煤矿井下坑道钻机数字化设计技术

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摘要：本篇文章针对当前煤矿井下坑道钻机的数字化设计技术的应用，对钻机数字化设计流程、钻机数字化设计技术，以及钻机数字化设计平台进行了细致的研究，并通过具体实例对煤矿井下坑道钻机的PDM系统的功能进行了详细的介绍。

关键词：煤矿井下 坑道钻机 数字化设计 技术

数字化设计技术是基于数字化平台建立的产品模型，已经在航天、兵器，以及汽车等领域得到了广泛的应用，如今已经涉及到了煤矿井下坑道钻机的发展上。煤矿井下坑道钻机数字化设计技术不仅能够提高钻机产品的质量，而且能够适应市场的快速发展。

一、煤矿井下坑道钻机数字化设计流程

煤矿井下的坑道钻机不仅要有自己的系列化产品，而且需要满足不同客户的要求，通常都是新产品的开发建立在对老产品的变型上。以此，煤矿井下坑道钻机数字化设计要能够适应这些产品的开发和生产特点。新产品的开发需要方案设计、详细设计，以及规划工艺和样机的制作与测试等不同的阶段。坑道钻机的数字化设计贯穿于产品开发的全过程，而且通过产品数据管理实现了对产品研发数据和整个过程的科学管理。下图为煤矿井下坑道钻机数字化的设计流程。

二、煤矿井下坑道数字化设计技术

根据煤矿井下坑道数字化设计流程，我们提出了三项最为关键的数字化设计技术，即数字化建模、仿真、管理。数字化建模是坑道数字化设计的基础，用来完成产品的造型和装配；数字化仿真可以说是坑道钻机数字化设计技术的核心，用来分析机械结构、动力学，以及液压等仿真问题；数字化管理是坑道钻机数字化设计的保证，用来对产品的过程和数据进行研发。数字化仿真、管理、建模三项技术之间不仅相互独立，而且相互关联。坑道钻机的数字化建模给仿真提供数据，进而对设计模型进行科学合理的测试与评估；坑道钻机的数字化管理则是全面管理建模和仿真过程中的图纸、文件等进行统一管理。与此同时，煤矿井下的坑道钻机的三个关键性的数字化设计技术的应用需要一定的软件工具，为此，相关企业根据产品的开发与规模，以及各种软件的功能，选择了SolidEdge、Abaqus、LMSmotion、AMESim、TeamcenterExpress 用于产品的数字化设计技术应用的全过程。

三、煤矿井下坑道钻机数字化设计平台

煤矿井下坑道钻机数字化设计平台是建立在数字化设计技术的基础上的， 通过坑道钻机的数字化建模、管理、仿真技术的实现，形成集各种技术与服务的系统。坑道钻机数字化平台的建立不仅能够实现数据和研发的统一管理，而且能够达到产品仿真的设计优化，同时还能够提高产品的质量和开发效率，进而给企业在设计、管理等方面的数字化设计技术应用奠定坚实的基础。下图为煤矿井下坑道钻机的数字化设计平台的构架，其中包括基础层、应用层，以及平台层。

由上图可知，坑道钻机的数字化设计平台包括三个层次，即基础层、平台层，以及应用层。数字化设计平台的基础层包括计算机的局域网和数据库，是数字化设计的支撑；平台层包括数据服务、资源服务，以及数据中心，是信息集成和信息共享的平台；应用层由数组花建模、仿真，以及管理组成，这三项技术都是数字化设计的关键性技术，是产品数字化实现的关键。下图是某个企业的坑道钻机数字化平台的机构，这个平台的结构是网络式的，采用了C/S结构，其中虚拟装配站、仿真分析站、各种终端等都是客户端，这个网络拓扑结构实现了对整个网络的有效管理。

四、煤矿井下坑道钻机数字化设计的实例

在我国自主研发的钻机中，千米定向钻机是首套定向钻进设备，非常适合大直径的钻进工作。千米定向钻机在数字化设计技术的支撑下，实现了数字化设计，下图分别为千米定向钻机的三维模型、回转液压系统的模型。

五、煤矿井下坑道钻机的PDM系统

煤矿井下坑道钻机的数字化设计平台采用的是Teamcentor Expres软件，通过FDM系统的建立实现了项目、文档、流程、组织机构等的管理。

（一）PDM系统的项目管理功能

项目是坑道钻机研发的基本单元，其中对项目的基本管理需要立项、分解任务、分配工作、控制数据，以及监控数据等。项目的管理首先要建立项目，其次要由项目负责人来对项目任务进行分解，分配给工作人员，再次要将相应的数据与项目相结合，合理设置访问权限，完成数据的借用。

（二）PDM系统的文档管理功能

这里所说的文档主要指的是技术类的文档，比如图纸、说明书，三维模型、技术标准手册等，这些文档都要置入电子仓库中，并且进行共享设置。文档的管理的节点是具体的对象，而对对象的描述则为图纸、说明书等数据，然后再管理文件的版本，进而保证电子文件的一致性，同时还需要以岗位的区别为基础，实现对数据的共享的设置。

（三）PDM系统的流程管理功能

煤矿井下坑道钻机产品的开发离不开流程管理，而坑道钻机的数字化设计流程主要包括四个方面，既设计、审核、审定，以及，流程中的设计、审核，以及审定都是由工程师、和专家来完成的。坑道钻机的数字化设计的更改流程包括设计、审核、批准，以及，其中流程中的设计、审定，以及批准都是多是由设计者本人和专家来完成的。如下图所示：

（四）PDM系统的组织管理功能

PDM系统的组织权限管理是一项非常重要的功能，组织权限管理需要建立设计组、施工组、专家组，以及综合办。设计组又分为产品和工艺两个设计组。与此同时，每一个组中包含的成员可能同时存在属于好几个组，在不同的组中扮演着不同的角色。在具体的项目中，角色不同，其权限也不同。

总结

煤矿井下坑道钻机数字化设计技术是现代钻机发展的趋势，其不仅能够实现对产品开发周期缩短的目标，而且能够降低产品的成本。因此，加强钻机数字化设计技术的研究和应用迫在眉睫，是煤矿井下工作的一大跨越。

参考文献：

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