数字孪生驱动的矿用设备维修MR辅助指导系统
发布时间：2023-04-19 00:41
煤矿机电设备因恶劣工况环境导致故障频发,加之井下环境和场地限制,专业维修困难且效率低。随着高产高效工作面建设,采掘装备现场维修矛盾日益突出,因维修人员水平限制或者不能及时到位,设备难以有效维修,经常造成停工引起巨大经济损失。传统矿用设备故障维修方法存在维修知识获取不直观、对人依赖性大、专家维修指导不及时等问题,复杂故障甚至要升井返厂维修,现场急需强有力的维修指导技术。数字孪生(Digital Twin,DT)驱动维修指导过程,以混合现实(Mixed Reality,MR)连接维修现场和虚拟指导过程,实现维修虚拟指导和专家远程协同的复杂系统维修技术是解决上述问题的最佳策略。论文提出了一种数字孪生驱动的矿用机电设备维修MR辅助指导方法,研究MR辅助维修模型、技术框架及使能技术,促进现实和虚拟维修环境的虚实融合、双向映射、仿真预警,实现机电设备的可视化辅助维修指导,对提高复杂故障维修能力意义重大。针对零部件多、维修过程复杂,指导流程多样等问题,提出基于故障树分析的矿用设备维修行为模型,通过矿用设备故障机理研究和总结,采用故障树分析法建立设备失效模型,根据目标设备的关键失效因素分析维修行为,建...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 大型复杂装备辅助维修技术
1.2.2 混合现实关键维修技术
1.2.3 数字孪生技术
1.3 主要研究内容
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 数字孪生驱动的设备维修MR辅助指导系统总体设计
2.1 系统需求分析
2.1.1 矿用设备维修特点
2.1.2 DT+MR辅助维修指导方法
2.2 系统功能分析
2.3 系统总体方案设计
2.3.1 设备故障维修MR辅助指导数字孪生模型
2.3.2 系统整体架构
2.4 系统主要模块实现
2.4.1 故障分析与数据匹配模块
2.4.2 MR故障维修指导模块
2.4.3 维修环境感知与注册融合模块
2.4.4 信息交互模块
2.5 小结
3 矿用设备机械故障分析与维修行为建模
3.1 故障树分析法
3.1.1 故障树
3.1.2 故障树分析
3.1.3 矿用设备关键零部位故障树分析
3.2 维修过程行为树设计
3.2.1 虚拟维修指导过程需求分析
3.2.2 虚拟维修过程行为树设计
3.2.3 矿用设备关键零部位虚拟维修指导系统行为树应用
3.3 小结
4 基于MR的设备故障辅助维修指导方法研究
4.1 维修环境感知
4.2 基于BIM-Unity3D-Holo Lens的设备三维建模
4.3 基于Unity3D的 MR辅助维修环境构建
4.4 空间坐标虚实映射
4.4.1 建立虚实空间坐标系
4.4.2 虚实坐标系之间的转换
4.5 基于三维注册的虚实模型融合方法
4.5.1 基于人工标识的三维注册融合算法
4.5.2 基于自然特征点的三维注册融合
4.6 维修指导过程的流程化表达
4.6.1 维修指导标准示意图序列设计
4.6.2 维修指导流程虚拟仿真片段设计
4.6.3 基于ID序列匹配的维修过程虚拟化表达
4.7 小结
5 矿用设备维修指导系统信息交互集成
5.1 虚实空间数据交互反馈机制
5.2 故障数据交互
5.2.1 确定设备故障类别
5.2.2 混合现实设备数据库通讯
5.2.3 维修指导过程的数据驱动
5.3 混合现实人机交互系统
5.3.1 GUI交互界面设计
5.3.2 视线跟踪
5.3.4 手势识别
5.3.5 语音交互
5.4 远程专家在线交互技术
5.5 小结
6 实验验证与分析
6.1 实验方案设计
6.1.1 实验方案及目的
6.1.2 系统实验平台组成
6.1.3 混合现实平台的建立与发布
6.2 系统功能调试与实现
6.2.1 故障分析与数据匹配实验
6.2.2 维修环境感知与虚实注册融合实验
6.2.3 人机交互实验
6.2.4 故障维修指导实验
6.3 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3793365
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 大型复杂装备辅助维修技术
1.2.2 混合现实关键维修技术
1.2.3 数字孪生技术
1.3 主要研究内容
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
2 数字孪生驱动的设备维修MR辅助指导系统总体设计
2.1 系统需求分析
2.1.1 矿用设备维修特点
2.1.2 DT+MR辅助维修指导方法
2.2 系统功能分析
2.3 系统总体方案设计
2.3.1 设备故障维修MR辅助指导数字孪生模型
2.3.2 系统整体架构
2.4 系统主要模块实现
2.4.1 故障分析与数据匹配模块
2.4.2 MR故障维修指导模块
2.4.3 维修环境感知与注册融合模块
2.4.4 信息交互模块
2.5 小结
3 矿用设备机械故障分析与维修行为建模
3.1 故障树分析法
3.1.1 故障树
3.1.2 故障树分析
3.1.3 矿用设备关键零部位故障树分析
3.2 维修过程行为树设计
3.2.1 虚拟维修指导过程需求分析
3.2.2 虚拟维修过程行为树设计
3.2.3 矿用设备关键零部位虚拟维修指导系统行为树应用
3.3 小结
4 基于MR的设备故障辅助维修指导方法研究
4.1 维修环境感知
4.2 基于BIM-Unity3D-Holo Lens的设备三维建模
4.3 基于Unity3D的 MR辅助维修环境构建
4.4 空间坐标虚实映射
4.4.1 建立虚实空间坐标系
4.4.2 虚实坐标系之间的转换
4.5 基于三维注册的虚实模型融合方法
4.5.1 基于人工标识的三维注册融合算法
4.5.2 基于自然特征点的三维注册融合
4.6 维修指导过程的流程化表达
4.6.1 维修指导标准示意图序列设计
4.6.2 维修指导流程虚拟仿真片段设计
4.6.3 基于ID序列匹配的维修过程虚拟化表达
4.7 小结
5 矿用设备维修指导系统信息交互集成
5.1 虚实空间数据交互反馈机制
5.2 故障数据交互
5.2.1 确定设备故障类别
5.2.2 混合现实设备数据库通讯
5.2.3 维修指导过程的数据驱动
5.3 混合现实人机交互系统
5.3.1 GUI交互界面设计
5.3.2 视线跟踪
5.3.4 手势识别
5.3.5 语音交互
5.4 远程专家在线交互技术
5.5 小结
6 实验验证与分析
6.1 实验方案设计
6.1.1 实验方案及目的
6.1.2 系统实验平台组成
6.1.3 混合现实平台的建立与发布
6.2 系统功能调试与实现
6.2.1 故障分析与数据匹配实验
6.2.2 维修环境感知与虚实注册融合实验
6.2.3 人机交互实验
6.2.4 故障维修指导实验
6.3 小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3793365
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3793365.html