綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)與關鍵技術

崔耀， 李天越， 葉壯， 劉軍偉

（北京天瑪智控科技股份有限公司，北京 101399）

0 引言

煤炭是我國能源行業(yè)壓艙石，2021 年我國煤炭消費占能源消費總量的56.0%[1]。目前，國內(nèi)外大多煤礦綜采工作面已廣泛應用自動化技術，通過使用自動化開采、支護設備，極大降低了工人勞動強度，提高了安全生產(chǎn)系數(shù)[2]。在綜采工作面跟機自動化方面，已有廣泛研究：劉清等[3]提出了一種綜采工作面采煤機和液壓支架協(xié)同控制技術；高衛(wèi)勇等[4]對綜采工作面液壓支架跟機自動化工藝進行了研究；王虹等[5]基于遺傳算法和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡對液壓支架跟機自動化進行研究，實現(xiàn)了液壓支架自身演化；李駿等[6]提出并驗證了跟機自動化中采煤機的自動控制方法；付翔等[7]以液壓支架適應采煤機速度、液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定為多目標導控，設計了液壓支架群組跟機推進行為智能決策模型。

上述研究均基于目前廣泛采用的控制器分布式架構(gòu)，每臺液壓支架對應1 個電液控制器，以接入的各類傳感器數(shù)據(jù)為依據(jù)，以采煤機位置支架號為主變量，通過控制器中固定的程序邏輯和配置參數(shù)執(zhí)行跟機過程。這種跟機控制技術在不同煤礦綜采工作面應用時，因地質(zhì)賦存條件不同，在跟機工藝設計階段就需要因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整工藝參數(shù)，通過試機開采、觀察支架跟機過程，判斷跟機工藝及參數(shù)是否符合實際要求，經(jīng)過反復測試驗證，達到理想的跟機效果。當跟機工藝需求發(fā)生較大變化時，例如由雙向跟機改為單向跟機、由正常開采工藝改為調(diào)斜工藝時，僅修改工藝參數(shù)是無法實現(xiàn)的，需要修改控制器中的固定程序邏輯，開啟新一輪的跟機工藝設計、程序開發(fā)、試驗驗證、參數(shù)調(diào)整周期。因此，基于分布式控制器的跟機工藝及參數(shù)調(diào)試方法成本高、周期長、過程繁瑣，尤其是柔性化、智能化不足，無法根據(jù)地質(zhì)與開采條件及時快速調(diào)整跟機工藝。此外，以采煤機位置為牽引的跟機工藝中，采煤機與液壓支架各自執(zhí)行記憶截割、控制器跟機拉架等工藝動作，液壓支架與采煤機互動性、耦合性、協(xié)同性不足，不能形成良好的反饋與閉環(huán)控制。

針對以上問題，新興的數(shù)字孿生技術提供了一條解決思路。數(shù)字孿生概念最早由密歇根大學M. Grieves 教授于2002 年 提出[8]，目前廣為接 受的定義是NASA 于2010 年提出的，即“數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程”[9]。目前，針對應用于礦山的數(shù)字孿生技術、體系結(jié)構(gòu)已有相關研究[10]：文獻[11-13]提出數(shù)字孿生智采工作面系統(tǒng)概念、架構(gòu)及構(gòu)建方法；文獻[14-17]建立了工作面“三機”（采煤機、刮板輸送機及液壓支架）的協(xié)同數(shù)學模型和虛擬現(xiàn)實模型，對基于數(shù)字孿生的綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)與運行模式進行了研究；文獻[18]提出了一種基于數(shù)字孿生的煤礦井下智能掘進機器人監(jiān)控技術；文獻[19-20]提出了數(shù)字孿生驅(qū)動掘進裝備遠程智能控制技術構(gòu)架，通過數(shù)字孿生技術將掘進工作面人員、設備、環(huán)境等相關信息呈現(xiàn)到數(shù)字空間，虛實融合，共智互驅(qū)，解決了掘進施工中人?機?環(huán)共生安全難題；文獻[21]提出了一種數(shù)字孿生與深度學習融合的采煤機健康狀態(tài)預測方法，實現(xiàn)了采煤機實時狀態(tài)可視化與關鍵零部件剩余壽命預測。上述研究提出了數(shù)字孿生在煤礦行業(yè)應用的總體架構(gòu)、關鍵技術，但在綜采跟機工藝方面尚未有相關研究。為此，筆者提出了綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)，旨在為未來綜采跟機工藝智能設計與分析、工藝模型自動生成與參數(shù)調(diào)試配置、工藝可視化與仿真演練、工藝測試等提供技術支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)包括物理設備層、虛實交互層、孿生數(shù)據(jù)層、機理模型層、仿真算法層和工藝應用層，其架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 1 Digital twin system architecture of following process for fully mechanized mining

1.1 物理設備層

綜采設備包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、帶式輸送機、乳化液泵、組合開關、電液控制器等，其中采煤機、刮板輸送機和液壓支架的運行狀態(tài)、位置、姿態(tài)是影響綜采跟機工藝設計的重要參數(shù)，電液控制器是跟機工藝的執(zhí)行單元。

1.2 虛實交互層

虛實交互層是采集數(shù)據(jù)接入和傳輸、控制決策接收和下發(fā)的信息樞紐。采集數(shù)據(jù)接入可分為2 種情況：① 采集實體設備數(shù)據(jù)并映射到虛擬模型。② 采集對虛擬模型的操控設置并映射到實體設備。采集實體設備數(shù)據(jù)時，通過位置、傾角、溫度、壓力、電壓、行程、振動、液位等傳感器采集對應開關量與模擬量。采集對虛擬模型的操控設置時，通過鍵盤、鼠標、屏幕、話筒等數(shù)據(jù)輸入設備采集對虛擬模型的操作指令。通過萬兆光纖環(huán)網(wǎng)、5G、WiFi 通信網(wǎng)絡，按照TCP、UDP、Modbus 總線、OPC 等通信協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心和工作面巷道監(jiān)控中心。上位機集控軟件和地面調(diào)度中心下發(fā)的控制決策信息通過信號轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)竭吘壏掌鳎瑢崿F(xiàn)綜采設備控制。

1.3 孿生數(shù)據(jù)層

孿生數(shù)據(jù)是對綜采設備相關各類信息的數(shù)字化表達，涉及數(shù)據(jù)使用和數(shù)據(jù)處理2 個方面。

1.3.1 數(shù)據(jù)使用

數(shù)據(jù)使用方面，按照數(shù)據(jù)來源及用途可劃分為物理實體數(shù)據(jù)、孿生虛體數(shù)據(jù)、應用服務數(shù)據(jù)和融合數(shù)據(jù)。

1） 物理實體數(shù)據(jù)。物理實體數(shù)據(jù)主要為通過傳感器采集的“三機”生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)。其中刮板輸送機與液壓支架通過銷軸連接，在正常工作情況下刮板輸送機的位姿和控制依賴于工作面液壓支架的位姿和控制。

生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)：采煤機狀態(tài)數(shù)據(jù)包括滾筒高度、采煤機速度和位置、采煤機姿態(tài)（包括翻滾角、俯仰角和偏航角）、牽引方向等，可通過LASC 系統(tǒng)、傾角傳感器、紅外傳感器等采集。液壓支架狀態(tài)數(shù)據(jù)包括前溜行程、支架高度、底座傾角、護幫傾角、頂梁傾角、前連桿傾角、后連桿傾角，可通過安裝于液壓支架上的傾角傳感器和行程傳感器采集。刮板輸送機狀態(tài)數(shù)據(jù)主要為電動機溫度、煤流量等，可通過溫度傳感器和3D 攝像儀進行感知。“三機”環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)包括甲烷含量、氧氣濃度、環(huán)境溫度、礦壓等。

生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)：采煤機控制數(shù)據(jù)主要包括動作控制數(shù)據(jù)（如采煤機牽引速度和方向、滾筒高度和轉(zhuǎn)速）、程序控制數(shù)據(jù)（如截割工藝代碼）、單元控制數(shù)據(jù)（如與液壓支架的交互數(shù)據(jù)）及系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)（如記憶截割工藝調(diào)度）。液壓支架控制數(shù)據(jù)主要包括動作控制數(shù)據(jù)（如液壓支架升柱、降柱、推溜、拉架）、單元控制數(shù)據(jù)（如與采煤機的交互數(shù)據(jù)）及系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)（如記憶放煤工藝調(diào)度數(shù)據(jù)）。

2） 孿生虛體數(shù)據(jù)。孿生虛體數(shù)據(jù)包括模型基本屬性數(shù)據(jù)和仿真模擬數(shù)據(jù)。模型基本屬性數(shù)據(jù)是指建立孿生模型時“三機”的幾何物理數(shù)據(jù)、屬性信息數(shù)據(jù)、行為邏輯數(shù)據(jù)、約束規(guī)則數(shù)據(jù)。仿真模擬數(shù)據(jù)是指結(jié)合數(shù)字孿生技術對綜采跟機工藝進行仿真后得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，包括“三機”實時位姿、仿真開采時間、割煤量等。

3） 應用服務數(shù)據(jù)。應用服務數(shù)據(jù)主要由應用分析數(shù)據(jù)和知識服務數(shù)據(jù)組成。應用分析數(shù)據(jù)是對物理實體數(shù)據(jù)和孿生虛體數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后得到的，包括采煤量、跟機自動化率、跟機放煤率、人工干預率、“三機”狀態(tài)統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。知識服務數(shù)據(jù)主要包括工人歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)、工作面作業(yè)規(guī)程數(shù)據(jù)、標準規(guī)范數(shù)據(jù)等。

4） 融合數(shù)據(jù)。融合數(shù)據(jù)為對物理實體數(shù)據(jù)、孿生虛體數(shù)據(jù)、應用服務數(shù)據(jù)3 個層級的數(shù)據(jù)進行預處理、分類、關聯(lián)、集成和計算得到的衍生數(shù)據(jù)。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理方面，由于受到短時電磁干擾等影響，井下傳感器會出現(xiàn)一些異常數(shù)據(jù)，可通過平滑去噪、剔除異常值等方法進行數(shù)據(jù)清理和補全，保證上報數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)變化。將清洗好的數(shù)據(jù)按照機理模型及仿真算法的需要進行集成歸類，例如對于采煤機機理模型，集成了采煤機位置支架號（紅外傳感器數(shù)據(jù)）、位置米（牽引編碼器數(shù)據(jù)）、牽引方向、速度、左右滾筒高度、截割電動機電流、截割電動機溫度等數(shù)據(jù)點位，可形成表單，按照時間順序存儲到時序數(shù)據(jù)庫（通常使用influx DB 數(shù)據(jù)庫）中，為后續(xù)歷史回放功能提供數(shù)據(jù)支撐。

1.4 機理模型層

機理模型是對綜采設備及其運行環(huán)境的各層級屬性、組成關系和運行機理的模型化表述。煤礦設備系統(tǒng)可分為機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，進一步可細分為幾何、物理、行為和規(guī)則模型。通常幾何模型可使用3D MAX，Maya，CAD，PRO?E 等專業(yè)建模軟件根據(jù)圖紙進行等比例建模，而物理、行為、規(guī)則模型一般在仿真軟件中進行規(guī)約，如達索系統(tǒng)（Dassault System）、Ansys、Unity3D、UE4 等。

1.5 仿真算法層

圍繞綜采跟機工藝設計、參數(shù)調(diào)優(yōu)、虛擬測試、實時監(jiān)視、歷史回放等，進行數(shù)據(jù)、模型、應用3 個方面的算法研究，形成算法庫。數(shù)據(jù)算法包括跟機工藝傳感數(shù)據(jù)平滑降噪、特征值提取和分類等算法。模型算法包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機運動模型的求解、優(yōu)化與擬合算法。應用算法包括智能控制、預測決策和智能分析等算法。

1.6 工藝應用層

基于機理模型與仿真算法，開展跟機工藝設計、跟機工藝演繹、跟機仿真運行、實時工藝孿生和歷史跟機回放等應用。

2 關鍵技術

綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)的技術路線如圖2所示。通過萬兆光纖環(huán)網(wǎng)+5G 通信技術將采煤機工藝動作數(shù)據(jù)匯集到采煤機主機，將串行支架控制器發(fā)出的支架工藝動作數(shù)據(jù)匯集到電液控主機，對工藝數(shù)據(jù)按動作時序進行收集、歸類、編碼，存入數(shù)據(jù)庫，作為工藝過程回放的數(shù)據(jù)源。同時，主機將實時上報的跟機工藝數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給三維數(shù)字孿生系統(tǒng)，在三維虛擬場景中孿生演繹跟機過程。在人機交互界面完成跟機工藝參數(shù)配置后，可在三維場景中預演綜采跟機工藝過程。在實時開采過程中，匯集各類傳感數(shù)據(jù)，結(jié)合預演無誤的跟機工藝，系統(tǒng)統(tǒng)籌下發(fā)工藝調(diào)度指令，將支架控制器從決策者轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行者，克服因井下空間不足導致控制器算力有限的局限性。

圖2 綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)技術路線Fig. 2 Technical roadmap of digital twin system of following process for fully mechanized mining

2.1 跟機工藝數(shù)據(jù)傳輸與存儲技術

綜采工作面生產(chǎn)過程中，與跟機工藝相關的數(shù)據(jù)包括采煤機數(shù)據(jù)和液壓支架數(shù)據(jù)。采煤機數(shù)據(jù)包括采煤機位置架、滾筒高度、滾筒狀態(tài)、截割電動機電流、牽引方向、采煤機速度、電動機溫度等，采用時序狀態(tài)切片存儲方法，即按照一定的時間間隔順序存儲采煤機當前記錄時刻的全部狀態(tài)數(shù)據(jù)（稱為采煤機狀態(tài)切片），在時間軸上可選取任意時間節(jié)點提取采煤機狀態(tài)切片。以間隔1 s 為例，采煤機時序狀態(tài)切片如圖3 所示。液壓支架數(shù)據(jù)包括支架號、支架動作、前溜行程、立柱壓力、護幫壓力、護幫傾角、底座傾角、掩護梁傾角、頂梁傾角、前后連桿傾角、支架高度等，采用時序存儲方法，即按照一定的時間間隔順序存儲支架當前記錄時刻的全部狀態(tài)數(shù)據(jù)與動作數(shù)據(jù)，時間間隔越短，數(shù)據(jù)精度越高，存儲的數(shù)據(jù)量越大。以時間作為關鍵索引，組合采煤機狀態(tài)切片表與支架動作狀態(tài)表，可形成時序存儲的完整開采跟機工藝過程記錄。

圖3 采煤機時序狀態(tài)切片F(xiàn)ig. 3 Sequential state slice of shearer

工藝數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議一般采用xml、json 格式。Protocol Buffer 是一種基于二進制的數(shù)據(jù)傳輸格式，在數(shù)據(jù)傳輸過程中可高效地壓縮數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸量，同時提高數(shù)據(jù)壓縮速率，從而進一步提高數(shù)據(jù)傳輸效率。因此，本文采用Protocol Buffer 格式傳輸實時數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高實時性。

2.2 跟機工藝歷史回放技術

跟機工藝歷史回放技術是指在人機交互界面選取任意時間節(jié)點切入，以三維孿生的形式回放綜采工作面跟機生產(chǎn)過程。跟機工藝歷史回放技術具有2 個方面意義：① 對現(xiàn)場跟機全過程進行回放，可分析和借鑒人工操作跟機工藝，從而建立更智能的自動跟機工藝模型。② 對按照預先設定跟機工藝的跟機生產(chǎn)過程進行回放，分析工作面跟機過程是否按照設定的跟機工藝執(zhí)行，從而指導跟機工藝設計與改進。

選取跟機工藝歷史回放切入點時，系統(tǒng)標志了采煤機運行到機頭和機尾的時刻，以便于回放完整一刀煤截割過程，同時支持倍速回放。跟機工藝歷史時間節(jié)點可任意選擇，要求跟機工藝歷史數(shù)據(jù)庫具備快速查找與讀取數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)錄入跟機工藝數(shù)據(jù)時，實時檢測采煤機位置，當采煤機運行到機頭和機尾時，在數(shù)據(jù)庫中插入標志。倍速回放功能是指對回放過程進行加速或減速播放：加速播放時，對歷史工藝數(shù)據(jù)進行抽幀讀取，即按照加速倍率跳躍式讀取歷史數(shù)據(jù)；減速播放時，對歷史工藝數(shù)據(jù)進行插值讀取，即按照減速倍率取相鄰切片狀態(tài)數(shù)據(jù)進行插值。

2.3 實時跟機工藝演繹技術

實時跟機工藝演繹技術是指在虛擬環(huán)境中構(gòu)建綜采工作面孿生場景，通過訂閱采煤機主機與電液控主機跟機工藝數(shù)據(jù)，驅(qū)動孿生模型實時運動更新，實現(xiàn)虛實映射，同時在虛擬孿生場景中動態(tài)監(jiān)測采煤機滾筒與支架護幫頂梁相對空間位置關系。

綜采工作面孿生場景構(gòu)建包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機數(shù)字孿生建模。采煤機孿生建模：構(gòu)建截割部、牽引部、電氣系統(tǒng)及輔助裝置的幾何模型，對采高范圍、截深、適應工作面傾角、裝機功率、截割功率、牽引功率、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速率等屬性進行定義，對采煤機左右滾筒、搖臂增加關節(jié)機械結(jié)構(gòu)約束，以實現(xiàn)搖臂升降和滾筒啟停動作。液壓支架孿生建模：構(gòu)建底座、前后連桿、掩護梁、頂梁、立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、推移桿等部件的幾何模型，對高度變化范圍、工作阻力、支護強度、中心距、推溜力、移架力、質(zhì)量等屬性進行定義，通過部件骨架連接與層級約束，實現(xiàn)以油缸和立柱帶動支架機械運動。刮板輸送機孿生建模：除了幾何模型與屬性定義，其單塊刮板與相鄰刮板的物理鉸接及作為受力對象與支架推移桿通過銷軸連接的約束關系對于刮板輸送機蛇形段仿真的實現(xiàn)也至關重要。通過構(gòu)建綜采工作面孿生場景，可以實時演繹工作面“三機”位姿，實現(xiàn)工作面直線度監(jiān)測。

孿生場景中的干涉預警功能包括采煤機滾筒與支架護幫頂梁干涉預警、人員定位預警。基于支架護幫傾角數(shù)據(jù)實現(xiàn)支架孿生模型對護幫組件的伸收映射仿真，根據(jù)支架高度、頂梁傾角、前后連桿傾角等數(shù)據(jù)確定液壓支架自身姿態(tài)，結(jié)合采煤機滾筒高度、位置架數(shù)據(jù)、采煤機行走輪與刮板輸送機的齒軌嚙合約束關系，實現(xiàn)在孿生空間中對采煤機滾筒與支架護幫頂梁相對距離的實時測算，當采煤機滾筒與支架護幫頂梁相對距離小于設定危險閾值時，認為可能會出現(xiàn)干涉碰撞故障，發(fā)出干涉預警信號，如圖4 所示。孿生系統(tǒng)接入人員定位數(shù)據(jù)后，在孿生空間中實時更新人員位置，當檢測到人員出現(xiàn)在動作支架下方或刮板輸送機附近等危險區(qū)域時，發(fā)出人員定位預警信息。

圖4 采煤機滾筒與支架護幫頂梁干涉預警Fig. 4 Early warning of interference between shearer drum and support top beam

2.4 跟機工藝預演仿真技術

跟機工藝預演仿真技術是基于采煤機、液壓支架、刮板輸送機數(shù)字孿生模型，仿真預演采煤機采高規(guī)劃與支架跟機工藝，在此過程中將跟機工藝數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，作為生產(chǎn)過程中指令調(diào)度的依據(jù)，同時便于仿真過程回放。

跟機工藝預演仿真可將人工設定或系統(tǒng)智能決策生成的“三機”位置、姿態(tài)信息作用于仿真模型上，在模型上對跟機工藝過程進行預演，以檢驗即將下發(fā)的工藝指令是否能滿足實際跟機要求，可以在跟機工藝預演過程中對跟機工藝進行修改來滿足跟機要求。同時，可通過人機交互操控數(shù)字孿生模型進行跟機預演仿真，在經(jīng)過人工剪輯編譯后，可訓練、形成、存儲不同的跟機工藝模型，以適應不同工藝及環(huán)境需求。

2.5 跟機工藝指令調(diào)度技術

跟機工藝指令調(diào)度技術是指讀取數(shù)據(jù)庫中記錄的工藝數(shù)據(jù)，將其按時序轉(zhuǎn)換為控制器可執(zhí)行的工藝指令并顯示在人機交互界面，同時通過萬兆光纖環(huán)網(wǎng)下發(fā)給井下支架控制器，實現(xiàn)對工作面跟機工藝的實時調(diào)度。

跟機工藝數(shù)據(jù)來源：① 根據(jù)實際跟機操作預演優(yōu)化后形成的跟機工藝模型。② 通過人機交互操控數(shù)字孿生模型仿真訓練形成的跟機工藝模型。③ 直接輸入數(shù)據(jù)庫中的跟機工藝數(shù)據(jù)。通過跟機工藝指令調(diào)度，根據(jù)不同要求選擇適合的跟機工藝數(shù)據(jù)下發(fā)給“三機”執(zhí)行。

3 現(xiàn)場應用

綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)在國家能源集團神東煤炭集團公司上灣煤礦12403 綜采工作面和保德煤礦81309 綜放工作面進行了適配應用，綜采現(xiàn)場及對應的數(shù)字孿生系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)現(xiàn)場應用Fig. 5 Field application of digital twin system of following process for fully mechanized mining

綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)適配應用后，礦井工作人員可以使用數(shù)字孿生系統(tǒng)進行跟機工藝設計、驗證與下發(fā)，綜采跟機工藝設計孿生仿真界面如圖6 所示。

圖6 綜采跟機工藝設計孿生仿真界面Fig. 6 Twin simulation interface for design of following process for fully mechanized mining

調(diào)取工作面統(tǒng)計中心數(shù)據(jù)進行分析，使用綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)后，跟機工藝開發(fā)周期由14 d 縮減至1 d，跟機工藝設計修改更加便捷，工作面跟機自動化率提高到90%以上，驗證了綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)的實用性和可行性。

4 結(jié)語

提出了綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)，包括物理設備層、虛實交互層、孿生數(shù)據(jù)層、機理模型層、仿真算法層和工藝應用層。對系統(tǒng)關鍵技術進行分析，設計了綜采跟機工藝數(shù)據(jù)傳輸和時序存儲、歷史回放、孿生演繹、預演仿真、指令調(diào)度等全流程。從技術路線層面探討了將支架控制器從決策者轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行者的可行方案，解決了當前綜采自動化跟機工藝設計和參數(shù)調(diào)試方法成本高、周期長、過程繁瑣的問題。該數(shù)字孿生系統(tǒng)在上灣煤礦12403 綜采工作面和保德煤礦81309 綜放工作面進行了現(xiàn)場應用測試，驗證了其實用性和可行性。綜采跟機工藝數(shù)字孿生系統(tǒng)為智能綜采提供了安全、簡捷、高效的技術保障，促進了綜采工作面的智能化進程。