CN113392501A - 一种矿井数字孪生模型及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井数字化管理技术领域，且公开了一种矿井数字孪生模型及其构建方法，包括矿井数字孪生模型，所述矿井数字孪生模型由矿井系统整体模型、功能模型、远程运维流程模型、矿井生产设备耗材管理流程模型、故障检测与预测及维修维护数字模型、数据分析以及安全管理模型、三维几何模型、多物理模型、矿井挖掘输送模型和矿井供能模型组成。该矿井数字孪生模型及其构建方法，通过数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理，达到简单方便高效管理及高安全性能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及矿井数字化管理技术领域，具体为一种矿井数字孪生模型及其构建方法。
背景技术
随着先进信息与计算机技术的发展，智能化是制造业发展的必然趋势，智能制造的实践过程始终面临一个瓶颈问题一数字空间与物理空间的交互与融合，由此提出了数字孪生的解决方法，数字孪生技术目前仍处于理论研究，对其的应用实践仍处于探索阶段，因此，对数字李生技术在生产中的应用研究对智能制造的发展具有十分重要的意义。
传统的金属矿井生产一般没有运用数字孪生模型进行安全检测及维护，导致其运行安全性能低，故而提出一种矿井数字孪生模型及其构建方法来解决上述问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种矿井数字孪生模型及其构建方法，具备安全性能高等优点，解决了传统的矿井生产一般没有运用数字孪生模型进行安全检测及维护，导致其运行安全性能低的问题。
(二)技术方案
为实现上述安全性能高的目的，本发明提供如下技术方案：一种矿井数字孪生模型，包括矿井数字孪生模型，所述矿井数字孪生模型由矿井系统整体模型、功能模型、远程运维流程模型、矿井生产设备耗材管理流程模型、故障检测与预测及维修维护数字模型、数据分析以及安全管理模型、三维几何模型、多物理模型、矿井挖掘输送模型和矿井供能模型组成。
所述矿井系统整体模型包含如下数据库及数据模型建立:矿井地理环境及建筑物BIM模型、基于AR/VR的仿真模型库、产品设计仿真库。
所述功能模型包括矿井检测功能模型设计、工艺设计和矿井生产过程的功能模型。
所述远程运维流程模型包括智能运维的流程、数据，动力系统、金属矿井场地空气流通系统、金属矿井场地温度及湿度系统的数据模型。
所述矿井生产设备耗材管理流程模型，其数据组成包括:设备模型、备品备件模型和耗材更换模型。
所述故障检测与预测及维修维护数字模型，主要数据组成包括:故障检测模型、故障预测模型和维修维护知识库。
所述数据分析以及安全管理模型，主要数据组成包括:能耗模型、生产效率模型、成本模型和质量模型等。
优选的，所述数字孪生模型充分利用充分利用多物理模型和功能模型中的传感器更新、运行历史等数据，集成矿井生产系统、金属矿井场地系统多物理量、多尺度和多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
优选的，所述数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理。
优选的，所述数字孪生模型首先进行感知建模，然后进行分析推理，最后实现矿井系统的准确模型化描述。
优选的，所述数字孪生模型通过金属矿井场地生产中的矿井挖掘输送系统和矿井供能系统的真实制造反馈回模型，再利用预测健康管理物联网系统实时搜集运行中的能耗情况，反馈回模型形成数字孪生模型，通过软件手段建立远程思维的数字模型，其内容包括建立仿真分析模型、通过信息物理系统融合实际和模型系统、构建圈生命周期的数字化反馈机制。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种矿井数字孪生模型的构建方法，包括以下步骤：
1)构建矿井数字孪生模型：①建立仿真分析模型；②将矿井生产系统的功能定义为数字化模型；③将远程运维的控制流程转换为数字化线程，并形成各线程间建立的模型；④再配合智能矿井生产系统、数字化测量检验系统以及信息物理融合系统的结构形成全环模型；
2)通过数字线程集成远程运维生命周期全过程模型，这些模型与实际的矿井生产系统和数字化测量系统融合，进一步与嵌入式的CPS进行无缝集成和同步，从而在远程运维及其大数据平台上看到实际物理设备可能发生的情况；
3)通过贯穿整个矿井生产设备生命周期的数字化线程，从而整个矿井生产设备的设计、生产、使用及运维无缝集成，形成智能矿井生产的数字孪生影像，并形成从系统运维到矿井生产系统设计的回馈。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种矿井数字孪生模型及其构建方法，具备以下有益效果：
该矿井数字孪生模型及其构建方法，通过数字孪生模型充分利用充分利用多物理模型和功能模型中的传感器更新、运行历史等数据，集成矿井生产系统、金属矿井场地系统多物理量、多尺度和多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程，同时通过数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理，达到简单方便高效管理及高安全性能的效果。
附图说明
图1为发明一种矿井数字孪生模型结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种矿井数字孪生模型，包括矿井数字孪生模型，其特征在于，所述矿井数字孪生模型由矿井系统整体模型、功能模型、远程运维流程模型、矿井生产设备耗材管理流程模型、故障检测与预测及维修维护数字模型、数据分析以及安全管理模型、三维几何模型、多物理模型、矿井挖掘输送模型和矿井供能模型组成。
所述矿井系统整体模型包含如下数据库及数据模型建立:矿井地理环境及建筑物BIM模型、基于AR/VR的仿真模型库、产品设计仿真库。
所述功能模型包括矿井检测功能模型设计、工艺设计和矿井生产过程的功能模型。
所述远程运维流程模型包括智能运维的流程、数据，动力系统、金属矿井场地空气流通系统、金属矿井场地温度及湿度系统的数据模型。
所述矿井生产设备耗材管理流程模型，其数据组成包括:设备模型、备品备件模型和耗材更换模型。
所述故障检测与预测及维修维护数字模型，主要数据组成包括:故障检测模型、故障预测模型和维修维护知识库。
所述数据分析以及安全管理模型，主要数据组成包括:能耗模型、生产效率模型、成本模型和质量模型等。
所述数字孪生模型充分利用充分利用多物理模型和功能模型中的传感器更新、运行历史等数据，集成矿井生产系统、金属矿井场地系统多物理量、多尺度和多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
所述数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理。
所述数字孪生模型首先进行感知建模，然后进行分析推理，最后实现矿井系统的准确模型化描述。
所述数字孪生模型通过金属矿井场地生产中的矿井挖掘输送系统和矿井供能系统的真实制造反馈回模型，再利用预测健康管理物联网系统实时搜集运行中的能耗情况，反馈回模型形成数字孪生模型，通过软件手段建立远程思维的数字模型，其内容包括建立仿真分析模型、通过信息物理系统融合实际和模型系统、构建圈生命周期的数字化反馈机制。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种矿井数字孪生模型的构建方法，包括以下步骤：
1)构建矿井数字孪生模型：①建立仿真分析模型；②将矿井生产系统的功能定义为数字化模型；③将远程运维的控制流程转换为数字化线程，并形成各线程间建立的模型；④再配合智能矿井生产系统、数字化测量检验系统以及信息物理融合系统的结构形成全环模型；
2)通过数字线程集成远程运维生命周期全过程模型，这些模型与实际的矿井生产系统和数字化测量系统融合，进一步与嵌入式的CPS进行无缝集成和同步，从而在远程运维及其大数据平台上看到实际物理设备可能发生的情况；
3)通过贯穿整个矿井生产设备生命周期的数字化线程，从而整个矿井生产设备的设计、生产、使用及运维无缝集成，形成智能矿井生产的数字孪生影像，并形成从系统运维到矿井生产系统设计的回馈。
本发明的有益效果是：通过数字孪生模型充分利用充分利用多物理模型和功能模型中的传感器更新、运行历史等数据，集成矿井生产系统、金属矿井场地系统多物理量、多尺度和多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程，同时通过数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理，达到简单方便高效管理及高安全性能的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种矿井数字孪生模型，包括矿井数字孪生模型，其特征在于，所述矿井数字孪生模型由矿井系统整体模型、功能模型、远程运维流程模型、矿井生产设备耗材管理流程模型、故障检测与预测及维修维护数字模型、数据分析以及安全管理模型、三维几何模型、多物理模型、矿井挖掘输送模型和矿井供能模型组成。
所述矿井系统整体模型包含如下数据库及数据模型建立:矿井地理环境及建筑物BIM模型、基于AR/VR的仿真模型库、产品设计仿真库。
所述功能模型包括矿井检测功能模型设计、工艺设计和矿井生产过程的功能模型。
所述远程运维流程模型包括智能运维的流程、数据，动力系统、金属矿井场地空气流通系统、金属矿井场地温度及湿度系统的数据模型。
所述矿井生产设备耗材管理流程模型，其数据组成包括:设备模型、备品备件模型和耗材更换模型。
所述故障检测与预测及维修维护数字模型，主要数据组成包括:故障检测模型、故障预测模型和维修维护知识库。
所述数据分析以及安全管理模型，主要数据组成包括:能耗模型、生产效率模型、成本模型和质量模型等。
2.根据权利要求1所述的一种矿井数字孪生模型，其特征在于，所述数字孪生模型充分利用充分利用多物理模型和功能模型中的传感器更新、运行历史等数据，集成矿井生产系统、金属矿井场地系统多物理量、多尺度和多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
3.根据权利要求1所述的一种矿井数字孪生模型，其特征在于，所述数字孪生模型能够充分反映金属矿井场地从微观到宏观的所有特性，展示金属矿井场地设备的生命周期的演进过程，基于金属矿井场地设备，还可以推广到矿井挖掘输送和矿井供能及维护中的监控及预测管理。
4.根据权利要求1所述的一种矿井数字孪生模型，其特征在于，所述数字孪生模型首先进行感知建模，然后进行分析推理，最后实现矿井系统的准确模型化描述。
5.根据权利要求1所述的一种矿井数字孪生模型，其特征在于，所述数字孪生模型通过金属矿井场地生产中的矿井挖掘输送系统和矿井供能系统的真实制造反馈回模型，再利用预测健康管理物联网系统实时搜集运行中的能耗情况，反馈回模型形成数字孪生模型，通过软件手段建立远程思维的数字模型，其内容包括建立仿真分析模型、通过信息物理系统融合实际和模型系统、构建圈生命周期的数字化反馈机制。
6.一种矿井数字孪生模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建矿井数字孪生模型：①建立仿真分析模型；②将矿井生产系统的功能定义为数字化模型；③将远程运维的控制流程转换为数字化线程，并形成各线程间建立的模型；④再配合智能矿井生产系统、数字化测量检验系统以及信息物理融合系统的结构形成全环模型；
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