[01794597]虚拟样机技术及其在煤矿支护设备开发中的应用

本项目属机械设计和计算机应用学科交叉领域。在国家科技支撑计划课题“煤矿复杂条件的综放工作面关键设备研究”资助下，项目综合应用统一建模、计算机仿真、软件工程、虚拟样机等多种技术，形成了一整套集虚拟样机技术、煤矿支护设备创新设计于一体的现代矿山机械设计技术。项目所开发的虚拟样机协同开发平台显著提高了我国煤矿设备的研发速度和设计水平，研制的复杂条件综放工作面关键设备填补了国内空白，使复杂条件矿井能够装备国产质优价廉的高端设备，建设现代化的高产高效工作面，对于稳定我国主要能源煤炭的供给量、保持我国煤炭工业的可持续发展具有重要的意义。 项目取得了以下主要创新性成果：(1)提出了支持虚拟样机开发的统一产品模型UPM(Unified Product Model)，为虚拟样机多学科领域模型的开发提供了共性信息和知识；给出了基于UPM的统一建模方法，解决了虚拟样机开发中各个领域模型缺乏统一源头的现象；提出并实现了基于ontology的UPM重用技术及弹性知识框架，构建了基于IDEF5的协同产品开发知识本体，有效的满足了分布式团队对设计知识共享和重用的需求，为虚拟样机协同开发过程中知识管理提供了有效的支持；提出了支持虚拟样机开发的统一建模的过程管理方法和模型的管理与操作技术，实现了对统一建模过程中所涉及的人员、数据、信息等的有效管理。(2)基于液压支架的开发经验，提出了基于虚拟样机技术的液压支架设计方法，建立了液压支架虚拟样机协同开发平台的体系结构，包括总体技术框架、多学科协同仿真建模方法，开发了液压支架虚拟样机协同开发平台软件，取得了1项计算机软件著作权登记，有效提高了液压支架的设计开发效率，缩短了设计周期，降低了研发成本。(3)针对大倾角煤层顶板移动对支架产生侧向力而导致液压支架及其他工作面设备下滑与倾倒问题，提出了合理提高初撑力和工作阻力、减轻支架重量、加快推进速度等稳定性控制策略；采用基于虚拟样机技术的液压支架设计方法研制了适用煤层倾角达45°的放顶煤液压支架，取得了“一种大倾角低位放顶煤液压支架”、“自动增压式初撑力保证器”、“液压支架的滑靴式抬底机构”等6项国家专利。 经专家鉴定，本项目研究成果达到了国际先进水平。2008年10月开始，协同开发平台软件在山东天晟煤矿装备有限公司、山东矿机集团股份有限公司等多家单位进行了推广应用，有效提升了国产液压支架的设计水平，每年在产品设计环节中节省费用300余万元。复杂条件综放工作面支护设备在淄博矿业集团葛亭煤矿2313、2326工作面进行了实际应用，满足了大倾角、松软等复杂煤层条件下高效综放开采的需求，每年新增产值3000余万元。 自2007年以来，项目组成员在项目研究领域取得发明专利1项、实用新型专利5项、计算机软件著作权登记1项，公开发表论文22篇，其中被EI收录18篇，培养博士研究生6名，硕士研究生14名。