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目錄
“博士后文庫”序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 解決目標與方法 2
1.3 數(shù)字化綜采裝備的現(xiàn)代設計技術發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.1 產(chǎn)品服務系統(tǒng)應用的技術框架 4
1.3.2 數(shù)字化技術與礦業(yè)裝備融合設計 5
1.3.3 數(shù)字化技術與智能產(chǎn)品服務系統(tǒng)的融合 6
1.4 數(shù)字化綜采裝備的擴展現(xiàn)實技術發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.5 數(shù)字化綜采裝備運行的數(shù)字孿生與信息物理系統(tǒng)技術發(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)設計方法在礦業(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在綜采工作面應用中存在的
?問題 12
1.6.3 煤炭開采行業(yè)數(shù)字化轉型面臨的挑戰(zhàn) 12
1.6.4 數(shù)字化綜采裝備未來發(fā)展與挑戰(zhàn) 13
1.7 本書主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排 13
1.8 本章小結 16
第2章 綜采裝備虛實融合運行模式框架和發(fā)展階段 17
2.1 引言 17
2.2 數(shù)字化綜采裝備和技術發(fā)展歷程剖析 17
2.2.1 綜采裝備與協(xié)同運行流程分析 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)字化工廠的全面對比 20
2.2.4 地面與井下作業(yè)人員操作對比 22
2.2.5 虛實融合分析角度與方法 24
2.3 綜采裝備虛實融合發(fā)展階段 25
2.3.1 綜采裝備虛實融合發(fā)展階段梳理與劃分 25
2.3.2 虛實融合各階段的內(nèi)涵與特征整體分析 28
2.4 虛實融合1.0階段的相關內(nèi)容 30
2.4.1 藝術性的動畫展示 31
2.4.2 展示、事故模擬和培訓演練 32
2.4.3 操作裝備 33
2.4.4 整體特征 33
2.5 虛實融合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)化驅動模擬改變地質(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 虛實融合3.0階段的虛擬監(jiān)測 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)測系統(tǒng) 41
2.6.3 信息的實時驅動方式 42
2.6.4 虛擬決策與預測 43
2.7 虛實融合4.0階段的雙向信息人機閉環(huán)交互 44
2.7.1 基于監(jiān)測結果的決策與控制 44
2.7.2 人機深度融合 45
2.7.3 閉環(huán)雙向協(xié)同 47
2.8 本章小結 47
第3章 面向“虛實融合1.0～2.0”的數(shù)字化智能產(chǎn)品服務系統(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)品服務系統(tǒng)應用問題調(diào)查 49
3.2.2 煤炭開采行業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)品設計與服務的特點及分析 51
3.2.3 煤炭開采行業(yè)構建產(chǎn)品服務系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 52
3.2.4 MSPSS總體框架設計 53
3.3 智能決策子系統(tǒng)構建關鍵技術 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)實的智能決策流程 55
3.4 智能產(chǎn)品子系統(tǒng)構建關鍵技術 56
3.4.1 數(shù)字化裝備設計 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 智能服務子系統(tǒng)構建關鍵技術 61
3.5.1 服務系統(tǒng)的需求分析模型 61
3.5.2 面向服務的虛擬仿真場景的建立 63
3.5.3 綜采裝備智能故障診斷與預測 64
3.5.4 在線預維護 65
3.6 原型系統(tǒng)開發(fā)與實驗 66
3.6.1 產(chǎn)品類型的初步選擇 66
3.6.2 數(shù)字產(chǎn)品的評價 67
3.6.3 數(shù)字服務解決方案測試 70
3.6.4 討論 71
3.7 本章小結 73
第4章 面向“虛實融合2.0～3.0”的測試與評估系統(tǒng) 75
4.1 引言 75
4.2 MTES總體框架 76
4.2.1 系統(tǒng)總體設計 76
4.2.2 系統(tǒng)軟件設計 77
4.3 工作面運行數(shù)據(jù)處理關鍵技術 77
4.3.1 示范工作面智能化情況及問題由來 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 傳感器及未來需求、執(zhí)行動作標定 79
4.4 離線場景構建與運行場景推演關鍵技術 80
4.4.1 離線運行與仿真系統(tǒng)框架 80
4.4.2 工作面坐標體系及裝備絕對位姿信息確定 81
4.4.3 工作面煤層仿真模型的構建 83
4.4.4 基于離線運行數(shù)據(jù)驅動的裝備協(xié)同運行仿真方法 84
4.4.5 裝備工作空間與動態(tài)煤層分析 84
4.5 虛擬裝備協(xié)同運行仿真評價關鍵技術 85
4.5.1 智能化開采程度定義與劃分 85
4.5.2 虛擬機器人運行框架 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 評價指標構建 88
4.6 原型系統(tǒng)開發(fā)與實驗 90
4.6.1 離線數(shù)據(jù)預演結果 90
4.6.2 離線數(shù)據(jù)結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 95
第5章 面向“虛實融合3.0～4.0”的閉環(huán)協(xié)同運行系統(tǒng) 97
5.1 引言 97
5.2 MHCPS總體框架 97
5.2.1 整體運作架構 97
5.2.2 框架操作流程 99
5.2.3 閉環(huán)運行關系及效果 100
5.3 系統(tǒng)設計關鍵技術 100
5.3.1 智能綜采裝備設計關鍵技術 100
5.3.2 VR系統(tǒng)設計關鍵技術 101
5.3.3 AR系統(tǒng)設計關鍵技術 102
5.4 通信、計算和控制流向及融合關鍵技術 104
5.4.1 通信方法 104
5.4.2 計算方法 106
5.4.3 控制方法 108
5.4.4 操作人員與3C的關系 110
5.5 原型系統(tǒng)開發(fā)和實驗 111
5.5.1 原型系統(tǒng)開發(fā) 111
5.5.2 通信實驗 112
5.5.3 計算實驗 112
5.5.4 控制實驗 116
5.5.5 討論 116
5.6 本章小結 119
第6章 面向“虛實融合4.0+”的工業(yè)元宇宙系統(tǒng)技術構想 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)字孿生驅動的綜采工作面對比 120
6.2.2 工作面系統(tǒng)框架及其具備的能力 121
6.3 MIMS設計關鍵技術 125
6.3.1 多功能虛擬平行系統(tǒng)關鍵技術 125
6.3.2 可參數(shù)化動態(tài)定制的礦工虛擬模型構建 125
6.3.3 真實礦工與虛擬礦工的實時聯(lián)動 127
6.3.4 集控中心智能推演系統(tǒng)設計 128
6.3.5 巡檢人員虛擬操作設計 129
6.4 人機融合驅動運行關鍵技術 131
6.4.1 XR人機協(xié)同 131
6.4.2 機器人驅動的人機協(xié)同 132
6.4.3 虛擬人驅動的人機協(xié)同 133
6.4.4 人機協(xié)同帶來的優(yōu)勢 134
6.5 原型系統(tǒng)開發(fā)與實驗 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”通道測試 138
6.5.3 AR遠程協(xié)作測試 138
6.5.4 機器人巡檢實驗 139
6.5.5 虛擬人測試 140
6.5.6 討論 141
6.6 本章小結 143
參考文獻 144
編后記 164