刘清副研究员：综采工作面三机数字孪生及协同建模方法

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一  研究背景

数字孪生技术是以数字化方法创建物理实体的虚拟模型，并实现物理世界及数字世界之间双向映射、动态交互、实时连接的关键技术，可将物理实体的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到数字世界，形成高保真的动态多维、多尺度、多物理量模型，从而为物理实体提供更加实时、高效、智能的运行或操作服务。数 字 孪 生 技 术 在 煤 炭 行 业 已 有 相 关 研 究 ，基于数字化矿山基础，应用新一代信息技术、智能制造技术、人工智能技术和数字孪生技术建设智能化矿山，实现煤炭安全、智能、高效、绿色开采和清洁利用，成为现代煤矿发展的必由之路。现有煤矿设备数字孪生建模方法虽然利用数字孪生技术将物理对象进行了数字化表达，但侧重对单一设备进行建模，缺少三机耦合协同关系分析。针对上述问题，本文基于数字孪生技术，提出了一种综采工作面三机数字孪生及协同建模方法。

二  综采工作面三机数字孪生及协同建模方法

       采用智能体建模方法构建包含感知单元、控制单元和执行单元的采煤机、液压支架、刮板输送机智能体模型，依据三维建模流程构建对应的可视化模型，以智能体模型驱动三维模型运动，二者结合构成三机数字孪生模型；采用离散事件建模方法构建涵盖三机数字孪生模型交互过程的协同工艺模型，按照时序梳理三机开采工艺，形成三机协同工艺时序表。数字孪生模型用于描述综采三机的状态与行为，进行个体层面的仿真计算；协同工艺模型用于表征数字孪生模型之间的时序动作转换，实现对三机协同过程整体的推演。建立的三机协同三维模型如图1所示，采煤机骑架在刮板输送机上，刮板输送机挡煤板与液压支架推移杆通过插销连接，液压支架支护整个综采工作面，三者协同作业，实现综采工作面有序开采。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/1987.html
刘清副研究员：综采工作面三机数字孪生及协同建模方法

图1 三机协同三维模型文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/1987.html

三  方法验证

       采煤机数字孪生模型的摇臂升降仿真实验结果表明，与真实设备测量数据对比，模型误差小，摇臂倾角平均误差为 2.3°；液压支架数字孪生模型的连续升柱动作仿真实验结果表明，模型与真实设备的一致性好，与真实设备测量数据对比，角度平均误差为 0.14°，行程平均误差为 6.3 mm；结合煤矿实际生产日志对构建的三机协同模型进行虚实仿真实验，结果表明，所构建的综采工作面三机数字孪生模型与真实设备实现了相互映射，仿真结果与真实记录接近，三机协同模型可以较为准确地反映协同开采过程。综采工作面三机数字孪生及协同建模方法为综采设备及其协同关系的数字孪生建模提供了新思路。
刘清副研究员：综采工作面三机数字孪生及协同建模方法
引用格式
刘清，张龙，李天越，等. 综采工作面三机数字孪生及协同建模方法[J]. 工矿自动化，2023，49（2）：47-55.LIU Qing, ZHANG Long, LI Tianyue, et al. A three machine digital twin and collaborative modeling method for fully mechanized working face[J]. Journal of Mine Automation，2023，49（2）：47-55.文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/1987.html
作者联系方式
刘 清 （1984—） ，男 ，河北秦皇岛人 ，副研究员 ，硕士 ，现主要从事自动化及无人化开采技术方面的研究工作 ， E-mail:liuqing@tdmarco.com。
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  • 本文由 发表于 2023年3月11日 10:24:37
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