基于數(shù)字孿生的連續(xù)卸船機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)研究

梁勇，王欣，姜鑫，車路，王殿龍

基于數(shù)字孿生的連續(xù)卸船機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)研究

梁勇1，王欣1，姜鑫2，車路2，王殿龍1

（1.大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116000）

為提高碼頭作業(yè)無(wú)故障運(yùn)行率，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)卸船機(jī)使物理實(shí)體與虛擬空間相互映射，有利于實(shí)時(shí)監(jiān)控連續(xù)卸船機(jī)的工作狀態(tài)，智能地診斷出連續(xù)卸船機(jī)可能存在的運(yùn)行問(wèn)題。為此，在數(shù)字孿生的理論背景下，建立了連續(xù)卸船機(jī)數(shù)字孿生的總體框架。分析連續(xù)卸船機(jī)整體結(jié)構(gòu)與工作原理。采用有限元分析軟件建立連續(xù)卸船機(jī)虛擬力學(xué)模型。提出監(jiān)測(cè)連續(xù)卸船機(jī)工作過(guò)程中動(dòng)態(tài)變量的傳感器安裝方案。介紹了孿生數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)、數(shù)字孿生虛實(shí)映射結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)。

鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)；數(shù)字孿生；有限元分析

鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)是一種利用鏈斗從海船艙內(nèi)挖取物料并將物料通過(guò)輸送機(jī)系統(tǒng)卸至碼頭上的散料連續(xù)式卸船機(jī)械[1]。其在工作過(guò)程中因突發(fā)故障造成停機(jī)維修將嚴(yán)重影響工作效率，甚至可能危及工作人員的安全。傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)方式主要以定期檢查，故障維修為主，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)無(wú)法得知其實(shí)時(shí)狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。

近年來(lái)數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)被列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢(shì)之一[2]，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)等各個(gè)階段。陶飛等[3]率先提出了數(shù)字孿生車間的概念，為數(shù)字孿生技術(shù)與工程領(lǐng)域的結(jié)合提供了理論指導(dǎo)。張雨萌[4]提出將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于礦用機(jī)電設(shè)備維修，在機(jī)電設(shè)備維修的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)可視化。聞佳華[5]提出將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于集裝箱碼頭，在虛擬世界里反映碼頭實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。從而讓碼頭工作人員實(shí)時(shí)掌握碼頭整體運(yùn)營(yíng)情況。

上述研究為數(shù)字孿生在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的幫助。但缺少仿真過(guò)程中對(duì)仿真模型和仿真計(jì)算的研究，同時(shí)缺少對(duì)物理模型與仿真模型相互映射方案的提出。

本文構(gòu)建的連續(xù)卸船機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成了數(shù)字孿生、虛擬力學(xué)模型、數(shù)據(jù)傳感采集、有限元分析等技術(shù)手段。用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卸船機(jī)工作姿態(tài)，采集外載荷、應(yīng)力、應(yīng)變等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，智能診斷卸船機(jī)可能存在的運(yùn)行問(wèn)題。及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并給予警示，避免突發(fā)故障和連鎖停機(jī)造成的損失。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備管理的數(shù)字化、智能化、科學(xué)化、系統(tǒng)化提供基礎(chǔ)。

1 數(shù)字孿生系統(tǒng)體系構(gòu)架

鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)工作流程如圖1所示。取料裝置利用鏈斗轉(zhuǎn)動(dòng)挖取船艙中的物料，鏈斗提升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)裝載物料的鏈斗經(jīng)由筒體向上運(yùn)動(dòng)，鏈斗翻轉(zhuǎn)將物料卸至回轉(zhuǎn)給料盤(pán)?；剞D(zhuǎn)給料盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)離心力給料至臂架皮帶機(jī)，最后經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)架的輸出皮帶機(jī)將物料輸送到碼頭皮帶機(jī)上。

圖1 鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)工作流程圖[6]

構(gòu)建連續(xù)卸船機(jī)數(shù)字孿生體系需要建立與物理實(shí)體相一致的虛擬模型，并通過(guò)傳感系統(tǒng)采集物理實(shí)體上的載荷信息與姿態(tài)信息，最后實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與孿生模型的數(shù)據(jù)交互與實(shí)時(shí)映射。連續(xù)卸船機(jī)的數(shù)字孿生系統(tǒng)總體框架如圖2所示。

圖2 卸船機(jī)的數(shù)字孿生系統(tǒng)總體框架

（1）物理實(shí)體層

連續(xù)卸船機(jī)主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。物理實(shí)體層主要包括連續(xù)卸船機(jī)工作姿態(tài)和外載荷情況。工作姿態(tài)包括：回轉(zhuǎn)角度、俯仰角度和取料裝置回轉(zhuǎn)角度。外載荷主要包括：各個(gè)部件自重載荷，工作過(guò)程中的物料與積垢載荷，取料裝置所受挖掘阻力與側(cè)向阻力，慣性力載荷和工作風(fēng)載等。

圖3 鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖

（2）孿生模型層

孿生模型層主要由仿真模型與孿生數(shù)據(jù)組合構(gòu)成，其中仿真模型是對(duì)連續(xù)卸船機(jī)實(shí)體關(guān)鍵物理特征的真實(shí)寫(xiě)照。孿生數(shù)據(jù)由傳感器系統(tǒng)在物理實(shí)體上采集得到，將孿生數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳感器數(shù)據(jù)采樣處理施加在仿真模型上，從而形成了孿生模型。

（3）服務(wù)層

服務(wù)層主要面向用戶，主要負(fù)責(zé)在孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下數(shù)字孿生系統(tǒng)的顯示功能和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。

昆山砍人案，于海明屬于正當(dāng)防衛(wèi)，不負(fù)刑事責(zé)任，大快人心，奔走相告!法律不能苛求每個(gè)防衛(wèi)者都是黃飛鴻，對(duì)窮兇極惡者“點(diǎn)到為止”。優(yōu)先保護(hù)防衛(wèi)者，是正當(dāng)防衛(wèi)制度的價(jià)值所在。此案的處理，必將對(duì)后續(xù)同類案件起到積極引領(lǐng)作用。公平正義寫(xiě)在法條之中，更應(yīng)由每一個(gè)個(gè)案體現(xiàn)。

根據(jù)上述服務(wù)體系構(gòu)架，在物理實(shí)體層和孿生模型層之間建立連接，使仿真模型能夠真實(shí)、準(zhǔn)確、快速地反映連續(xù)卸船機(jī)的工作情況。

2 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)

為了實(shí)時(shí)獲取連續(xù)卸船機(jī)工作姿態(tài)和受載情況需要選取合適的傳感器對(duì)連續(xù)卸船機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)體系如圖4所示。

2.1 傳感器種類及布置

采用位移傳感器測(cè)量油缸活塞位移得到臂架俯仰角度。在回轉(zhuǎn)架處安裝角度傳感器測(cè)量連續(xù)卸船機(jī)回轉(zhuǎn)角度。在取料裝置處安裝角度傳感器測(cè)量取料器回轉(zhuǎn)角度，取料器角度決定挖掘阻力與側(cè)向力的方向。利用扭矩傳感器測(cè)量頂部機(jī)構(gòu)處提升軸的扭矩，用于計(jì)算物料載荷。在回轉(zhuǎn)給料盤(pán)處安裝壓力傳感器，測(cè)量回轉(zhuǎn)給料盤(pán)物料載荷。在卸船機(jī)正常工作過(guò)程中假設(shè)回轉(zhuǎn)給料盤(pán)物料載荷恒定，則通過(guò)鏈斗提升機(jī)進(jìn)入回轉(zhuǎn)給料盤(pán)的物料與通過(guò)臂架皮帶機(jī)輸出的物料相等。所以將扭矩傳感器測(cè)得的物料載荷以均布力的方式施加在臂架上。在回轉(zhuǎn)架運(yùn)輸機(jī)上安裝壓力傳感器測(cè)量回轉(zhuǎn)架運(yùn)輸機(jī)物料載荷。在取料器鏈條處安裝鏈條張力傳感器，取料過(guò)程中的挖掘阻力等于張緊油缸最大卸荷壓力減去鏈條張力，挖掘側(cè)向阻力通常為水平挖掘阻力的0.3倍。采用在大車行走與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝加速度傳感器，用以測(cè)量相應(yīng)的加速度，由此可在模型上施加同樣的加速度模擬卸船機(jī)緊急制動(dòng)時(shí)所受的慣性力。通過(guò)風(fēng)速測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速，不同風(fēng)速以不同的面載荷加載。基于上述傳感器監(jiān)測(cè)卸船機(jī)工作過(guò)程的動(dòng)態(tài)變量。

圖4 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)體系圖

由于鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)工作環(huán)境惡劣，粉塵、振動(dòng)、大風(fēng)、濕度等因素都會(huì)影響對(duì)設(shè)備應(yīng)力監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。光纖光柵傳感器具有抗外界電磁信號(hào)干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、耐腐蝕等特點(diǎn)。所以采用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)連續(xù)卸船機(jī)重點(diǎn)部位的應(yīng)力情況。在連續(xù)卸船機(jī)頂部結(jié)構(gòu)與平衡梁連接處、頂部結(jié)構(gòu)與臂架連接處、回轉(zhuǎn)架與臂架連接處安裝光纖光柵傳感器測(cè)量該處應(yīng)力情況，可與模型結(jié)果做對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證數(shù)字孿生系統(tǒng)的合理性，并修正和調(diào)整模型及參數(shù)，保持模型結(jié)果與真實(shí)情況的吻合性。在易損易疲勞的危險(xiǎn)部位，如平衡梁上部和回轉(zhuǎn)架底部等，安裝光纖光柵傳感器，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化情況。上述傳感器的布置位置如圖5所示。

圖5 傳感器布置圖

2.2 數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，采集到的數(shù)據(jù)會(huì)存在噪聲和誤差，不能直接用于驅(qū)動(dòng)連續(xù)卸船機(jī)模型，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過(guò)濾波算法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理[7]，在保證濾波后數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的前提下，過(guò)濾掉數(shù)據(jù)中的高頻噪聲，獲取相對(duì)穩(wěn)定無(wú)噪聲的數(shù)據(jù)用于連續(xù)卸船機(jī)虛擬模型的驅(qū)動(dòng)。濾除噪聲數(shù)據(jù)，最常見(jiàn)的方法是使用平均濾波方法：取一定數(shù)量的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行累加后取平均值，這樣可以濾除原始數(shù)據(jù)中的高頻噪聲部分，從而獲取較平穩(wěn)的輸出數(shù)據(jù)。

對(duì)傳感器采集的連續(xù)數(shù)據(jù)每隔0.1 s采樣一次，將連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散數(shù)據(jù)，這樣信號(hào)()可以用一組分散的采樣值來(lái)表示{(0.1),(0.2),(0.3),(0.4), …,(0.1k), …}。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

為了解決數(shù)字孿生車間中異構(gòu)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取與傳輸問(wèn)題，需要建立統(tǒng)一的通訊方式[8]。采用OPC UA協(xié)議將連續(xù)卸船機(jī)上的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，OPC是用于在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和其他行業(yè)中安全可靠地交換數(shù)據(jù)的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，可以將不同傳感器數(shù)據(jù)并行傳輸用于模型驅(qū)動(dòng)。OPC標(biāo)準(zhǔn)是由業(yè)內(nèi)人員定義的一系列規(guī)范。這些規(guī)范定義了客戶端和服務(wù)器以及服務(wù)器和服務(wù)器之間的接口[9]。OPC UA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以訪問(wèn)服務(wù)器的地址空間來(lái)讀取數(shù)據(jù)，然后將傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)存入到Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

Mysql是一種開(kāi)源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)速度快、可靠性和適應(yīng)性比較高。將采集到的連續(xù)卸船機(jī)工作時(shí)的回轉(zhuǎn)角度、臂架俯仰角度、取料器回轉(zhuǎn)角度、提升軸扭矩、挖掘阻力與側(cè)向力、回轉(zhuǎn)給料盤(pán)物料載荷、回轉(zhuǎn)架運(yùn)輸機(jī)物料載荷、大車運(yùn)行加速度、回轉(zhuǎn)角加速度、風(fēng)載、關(guān)鍵部位的應(yīng)力等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在數(shù)據(jù)庫(kù)中生成一張以時(shí)間戳為索引的數(shù)據(jù)表。采用引用指針對(duì)數(shù)據(jù)表中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行索引。由于索引會(huì)占用較大的硬盤(pán)空間，所以只在各種物料載荷、挖掘阻力與側(cè)向力、關(guān)鍵部位的應(yīng)力等數(shù)據(jù)值建立索引，方便對(duì)數(shù)據(jù)的查詢與調(diào)用。

3 仿真模型建立

采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)連續(xù)卸船機(jī)進(jìn)行建模，模型的建立分為以下幾個(gè)階段：

（1）制定方案：首先需要確定連續(xù)卸船機(jī)模型的方案，根據(jù)設(shè)計(jì)文件確定模型的結(jié)構(gòu)及尺寸，確定整機(jī)模型。

（2）分解模型：連續(xù)卸船機(jī)由諸多結(jié)構(gòu)組成，在建模過(guò)程中，需要對(duì)模型進(jìn)行分解，可以分解為平衡梁、臂架、頂部結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)架、主梁、海側(cè)腿、陸側(cè)腿和筒體。

（3）集成裝配：將各部分結(jié)構(gòu)在ANSYS中以剛性區(qū)域方式連接，使之成為一個(gè)整體。

按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式等效分析，有限元模型中采用下列單元類型：Shell 181板單元、beam 188梁?jiǎn)卧?、mass 21質(zhì)量單元，具體對(duì)應(yīng)情況如表1所示。

表1 單元類型表

根據(jù)實(shí)際連接情況，連續(xù)卸船機(jī)的提升筒體與頂部結(jié)構(gòu)之間為螺栓連接，在提升筒體和頂部結(jié)構(gòu)的連接處加耦合約束；各鉸點(diǎn)之間的連接方式采用剛性區(qū)域連接，如主梁與陸側(cè)支腿連接處、回轉(zhuǎn)架與平衡梁連接處、回轉(zhuǎn)架與臂架連接處、臂架與頂部鋼結(jié)構(gòu)連接處；四個(gè)支腿根部采用全位移約束。鏈斗自重及物料載荷加載在頂部結(jié)構(gòu)的Mass點(diǎn)上；臂架皮帶機(jī)上的物料載荷加載在臂架梁上；挖掘阻力與側(cè)向力加載在筒體下端；回轉(zhuǎn)給料盤(pán)物料載荷加載在頂部結(jié)構(gòu)上；回轉(zhuǎn)架運(yùn)輸機(jī)物料載荷加載在回轉(zhuǎn)架上；平衡梁配重加載在平衡梁尾部；風(fēng)載以面載荷的方式加載在結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面上。連續(xù)卸船機(jī)有限元模型如圖6所示。

圖6 連續(xù)卸船機(jī)有限元模型

4 物理實(shí)體與孿生模型的映射

采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)連續(xù)卸船機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。將傳感器測(cè)得的俯仰角度、回轉(zhuǎn)角度、物料載荷、挖掘阻力與側(cè)向力、風(fēng)載、慣性力載荷等參數(shù)編寫(xiě)進(jìn)命令流中。使用參數(shù)化的命令流對(duì)仿真模型進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)，對(duì)連續(xù)卸船機(jī)的工作周期進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示，可以得出連續(xù)卸船機(jī)在各個(gè)工作狀態(tài)下的位移、應(yīng)力分布情況。

圖7 整體位移云圖

圖8 整體應(yīng)力云圖

采用有限元方法對(duì)連續(xù)卸船機(jī)模型的物理仿真，由于零部件較多、模型過(guò)于復(fù)雜等因素，求解問(wèn)題的規(guī)模比較龐大，因而求解時(shí)間長(zhǎng)、求解過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大。因此有必要簡(jiǎn)化有限元模型，這也是技術(shù)難點(diǎn)，可將平衡梁、臂架中部簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧?，?duì)主梁細(xì)微、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的省略，從而減少模型運(yùn)算時(shí)間。

另一方面，可以通過(guò)建立有限元分析中工況條件與計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的回歸計(jì)算模型來(lái)減少結(jié)果數(shù)據(jù)的生成時(shí)間。仿真數(shù)據(jù)回歸計(jì)算分為模型訓(xùn)練和模型使用兩個(gè)過(guò)程[10]。連續(xù)卸船機(jī)在正常工作時(shí)臂架俯仰角度范圍為：-12°～37°，回轉(zhuǎn)角度為-60°～60°。在模型訓(xùn)練過(guò)程中，在連續(xù)卸船機(jī)工作范圍內(nèi)選取部分角度計(jì)算其在滿載、空載和介于兩者之間的載荷工況進(jìn)行有限元計(jì)算得到結(jié)果數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)從而得到關(guān)于工況數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)的回歸計(jì)算模型?；貧w計(jì)算流程如圖9所示。這樣可以利用回歸計(jì)算模型來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)出現(xiàn)的各種工況數(shù)據(jù)，減小實(shí)時(shí)仿真模擬的延遲時(shí)間。連續(xù)卸船機(jī)的歷史工作狀態(tài)信息還可用疲勞理論對(duì)連續(xù)卸船機(jī)進(jìn)行疲勞分析與壽命預(yù)測(cè)，對(duì)容易受到疲勞損傷的部位進(jìn)行加強(qiáng)。

圖9 回歸計(jì)算流程圖

采用有限元法對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，由于連續(xù)卸船機(jī)模型過(guò)于復(fù)雜，求解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，所以對(duì)有限元模型進(jìn)行降階處理是十分必要的。目前有限元模型降階方法主要有：特征正交分解法（POD）[11]、基于奇異值分解的平衡法和基于子空間理論的矩匹配法等方法。ANSYS公司開(kāi)發(fā)Twin Builder平臺(tái)，采用降階模型（ROM）減少模型運(yùn)算時(shí)間。降低連續(xù)卸船機(jī)有限元模型的求解階次，同時(shí)保留模型必要的行為和主導(dǎo)效應(yīng)，可以減少?gòu)?fù)雜模型所需的求解時(shí)間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，顯著提高數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)性。

5 結(jié)論

本文將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)卸船機(jī)，提出了連續(xù)卸船機(jī)數(shù)字孿生技術(shù)體系架構(gòu)及技術(shù)，分析了孿生模型的建模方式，以及數(shù)字采集與傳輸技術(shù)的施行方案，為進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。

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[6]黃俊峰. 鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 秦皇島：燕山大學(xué)，2019.

[7]張慶海，武鵬偉，趙正旭. 大型射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2021，27（2）：364-373.

[8]羅少康，滕文琪. 數(shù)字孿生車間系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 機(jī)械，2021，48（3）：53-58.

[9]柳林燕，杜宏祥，汪惠芬，等. 車間生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2019，25（6）：1536-1545.

[10]李小龍. 基于數(shù)字孿生的機(jī)床加工過(guò)程虛擬監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 成都：電子科技大學(xué)，2020.

[11]朱強(qiáng)華，楊愷，梁鈺，等. 基于特征正交分解的一類瞬態(tài)非線性熱傳導(dǎo)問(wèn)題的新型快速分析方法[J]. 力學(xué)學(xué)報(bào)，2020，52（1）：124-138.

Research on Real-Time Monitoring Technology of Continuous Ship Unloader Based on Digital Twin

LIANG Yong1，WANG Xin1，JIANG Xin2，CHE Lu2，WANG Dianlong1

( 1.School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China;2.Dalian Huarui Heavy Industry Group Co., Ltd., Dalian 116000, China )

In order to improve the trouble-free operation rate of terminal operations, the digital twin technology is applied to the continuous ship unloader to map the physical entity and virtual space, which is conducive to the real-time monitoring of the working status of the continuous ship unloader, and intelligently diagnoses the possible operation problems of the continuous ship unloader. Therefore, under the theoretical background of the digital twin, the overall framework of the digital twin of the continuous ship unloader is established. The overall structure and working principle of the continuous ship unloader are analyzed. The finite element analysis software is used to establish the virtual mechanical model of the continuous ship unloader. A sensor installation plan for monitoring the dynamic variables during the working process of the continuous ship unloader is proposed. The realization method and technology of twin data transmission and storage, digital twin virtual and real mapping are introduced.

chain bucket continuous ship unloader；digital twin；finite element analysis

U672.7+4

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.01.010

1006-0316 (2022) 01-0067-06

2021-05-26

大連市科技重大專項(xiàng)（2019ZD15GX006）

梁勇（1996－），吉林長(zhǎng)春人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)字孿生，E-mail：1808465979@qq.com；王欣（1972－），天津人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)靜動(dòng)力學(xué)非線性仿真、結(jié)構(gòu)疲勞與壽命評(píng)估。