目錄
“博士后文庫(kù)”序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 解決目標(biāo)與方法 2
1.3 數(shù)字化綜采裝備的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.1 產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)框架 4
1.3.2 數(shù)字化技術(shù)與礦業(yè)裝備融合設(shè)計(jì) 5
1.3.3 數(shù)字化技術(shù)與智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的融合 6
1.4 數(shù)字化綜采裝備的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.5 數(shù)字化綜采裝備運(yùn)行的數(shù)字孿生與信息物理系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.6 數(shù)字化綜采裝備發(fā)展存在的問題與挑戰(zhàn) 11
1.6.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在礦業(yè)中面臨的挑戰(zhàn) 11
1.6.2 以數(shù)字孿生為代表的新一代信息技術(shù)在綜采工作面應(yīng)用中存在的
?問題 12
1.6.3 煤炭開采行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn) 12
1.6.4 數(shù)字化綜采裝備未來(lái)發(fā)展與挑戰(zhàn) 13
1.7 本書主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排 13
1.8 本章小結(jié) 16
第2章 綜采裝備虛實(shí)融合運(yùn)行模式框架和發(fā)展階段 17
2.1 引言 17
2.2 數(shù)字化綜采裝備和技術(shù)發(fā)展歷程剖析 17
2.2.1 綜采裝備與協(xié)同運(yùn)行流程分析 17
2.2.2 綜采工作面智能化程度分析 19
2.2.3 數(shù)字化綜采工作面與數(shù)字化工廠的全面對(duì)比 20
2.2.4 地面與井下作業(yè)人員操作對(duì)比 22
2.2.5 虛實(shí)融合分析角度與方法 24
2.3 綜采裝備虛實(shí)融合發(fā)展階段 25
2.3.1 綜采裝備虛實(shí)融合發(fā)展階段梳理與劃分 25
2.3.2 虛實(shí)融合各階段的內(nèi)涵與特征整體分析 28
2.4 虛實(shí)融合1.0階段的相關(guān)內(nèi)容 30
2.4.1 藝術(shù)性的動(dòng)畫展示 31
2.4.2 展示、事故模擬和培訓(xùn)演練 32
2.4.3 操作裝備 33
2.4.4 整體特征 33
2.5 虛實(shí)融合2.0階段的虛擬規(guī)劃與調(diào)試 34
2.5.1 虛擬規(guī)劃 36
2.5.2 參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模擬改變地質(zhì)模型 37
2.5.3 基于物理引擎的煤層裝備聯(lián)合虛擬仿真模型 37
2.5.4 煤層裝備聯(lián)合虛擬仿真 38
2.5.5 虛擬調(diào)試 39
2.6 虛實(shí)融合3.0階段的虛擬監(jiān)測(cè) 39
2.6.1 數(shù)字孿生虛擬綜采工作面 40
2.6.2 綜采工作面VR監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 41
2.6.3 信息的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)方式 42
2.6.4 虛擬決策與預(yù)測(cè) 43
2.7 虛實(shí)融合4.0階段的雙向信息人機(jī)閉環(huán)交互 44
2.7.1 基于監(jiān)測(cè)結(jié)果的決策與控制 44
2.7.2 人機(jī)深度融合 45
2.7.3 閉環(huán)雙向協(xié)同 47
2.8 本章小結(jié) 47
第3章 面向“虛實(shí)融合1.0～2.0”的數(shù)字化智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng) 49
3.1 引言 49
3.2 MSPSS總體框架 49
3.2.1 煤炭開采行業(yè)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用問題調(diào)查 49
3.2.2 煤炭開采行業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與服務(wù)的特點(diǎn)及分析 51
3.2.3 煤炭開采行業(yè)構(gòu)建產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 52
3.2.4 MSPSS總體框架設(shè)計(jì) 53
3.3 智能決策子系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù) 55
3.3.1 基于層次分析法的裝備選型 55
3.3.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能決策流程 55
3.4 智能產(chǎn)品子系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù) 56
3.4.1 數(shù)字化裝備設(shè)計(jì) 58
3.4.2 虛擬綜采工作面搭建 59
3.4.3 虛擬井下調(diào)試 59
3.5 智能服務(wù)子系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù) 61
3.5.1 服務(wù)系統(tǒng)的需求分析模型 61
3.5.2 面向服務(wù)的虛擬仿真場(chǎng)景的建立 63
3.5.3 綜采裝備智能故障診斷與預(yù)測(cè) 64
3.5.4 在線預(yù)維護(hù) 65
3.6 原型系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)驗(yàn) 66
3.6.1 產(chǎn)品類型的初步選擇 66
3.6.2 數(shù)字產(chǎn)品的評(píng)價(jià) 67
3.6.3 數(shù)字服務(wù)解決方案測(cè)試 70
3.6.4 討論 71
3.7 本章小結(jié) 73
第4章 面向“虛實(shí)融合2.0～3.0”的測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng) 75
4.1 引言 75
4.2 MTES總體框架 76
4.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 76
4.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 77
4.3 工作面運(yùn)行數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù) 77
4.3.1 示范工作面智能化情況及問題由來(lái) 77
4.3.2 原始裝備和煤層地質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與提取 78
4.3.3 傳感器及未來(lái)需求、執(zhí)行動(dòng)作標(biāo)定 79
4.4 離線場(chǎng)景構(gòu)建與運(yùn)行場(chǎng)景推演關(guān)鍵技術(shù) 80
4.4.1 離線運(yùn)行與仿真系統(tǒng)框架 80
4.4.2 工作面坐標(biāo)體系及裝備絕對(duì)位姿信息確定 81
4.4.3 工作面煤層仿真模型的構(gòu)建 83
4.4.4 基于離線運(yùn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的裝備協(xié)同運(yùn)行仿真方法 84
4.4.5 裝備工作空間與動(dòng)態(tài)煤層分析 84
4.5 虛擬裝備協(xié)同運(yùn)行仿真評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù) 85
4.5.1 智能化開采程度定義與劃分 85
4.5.2 虛擬機(jī)器人運(yùn)行框架 85
4.5.3 虛擬感知與信息交互 86
4.5.4 虛擬決策與控制 87
4.5.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建 88
4.6 原型系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)驗(yàn) 90
4.6.1 離線數(shù)據(jù)預(yù)演結(jié)果 90
4.6.2 離線數(shù)據(jù)結(jié)果分析及工作空間分析 91
4.6.3 不同智能化程度的情況仿真 93
4.6.4 討論 95
4.7 本章小結(jié) 95
第5章 面向“虛實(shí)融合3.0～4.0”的閉環(huán)協(xié)同運(yùn)行系統(tǒng) 97
5.1 引言 97
5.2 MHCPS總體框架 97
5.2.1 整體運(yùn)作架構(gòu) 97
5.2.2 框架操作流程 99
5.2.3 閉環(huán)運(yùn)行關(guān)系及效果 100
5.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 100
5.3.1 智能綜采裝備設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 100
5.3.2 VR系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 101
5.3.3 AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 102
5.4 通信、計(jì)算和控制流向及融合關(guān)鍵技術(shù) 104
5.4.1 通信方法 104
5.4.2 計(jì)算方法 106
5.4.3 控制方法 108
5.4.4 操作人員與3C的關(guān)系 110
5.5 原型系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)驗(yàn) 111
5.5.1 原型系統(tǒng)開發(fā) 111
5.5.2 通信實(shí)驗(yàn) 112
5.5.3 計(jì)算實(shí)驗(yàn) 112
5.5.4 控制實(shí)驗(yàn) 116
5.5.5 討論 116
5.6 本章小結(jié) 119
第6章 面向“虛實(shí)融合4.0+”的工業(yè)元宇宙系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)想 120
6.1 引言 120
6.2 MIMS總體框架 120
6.2.1 工業(yè)元宇宙和數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的綜采工作面對(duì)比 120
6.2.2 工作面系統(tǒng)框架及其具備的能力 121
6.3 MIMS設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 125
6.3.1 多功能虛擬平行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 125
6.3.2 可參數(shù)化動(dòng)態(tài)定制的礦工虛擬模型構(gòu)建 125
6.3.3 真實(shí)礦工與虛擬礦工的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng) 127
6.3.4 集控中心智能推演系統(tǒng)設(shè)計(jì) 128
6.3.5 巡檢人員虛擬操作設(shè)計(jì) 129
6.4 人機(jī)融合驅(qū)動(dòng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù) 131
6.4.1 XR人機(jī)協(xié)同 131
6.4.2 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的人機(jī)協(xié)同 132
6.4.3 虛擬人驅(qū)動(dòng)的人機(jī)協(xié)同 133
6.4.4 人機(jī)協(xié)同帶來(lái)的優(yōu)勢(shì) 134
6.5 原型系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)驗(yàn) 136
6.5.1 基于工業(yè)元宇宙的液壓支架調(diào)架系統(tǒng) 136
6.5.2 系統(tǒng)“感知-決策-控制”通道測(cè)試 138
6.5.3 AR遠(yuǎn)程協(xié)作測(cè)試 138
6.5.4 機(jī)器人巡檢實(shí)驗(yàn) 139
6.5.5 虛擬人測(cè)試 140
6.5.6 討論 141
6.6 本章小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 144
編后記 164