工业机器人码垛作业的数字孪生系统,以物理码垛场景数据为例,验证了本系统的有效性,为探索数字孪生技术在工业机器人智能码垛的应用进行了尝试。     

基于数字孪生的柔性线状态监测与分析系统

随着智能制造的发展，数字孪生技术在制造业中的应用逐步深化，可以用于复杂设备的运行监测。为实现柔性生产线的三维可视化与加工过程监控，同时指导用户对生产过程进行管理和预测，设计开发了一种基于数字孪生的柔性生产线状态监测系统。该系统的基本架构包括数据保障层、建模计算层、数字孪生功能层、用户空间层，保障了系统的功能性、时效性、可操作性等。同时从几何模型、行为模型、数据模型三个维度构建了数字孪生系统模型，实现了动作特征虚实融合一致性和工艺数据与质量数据采集。以某柔性生产线为例进行实验测试与分析，系统可以与实际柔性生产线正常通讯并对数据做出响应，且延迟均值为131.1 ms，可见虚拟映射与现实状况保持高度一致，验证了该方法的可行性。     

VP技术在煤矿综采工作面设备配套中的应用

分析了目前煤矿综采工作面设备的使用情况,总结了综采工作面设备配套中存在的问题。在介绍VP技术的基础上,阐述了煤矿综采工作面设备配套VP系统的系统结构、各子系统的功能以及系统的实现方式。     

对远程监测系统应用于采煤机维修的探究

采煤机正常运行直接关系到综采工作面的效率,影响到煤炭企业的发展速度、经济效益和安全生产。简单介绍了当前采煤机维修存在的不足,提出了采用先进的远程监控系统对煤矿设备进行远程监测的重要性。重点阐明了基于GPRS的采煤机远程监控系统的设计方案,介绍了采煤机运行状态监控的主要内容,并提出了为保证采煤机高效运行能采取措施的思路。     

综采设备配套选型专家系统研究

根据专家系统理论,结合计算机综合技术,构建了一个基于B/S模式的综采设备配套选型平台(PTXX_E-S),实现了对煤矿综采设备的全面数字化、智能化管理。     

基于Unity 3D的综采工作面仿真系统研究

虚拟现实技术在矿业领域广泛应用,论文利用Pro/E和3DS Max建立综采工作面仿真模型,结合Unity 3D进行交互界面设计,建立基于三维可视化和虚拟仿真技术的综采工作面仿真系统.此系统可激发工人的学习兴趣,降低工人安全培训的时间,并为综采工作面实时仿真的研究奠定了基础.     

综采放顶煤工艺在灵石矿区的实践

根据兴发煤矿10号煤赋存条件、开采技术水平、安全要求以及提高单产单进水平等综合因素,经专家论证该矿采用综采放顶煤技术开采10号煤层。通过生产过程中的实际应用和实践,对综采放顶煤工艺的适应性和可行性有了明确的认识。并根据现场及市场要求,对发现的问题进行了总结,并加以探讨和研究。力争使综采放顶煤工艺在灵石矿区得到推广,为灵石矿区的高产高效之路进行有益的实践和探索。     

煤矿液压支架电液控制系统的研究

液压支架电液控制系统是实现煤矿综采工作面自动化控制及自动化生产管理的必要手段。本文根据煤矿综采工作面的开采要求,将现有的手工操作改为自动控制、程序化操作。结果表明：所设计的支架控制系统加快了移动速度,提高了支架操作的灵活性,实现了支架远程控制及综采工作面少人或无人操作,为煤炭的高效安全开采奠定了基础。     

基于Unity 3D的液压支架运动仿真系统研究

液压支架是煤矿综采工作面的关键支护设备,对安全生产的影响重大.近年来,随着虚拟现实技术的快速发展,液压支架的虚拟仿真得到了广阔的应用.论文利用Pro/E、3ds Max、Unity 3D以及面向对象的编程技术,可以实现液压支架的整体三维建模和运动仿真.     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度.构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架...     

综采自动化监控系统设计与实现

针对目前国内煤矿井下综采控制系统存在的控制量少、通信速率低,稳定性差等问题,以煤矿井下综采工作面工艺流程为研究对象,以实现负载逻辑控制、环境参数监测与故障处理为目的,研究设计一套通用于煤矿井下综采工作面的监控系统,实现了对刮板运输机、破碎机、转载机等负载的多种控制模式以及沿线闭锁控制功能.实际运行表明该控制系统性能优良、可靠性高、稳定性好,在综采工作面发挥了重要作用.