Применение цифровых двойников в автоматизированной системе для виртуального обучения пользователя работе в шахте, автоматизированная система для виртуального обучения пользователя работе в шахте и способ виртуального обучения пользователя работе в шахте
Группа изобретений относится к обучению пользователей в среде виртуальной реальности и может быть применена для улучшения навыков работников шахт в горнодобывающей отрасли промышленности. Сущность группы изобретений заключается в применении цифровых двойников в качестве модели объекта шахты или процесса, происходящего в шахте в автоматизированной системе, для виртуального представления пользователю работы в шахте. Технический результат заключается в обеспечении возможности взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты в обучающей симуляции. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 18 ил.
Группа изобретений относится к обучению пользователей в среде виртуальной реальности и может быть применена для улучшения навыков работников шахт в горнодобывающей отрасли промышленности.
Известна автоматизированная система виртуального моделирования плана действий при чрезвычайной ситуации в горной выработке и способ виртуального моделирования, реализуемый этой системой, при этом система включает модуль сбора данных, модуль управления виртуальной средой и модуль обеспечения пользователя виртуальной средой, а способ заключается в получении модулем сбора данных информации о физико-химическом состоянии среды горной выработки от микросейсмических датчиков и датчиков акустической эмиссии, установленных в ней, моделировании модулем управления виртуальной средой в обучающей симуляции модели горной выработки и передачи модели горной выработки с информацией о физико-химическом состоянии среды горной выработки, собранной в режиме реального времени в модуль обеспечения пользователя виртуальной средой [CN106959748, дата публикации: 18.07.2017 г., МПК: G01D 21/02, G06F 3/01, G06Q 10/04].
Недостатком известного технического решения является его ограниченный функционал, который обеспечивает возможность только моделирования возникновения чрезвычайных ситуаций, так как решение предназначено для разработки плана эвакуаций сотрудников из горной выработки и не обеспечивает возможности проведения сессий обучений пользователя работе в среде горной выработки.
Известна автоматизированная система для виртуального обучения пользователя использованию средств индивидуальной защиты при работе в шахте и способ виртуального обучения пользователя использованию средств индивидуальной защиты при работе в шахте, реализуемый этой системой, при этом система включает в себя модуль сбора данных, модуль управления обучающей виртуальной средой и модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, выполненные с возможностью обмена данными, а способ заключается в создании обучающей симуляции с модулированием опасных ситуаций модулем управления обучающей виртуальной средой, передаче созданной обучающей симуляции в модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, получении информации от графического интерфейса с возможными средствами индивидуальной защиты модулем сбора данных и определении правильности использования пользователем средств индивидуальной защиты в зависимости от вида обучающей симуляции и выбранного через графический интерфейс средства индивидуальной защиты [WO2020079504, дата публикации: 23.04.2020 г., МПК: G09B 19/24, G09B 5/06].
Преимуществом известного технического решения является возможность тренировки навыков пользователя работе в опасных для здоровья условиях горной выработки за счет возможности выбора пользователем через графический интерфейс средств индивидуальной защиты (СИЗ) и отслеживания системой выбранного пользователем СИЗ для каждой отдельной сессии обучающей симуляции. Однако недостатком прототипа также остается недостаточно широкий функционал представленной системы, что обусловлено только возможностью тренировки в системе навыков работы с СИЗ в опасных условиях горной выработки, при этом представленная система не обеспечивает возможности тренировки навыков пользователя при работе с горнодобывающими транспортными средствами и оборудованием.
В качестве прототипа выбрана автоматизированная система для виртуального обучения пользователя управлению горнодобывающим транспортным средством и способ обучения пользователя, реализуемый этой системой, при этом система включает модуль управления обучающей виртуальной средой, модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой и модуль сбора данных о действиях пользователя в обучающей виртуальной среде, выполненные с возможностью обмена данными, а способ заключается в конфигурировании через модуль управления обучающей виртуальной средой в обучающей симуляции модели горнодобывающего транспортного средства, передаче данных обучающей симуляции со сконфигурированной в ней моделью транспортного средства в модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой и получении модулем сбора данных информации о динамике, в том числе о скорости и направлении движения модели горнодобывающего транспортного средства во время взаимодействия с ним пользователя в обучающей симуляции [US2019347951, дата публикации: 14.02.2019 г., МПК: G09B 9/02, G06F 3/01].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является возможность тренировки навыков пользователя по управлению горнодобывающим транспортным средством за счет возможности ввода в обучающую симуляцию модели горнодобывающего транспортного средства и отслеживания правильности взаимодействия с ним пользователя.
Однако недостатком прототипа является невысокая правдоподобность полученной модулем управления обучающей виртуальной средой обучающей симуляции работы с использованием горнодобывающего транспортного средства, поскольку его созданная модель в обучающей симуляции имеет не настолько значительные сходства с настоящим горнодобывающим транспортом и дает возможность только поверхностного представления о нем и о работе с ним. Это происходит из-за того, что при создании обучающей симуляции не учитываются многие параметры объекта, в том числе горнодобывающего транспорта и оборудования, используемых в шахте, а также параметры среды горной выработки, вследствие чего отсутствует возможность создания модулем управления обучающей виртуальной средой такой обучающей симуляции, которая посредством модуля обеспечения пользователя обучающей симуляции в точности воспроизводила бы объекты шахты и процессы, происходящие в шахте, и обеспечивала бы возможность проведения более квалифицированной тренировки навыков пользователя работе в шахте автоматизированной системой виртуального обучения пользователя.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости расширения функциональных возможностей автоматизированной системы для виртуального обучения пользователя работе в шахте.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты в обучающей симуляции, транслируемой пользователю модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности улучшения навыков взаимодействия пользователя с объектами шахты в процессе взаимодействия с обучающей симуляцией посредством модуля обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности ввода модулем управления обучающей виртуальной средой цифровых двойников объектов шахты в обучающую симуляцию.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Автоматизированная система для виртуального представления пользователю работы в шахте содержит модуль сбора данных, модуль управления обучающей виртуальной средой и модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, выполненные с возможностью обмена данными. В отличие от прототипа система дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками, выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, создания цифровых двойников на основе полученных данных и передачи данных в модуль управления обучающей виртуальной средой, который выполнен с возможностью ввода в обучающую виртуальную среду созданных цифровых двойников.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Способ виртуального представления пользователю работы в шахте включает получение данных модулем сбора данных, передачу этих данных в модуль управления обучающей виртуальной средой и обмен данными между модулем управления обучающей виртуальной средой и модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой. В отличие от прототипа модулем управления цифровыми двойниками осуществляется получение данных от модуля сбора данных, создание цифровых двойников на основе полученных данных и передачи данных в модуль управления обучающей виртуальной средой, которым, в свою очередь, осуществляется ввод в обучающую виртуальную среду созданных цифровых двойников.
Автоматизированная система виртуального обучения пользователя работе в шахте обеспечивает возможность проведения с пользователем обучающих сессий в среде виртуальной или дополненной реальности за счет моделирования ситуаций, требующих от пользователя взаимодействия с объектами шахты и процессами, происходящими в шахте, и требующих от него ввода команд, которые система получает через модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой. При этом под пользователем подразумевается сотрудник или работник шахты, нуждающийся в прохождении обучающей симуляции.
Модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой дает возможность передачи пользователю данных обучающей симуляции и получения от пользователя данных взаимодействия с объектами в среде обучающей симуляции. Модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой для этого содержит средство передачи пользователю данных обучающей симуляции и средство получения данных взаимодействия пользователя с объектами обучающей симуляции, подключенные к средству обработки данных обучающей симуляции. Средство передачи пользователю данных обучающей симуляции может быть представлено совокупностями устройств вывода данных, представленных очками или иными устройствами обеспечения пользователя виртуальной или дополненной реальностью, аудиосистемой встроенной в шлем или иное звуковоспроизводящее устройство. Средство получения от пользователя данных обучающей симуляции может быть представлено устройствами ввода данных, которые могут быть представлены контроллерами, устройствами контроля положения частей тела пользователя в устройствах вывода данных, микрофонами и пр. Средство обработки данных обучающей симуляции может быть представлено в виде удаленного сервера или специализированного программного обеспечения, содержащегося в средстве передачи пользователю данных обучающей симуляции и может быть подключено к модулю управления обучающей виртуальной средой любыми известными средствами передачи данных.
Модуль управления обучающей виртуальной средой обеспечивает возможность создания обучающей симуляции работы в шахте. Для этого модуль управления обучающей виртуальной средой может содержать графический интерфейс, обеспечивающий возможность ввода оператором, в качестве которого может выступать физическое лицо, соответствующих команд для создания обучающей симуляции. Модуль управления обучающей виртуальной средой может быть представлен программно-аппаратным комплексом, обеспечивающим возможность взаимодействия оператора с системой через специализированный интерфейс и снабженным специализированным программным обеспечением для обработки данных обучающей симуляции, транслирования обучающей симуляции в модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой и обработки данных, получаемых из него.
Модуль управления обучающей виртуальной средой может содержать базу для хранения данных взаимодействия пользователя с обучающей симуляцией, которая может быть расположена в программно-аппаратном комплексе, обеспечивающем его функционирование либо на удаленном сервере. В процессе ввода оператором команд для создания обучающей симуляции модуль управления обучающей виртуальной средой в автоматическом режиме распознает необходимость ввода в обучающую симуляцию цифровых двойников объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, для чего может быть использован пакет специализированного программного обеспечения. После этого модулем управления обучающей виртуальной средой формируется один или несколько запросов цифровых двойников, которые направляются в подключенный к нему модуль управления цифровыми двойниками.
Модуль управления цифровыми двойниками обеспечивает возможность передачи в модуль управления обучающей виртуальной средой цифровых двойников для их ввода в обучающую симуляцию. Цифровой двойник (digital twin) представляет собой программный аналог физического устройства, моделирующий внутренние процессы, технические характеристики и поведение реального объекта в условиях воздействия окружающей среды. Цифровой двойник может включать геометрическую и структурную модель объекта, набор расчетных данных деталей, узлов и изделия в целом, математические модели, описывающие все происходящие в изделии физические процессы, информацию о технологических процессах изготовления и сборки отдельных элементов и изделия в целом.
В качестве цифровых двойников могут быть представлены прототипы (Digital Twin Prototype, DTP), экземпляры (Digital Twin Instance, DTI) и агрегированные двойники (Digital Twin Aggregate, DTA). Прототип (DTP) представляет собой виртуальный аналог имеющегося в реальности физического объекта. Он включает в себя данные для всесторонней характеристики модели, в том числе информацию по его созданию в реальных условиях. Это могут быть трехмерная модель объекта или описание технологических процессов. Экземпляр (DTI) описывает конкретный физический экземпляр изделия, с которым двойник остается связанным на протяжении всего срока службы. Он содержит аннотированную трехмерную модель, данные о материалах, используемых в прошлом и настоящем времени, и компонентах, информацию о выполняемых процессах во всех временных отрезках, итоги тестов, записи о проведенных ремонтах, операционные данные, параметры мониторинга. Агрегированный двойник (DTA) определяется как информационная система управления физическими экземплярами семейства изделий, которая имеет доступ ко всем их цифровым двойникам и позволяет собирать данные и обмениваться ими.
В рамках настоящей группы изобретений подразумеваются цифровые двойники физического объекта шахты или процесса, происходящего в шахте, с их параметризацией теми данными, которые соответствуют реальному объекту шахты или процессу, происходящему в шахте. Важной особенностью такого цифрового двойника является то, что для параметризации используется информация, поступающая от реального объекта, установленного в настоящей шахте, или информация о процессе, действующим в такой шахте.
Под горногеологическими и горнотехническими процессами, происходящими в шахте, могут подразумеваться, например, наполнение рудничной атмосферы газом, выделяещегося из горного массива.
Под объектами шахты может подразумеваться: горношахтное оборудование различного назначения, элементы либо системы аэрогазового контроля, системы водоотливного комплекса; горные выработки с номенклатурой параметров (протяженность, форма и размеры поперечного сечения, характеристики вмещающих пород, обводненность и.т.д.) в том числе и параметры рудничной атмосферы.
Также в рамках настоящей группы изобретений могут быть представлены цифровые двойники процессов с объектами в шахте, в качестве которых может выступать, например, проведение выработки на 5 м с применением комбайна (комплекса), или цикличное задействование системы вентиляции для откачивания выделяющегося из горного массива газа или проведение процесса замены рабочего органа горнодобывающей установки, ее ремонта и др.
Модуль управления цифровыми двойниками может быть представлен отдельным программно-аппаратным комплексом или он может быть реализован в рамках программно-аппаратного комплекса, реализующего модуль управления обучающей виртуальной средой и может быть представлен в виде специализированного программного обеспечения, позволяющего обрабатывать запросы цифровых двойников, осуществлять поиск среди существующих или создавать новых цифровых двойников и передавать их обратно в модуль управления обучающей виртуальной средой, к которому он подключен.
Модуль управления цифровыми двойниками может содержать загруженные в его внутреннюю память или содержащиеся в сторонней базе данных созданные цифровые двойники объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте. Создание цифрового двойника может быть осуществлено модулем управления цифровыми двойниками в соответствии с запросом цифрового двойника, полученным от модуля управления обучающей виртуальной средой, и передачи запрашиваемого цифрового двойника в модуль управления обучающей виртуальной средой. Для этого модулем управления цифровыми двойниками осуществляется считывание идентификатора запрашиваемого цифрового двойника, например «Проходческий комбайн «КП-21» или «П-110», «Очистной комбайн «SL-900», либо «Газ «Метан», и осуществляется поиск цифрового двойника с таким идентификатором среди доступных модулю управления цифровыми двойниками.
В случае если поиск модулем управления цифровыми двойниками запрашиваемого цифрового двойника не дал результата, то им может быть инициализирован процесс создания нового цифрового двойника объекта шахты и/или процесса, происходящего в шахте, который преимущественно производится в автоматическом режиме. Для этого на основании идентификатора запрашиваемого цифрового двойника модулем управления цифровыми двойниками может быть осуществлена загрузка шаблона для создания цифрового двойника из его внутренней памяти для его заполнения необходимыми данными. Шаблон изначально может содержать сгенерированные данные, заложенные из технической документации, которые могут заполняться автоматически при старте сессии. Также шаблон может представлять собой готовый объект, в который необходимо ввести необходимые параметры или их изменить в процессе прохождения обучающей сессии при помощи изменений в самой обучающей виртуальной среде. Эти данные впоследствии могут быть использованы модулем управления цифровыми двойниками для параметризации модели нового цифрового двойника объекта шахты и/или процесса, происходящего в шахте. Для этого модуль управления цифровыми двойниками подключен к модулю сбора данных, для которого осуществляется формирование запроса необходимой информации для заполнения шаблонов создания цифровых двойников. Также модуль управления цифровыми двойниками может содержать средство автоматической генерации шаблонов для каждого обучающего сценария, которое может быть подключено к модулю сбора данных.
Модуль сбора данных может быть представлен отдельным программно-аппаратным комплексом, или он может быть представлен в виде специализированного программного обеспечения, установленного на программно-аппаратном комплексе, реализующего модуль управления цифровыми двойниками. Модуль сбора данных обеспечивает возможность получения информации для заполнения шаблонов при создании цифровых двойников модулем управления цифровыми двойниками за счет подключенных к нему средств получения данных от объектов шахты и/или с серверов, на которых хранится информация об объектах шахты и/или процессах, происходящих в шахте, и/или общедоступных источников из сети «Интранет», представленной внутренней частной сетью организации. Также модуль сбора данных обеспечивает возможность сбора данных для поддержания релевантности цифровых двойников, используемых в обучающей симуляции в режиме реального времени. Также эти данные могут быть введены через интерфейс.
Получение модулем сбора данных информации от объектов шахты обеспечивает возможность создания цифрового двойника объекта шахты в режиме реального времени. В качестве средств получения данных от объектов шахты могут быть представлены элементы контроля физического состояния объектов шахты, датчики, установленные непосредственно на горношахтное оборудование либо иные объекты шахты, а также измерительное или метрологическое электронное оборудование.
Получение модулем сбора данных информации из общедоступных источников информации сети «Интранет», в частности путем обращения к базе данных системы, обеспечивает возможность повышения полноты данных для заполнения шаблона и преимущественно осуществляется модулем сбора данных в случае отсутствия необходимых данных, поступающих от объектов шахты. Среди таких данных могут быть сведения, которые не могут быть получены от датчиков и элементов контроля оборудования, например номинальные характеристики мощности, максимально допустимые нагрузки, предельные значения температуры и концентрации газов в рудничной атмосфере.
Получение модулем сбора данных информации от серверов, на которых хранится информация о процессах, происходящих в шахте, обеспечивает возможность создания двойниками цифровых двойников ситуаций, происходящих в горной выработке или на ее поверхности, в том числе с цифровыми двойниками объектов шахты. Эти данные позволяют смоделировать стандартные или нестандартные, в том числе аварийные ситуации в горной выработке, например процесс правильной работы автоматической системы предотвращения взрыва метана горной выработке, что повышает релевантность созданного цифрового двойника процесса, происходящего в шахте. Таким образом в среде обучающей симуляции обеспечивается полноценная обратная связь пользователю при взаимодействии с объектами и процессами, происходящими в обучающей симуляции.
После осуществления модулем сбора данных получения всей доступной информации для заполнения шаблонов модуль управления цифровыми двойниками осуществляет ее анализ, в процессе которого определяется достаточность данных для создания цифровых двойников.
В случае если данных для создания цифрового двойника в шаблоне недостаточно, то модуль управления цифровыми двойниками направляет запрос на специализированный интерфейс для ввода данных оператором для создания цифрового двойника, с которого также может быть осуществлена отправка оператором запроса в базу данных для генерации или дополнения недостающих характеристик и атрибутов. При этом интерфейс может обеспечивать возможность изменения или добавления информации непосредственно в обучающую виртуальную среду после запуска сессии. В качестве таких данных могут быть представлены, например, данные о количестве наработанных часов проходческим оборудованием, данные текущего состояния узлов механизмов.
В случае, когда данных для создания цифрового двойника достаточно либо после ввода через специализированный интерфейс недостающих данных оператором, модуль управления цифровыми двойниками, например с применением методов моделирования физических процессов (метода конечных элементов), параметризирует этими данными трехмерные модели, несущие информацию о внешнем виде и структуре объектов и процессов, что обеспечивает возможность получения цифровых двойников объекта шахты и/или процесса, происходящего в шахте. В качестве таких моделей могут быть использованы заранее созданные посредством применения систем автоматизированного проектирования трехмерные модели, которые в процессе параметризации могут также претерпевать изменения. При этом для создания цифровых двойников процессов, происходящих в шахте, могут быть также использованы модели анализа видов и последствий отказов, основанные на анализе надежности систем. Они могут объединять математические модели отказа со статистической базой данных о режимах отказа для проведения анализа и выявления наиболее критических шагов процессов, происходящих в шахте. После этого полученные цифровые двойники могут быть сохранены модулем управления цифровыми двойниками во внутренней базе данных цифровых двойников.
Ввод в обучающую виртуальную среду цифрового двойника осуществляется модулем управления обучающей виртуальной средой и обеспечивает возможность взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты и/или процессами, происходящими в шахте, в обучающей симуляции, транслируемой пользователю модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой.
Ввод в обучающую среду цифрового двойника может быть осуществлен с применением специализированного программного обеспечения. При этом для повышения эффективности тренировки навыков пользователя за счет взаимодействия со статичным цифровым двойником объекта шахты могут быть использованы цифровые двойники объектов шахты с «замороженными» параметрами, под чем подразумевается то, что параметры цифрового двойника объекта шахты неизменны во времени. При этом для поддержания релевантности цифровых двойников модуль управления обучающей виртуальной средой может быть подключен к модулю сбора данных с возможностью получения от него актуальной информации от средств получения данных от объектов шахты. Таким образом при взаимодействии пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, обеспечивается полноценное влияние цифровых двойников проходческого оборудования на цифровые двойники горной выработки, за счет чего в обучающей симуляции моделируется износ оборудования, моделируются возможные повреждения при нарушении техники безопасности и нарушении правил использования СИЗ в конкретной горной выработке. Поведение пользователя в симуляции, наиболее приближенной к реальной обстановке работы в шахте, позволяет изменить подход к контролю прохождения заданий, а также исключает необходимость создания обучающих сценариев, где вручную требуется ввод триггеров срабатывания того или иного направления развития событий. Также для повышения эффективности тренировки навыков пользователя за счет создания наиболее приближенных к настоящим или идентичных настоящим условиям работы в шахте могут быть созданы цифровые двойники действующих участков шахт (забоев), подключение модулей друг к другу может обеспечиваться за счет любых известных средств проводной и/или беспроводной связи.
Дополнительно для оценки качества взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов или процессов, происходящих в шахте, модуль управления обучающей виртуальной средой может содержать подключенное к нему средство анализа данных взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками в обучающей симуляции, позволяющее оценивать правильность осуществляемых им действий и выставлять балльную оценку качеству прохождения пользователем обучающей симуляции.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
–– цифровые двойники впервые применяются в системе для виртуального обучения пользователя работе в шахте, что позволяет в точности смоделировать объекты в шахте и процессы, происходящие в шахте, в среде обучающей симуляции, благодаря чему обеспечивается возможность проведения с пользователем обучающей сессии в атмосфере существующей горной выработки с цифровыми двойниками установленного в существующей горной выработки оборудования;
–– автоматизированная система для виртуального обучения пользователя работе в шахте содержит модуль управления цифровыми двойниками, выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, создания цифровых двойников на основе полученных данных и передачи данных в модуль управления обучающей виртуальной средой, что позволяет определить необходимые данные для создания цифрового двойника от подключенных к модулю сбора данных имеющихся источников данных, либо создать точную программную модель объекта шахты или процесса, происходящего в шахте, либо выбрать цифровой двойник из ранее созданных и присвоить ему релевантные данные, полученные модулем сбора данных;
–– модуль управления обучающей виртуальной средой выполнен с возможностью ввода в обучающую виртуальную среду созданных цифровых двойников, что позволяет создать обучающую симуляцию работы в шахте с применением точных программных моделей существующих в шахте объектов и/или происходящих в ней процессов.
Совокупность существенных признаков группы изобретений позволяет создать точную программную модель объекта шахты или процесса, происходящего в шахте, либо выбрать цифровой двойник из ранее созданных и присвоить ему релевантные данные, полученные модулем сбора данных, и создать модулем обеспечения пользователя обучающей средой обучающую симуляцию работы в шахте с применением точных программных моделей существующих в шахте объектов и/или происходящих в ней процессов с постоянным обновлением данных, благодаря чему в обучающей симуляции, транслируемой пользователю, появляется возможность его взаимодействия с цифровыми копиями объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, тем самым обеспечивается возможность проведения с пользователем обучающей сессии в атмосфере горной выработки с цифровыми двойниками оборудования, установленного в выработке. Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты и/или процессами, происходящими в шахте, в обучающей симуляции, транслируемой пользователю модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, тем самым расширяется функционал автоматизированной системы для виртуального обучения пользователя работе в шахте.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известна система для виртуального обучения пользователя работе с горнодобывающим транспортом, в обучающей симуляции которой используется модель горнодобывающего транспорта, а в процессе взаимодействия с ним осуществляется сбор данных о взаимодействии пользователя с этой моделью для оценки его навыков. Также из общедоступных источников информации сети «Интернет» известна возможность создания цифровых двойников различных объектов. Однако применение цифровых двойников в системе для виртуального обучения пользователя работе в шахте из уровня техники не известно. Группа изобретений также обеспечивает простоту создания обучающих симуляций за счет того, что обучающие кейсы содержат цифровые двойники того оборудования и тех процессов, которые установлены и реализуются в настоящей шахте, а сам сценарий создается автоматически за счет коллизии существующих моделей цифровых двойников в пространстве обучающей симуляции, а от пользователя в такой обучающей симуляции требуются нестандартные и непредсказуемые решения, что существенно повышает эффективность тренировки его навыков. Такой эффект из уровня техники также не известен, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретения из группы изобретений связаны между собой и образуют единый изобретательский замысел, который заключается в том, что система для виртуального обучения пользователей работе в шахте обеспечивает возможность реализации способа виртуального обучения пользователей работе в шахте, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «единство изобретения».
Группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 – Схема автоматизированной системы для виртуального обучения пользователя работе в шахте, в которой компоненты системы объединены протоколом обмена данными с внутрикорпоративной сетью «Интранет».
Фиг.2 – Алгоритм, выполняемый автоматизированной системой для виртуального обучения пользователя работе в шахте (Часть 1).
Фиг.3 – Алгоритм по фиг.2 (Часть 2).
Фиг.4-13 – Скриншоты обучающей виртуальной среды, в которую были введены цифровые двойники объектов шахты и процессов, происходящих в шахте.
Фиг.14-18 – Скриншоты обучающей виртуальной среды, в которую были введены цифровые двойники объектов шахты и процессов, происходящих в шахте.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Автоматизированная система для виртуального обучения пользователя работе в шахте содержит средства 100 получения данных, модуль 110 сбора данных, модуль 120 управления обучающей виртуальной средой, модуль 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, модуль 140 управления цифровыми двойниками, базу 141 цифровых двойников, интерфейс 150 для создания цифровых двойников.
Средства 100 получения данных от объектов шахты могут быть представлены датчиками измерения физических величин, датчиками положения объектов в пространстве, установленными непосредственно на горношахтное оборудование, а так же датчиками систем аэрогазового контроля и других элементов МФСБ.
Модуль 110 сбора данных представлен облачным хранилищем, и/или сервером, и/или персональным компьютером, и/или базой данных. Модуль 120 управления обучающей виртуальной средой и модуль 140 управления цифровыми двойниками могут быть представлены в виде одного или нескольких электронных устройств в виде серверов, персональных компьютеров или смартфонов, содержащих соединенные между собой ЦП, ОЗУ, ПЗУ и устройства ввода и вывода данных и снабженных специализированным программным обеспечением или в виде одного электронного устройства, снабженного специализированным программным обеспечением. Модуль 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой может быть представлен очками или шлемом виртуальной реальности и контроллерами, подключенными к удаленному серверу управления обучающей виртуальной средой. Интерфейс 150 для создания цифровых двойников может быть представлен специализированным программным приложением, отображаемым на мониторе персонального компьютера или иного электронного устройства. База 141 может быть представлена в виде систематизированных совокупностей машиночитаемых данных, которые могут храниться во внутренней памяти модуля 140 или удаленно.
Средства 100 получения данных подключены к модулю 110 сбора данных с возможностью получения запросов данных для создания цифровых двойников и передачи данных по запросу; модуль 110 сбора данных подключен к модулю 140 управления цифровыми двойниками с возможностью получения запросов данных и передачи данных по запросу, подключен к сети «Интранет», с возможностью передачи запросов данных в ее базу данных или на ее сервер для создания цифровых двойников системе проекта и получения данных по запросу; модуль 120 управления обучающей виртуальной средой подключен к модулю 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой с возможностью передачи данных обучающей симуляции с цифровыми двойниками; модуль 140 управления цифровыми двойниками подключен к модулю 120 управления обучающей виртуальной средой с возможностью получения запросов цифровых двойников и передачи цифровых двойников по запросу, подключен к базе 141 цифровых двойников с возможностью передачи запроса цифрового двойника и получения данных по запросу, подключен к интерфейсу 150 для создания цифровых двойников с возможностью передачи запроса дополнительных данных для создания цифрового двойника и получения данных по запросу; интерфейс 150 подключен к базе 141 цифровых двойников с возможностью передачи данных для создания цифровых двойников. При этом модули связаны с интерфейсом 150 и базой 141, подключены к сети «Интранет» с возможностью обмена данными для создания цифровых двойников между собой по протоколам обмена данными.
Способ виртуального обучения пользователя работе в шахте реализуется рядом основных этапов, которые включают в себя этап 200, на котором модулем 120 управления обучающей виртуальной средой осуществляется формирование запроса цифровых двойников для обучающей виртуальной среды из модуля 140 управления цифровыми двойниками; этап 210, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется проверка наличия в базе 141 запрашиваемых модулем 120 управления обучающей виртуальной средой цифровых двойников; этап 220, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется формирование запроса информации для модуля 110 сбора данных; этап 230, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется опрос средств 100 получения данных от объектов шахты; этап 240, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется получение информации для создания цифрового двойника из сети «Интранет»; этап 250, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется формирование запроса информации для создания цифровых двойников у оператора системы; этап 260, на котором оператором системы осуществляется ввод необходимой для создания цифровых двойников информации через интерфейс 150; этап 270, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется создание цифровых двойников; этап 280, на котором модулем 120 управления обучающей виртуальной средой осуществляется ввод в обучающую виртуальную среду цифровых двойников, созданных модулем 140 управления цифровыми двойниками; этап 290, на котором модулем 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой осуществляется транслирование обучающей симуляции с цифровыми двойниками пользователю.
Более конкретно каждый из этапов способа осуществляется следующим образом.
На этапе 200 модулем 120 управления обучающей виртуальной средой осуществляется формирование запроса цифровых двойников из модуля 140 управления цифровыми двойниками для обучающей виртуальной среды. Для этого через специализированный интерфейс (не указан на фигурах) модуля 140 оператором осуществляется выбор объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, в качестве которых может быть выбран, например, процесс анкерного крепления кровли. После этого данные о выбранных процессах через специализированный интерфейс цифровых двойниках обрабатываются модулем 120, после чего им формируются запросы для модуля 140 управления цифровыми двойниками.
На этапе 210 модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется проверка наличия в базе 141 запрашиваемых модулем 120 управления обучающей виртуальной средой цифровых двойников. Для этого модулем 140 осуществляется автоматический анализ полученного запроса и отправка запроса в базу 141 цифровых двойников по запросу модуля 120 управления обучающей средой. Также выбор цифрового двойника в базе 141 цифровых двойников может быть осуществлен оператором системы вручную через интерфейс 150 для создания цифровых двойников. В случае обнаружения цифровых двойников в базе 141 модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется их передача в модуль 120 управления обучающей виртуальной средой, после чего происходит переход на этап 280, на котором модулем 120 управления обучающей виртуальной средой осуществляется ввод в обучающую виртуальную среду созданных модулем 140 управления цифровых двойников, при этом осуществляется получение релевантных данных от средств 100 получения данных от объектов шахты.
Этап 220, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется формирование запроса информации для модуля 110 сбора данных. Этот этап осуществляется в случае, если цифровой двойник в базе 141 обнаружен не был. Для этого модулем 140 из внутренней памяти выгружается шаблон создания цифрового двойника, текстовые поля которого автоматически заполняются необходимой для создания цифрового двойника информацией, а для получения этой информации модуль 140 управления цифровыми двойниками формирует запрос данных для модуля 110 сбора данных в соответствии с идентификатором цифрового двойника и текстовыми полями шаблона. При этом в случае отсутствия во внутренней памяти модуля 140 необходимого шаблона, он может быть загружен в модуль 140 управления цифровыми двойниками через интерфейс 150 для создания цифровых двойников оператором системы.
На этапе 230 модулем 110 сбора данных осуществляется опрос средств 100 получения данных от объектов шахты, при этом в качестве таких средств могут быть представлены датчиками измерения физических величин, установленными непосредственно на горношахтное оборудование, а так же датчиками систем аэрогазового контроля и других элементов МФСБ и подключены к модулю 110 сбора данных средствами проводной и/или беспроводной передачи данных.
При этом, в случае если полученной информации для заполнения шаблона и создания цифрового двойника достаточно, то происходит переход на этап 270.
Этап 240, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется получение информации для создания цифрового двойника из сети «Интранет» осуществляется в том случае, если данных, полученных от средств 100 получения данных, модулю 140 недостаточно для создания цифрового двойника. В таком случае модуль 110 сбора данных получает недостающие данные, например массу и габариты горношахтного оборудования, для создания цифрового двойника такой установки из сети «Интранет», формируя соответствующий один или несколько запросов посредством применения специализированного программного обеспечения. При этом в случае, если полученной информации для заполнения шаблона и создания цифрового двойника достаточно, то происходит переход на этап 270.
Этап 250, на котором модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется формирование запроса информации для создания цифровых двойников у оператора системы осуществляется в том случае, если полученных от модуля 110 данных для создания цифрового двойника из сети «Интранет» недостаточно, например неизвестно количество отработанных часов комбайном или не известно текущее состояние рабочего органа, находящегося в данный момент в горной выработке, то модуль 140 управления цифровыми двойниками формирует соответствующий запрос данных оператору, который направляется на интерфейс 150 для создания цифровых двойников.
На этапе 260 оператором системы осуществляется ввод необходимой для создания цифровых двойников информации через интерфейс 150 в соответствующие поля шаблона для создания цифрового двойника, для чего им используются устройства ввода и вывода данных.
На этапе 270 модулем 140 управления цифровыми двойниками осуществляется создание цифровых двойников. Этот процесс производится после заполнения всех полей шаблона посредством применения специализированного программного обеспечения, когда на основе заполненного шаблона строятся модели объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, и создаются цифровые двойники объекта шахты и/или процесса, происходящего в шахте, который автоматически сохраняется в базу 141 цифровых двойников и передается в модуль 120 управления обучающей виртуальной средой.
На этапе 280 модулем 120 управления обучающей виртуальной средой осуществляется ввод в обучающую виртуальную среду цифровых двойников объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте, для чего им применяется специализированное программное обеспечение, интегрирующее цифровых двойников в обучающую виртуальную среду. После этого полученная симуляция содержит цифровые двойники объектов шахты, с которыми в процессе обучения взаимодействует пользователь, а также цифровые двойники процессов, происходящих в шахте. При этом модулем 120 управления обучающей виртуальной средой могут быть в режиме реального времени получены данные от модуля 110 сбора данных для параллельного изменения данных цифрового двойника в процессе трансляции обучающей симуляции.
На этапе 290 модулем 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой осуществляется транслирование обучающей симуляции с цифровыми двойниками объектов шахты и/или процессами, происходящими в шахте, пользователю через соответствующие элементы модуля 130 обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой.
Группа изобретений поясняется следующим конкретным примером реализации.
Пример 1. Для создания обучающей симуляции работы в угольной шахте с применением комбайна «SANDVIK MB670-1» модулем 140 для создания цифрового двойника шахты, проходческого комбайна и процессов, происходящих в шахте, осуществлялось получение данных от сервера 110 сбора данных и от интерфейса 150 создания цифрового двойника, через который оператором системы осуществлялось добавление необходимых для создания цифровых двойников данных. Таким образом модулем 140 создания цифрового двойника осуществлялось получение общих сведений о шахте, например: оператор выбрал конкретную модель рабочего пласта, в системе введены технические и геологические характеристики горных выработок, такие как общая протяженность горных выработок – 2785м. их ширина и высота – 4500х3000м, распределены типы горной выработки (проходческий забой, проходческий штрек, вентиляционный уклон, очистной забой и др.). На основе этих данных система определяет местоположение горношахтной техники и иного оборудования.
После этого формируется модель шахты, состоящая из различных горных выработок, конкретных местоположений горношахтной техники и оборудования, модели которых автоматически помещаются на карту виртуальной реальности.
На фиг.14-18 представлено наглядное изображение того, какие данные заложены при выборе карты для вспомогательных горноспасательных команд
Также осуществлялось получение данных от датчиков температуры и влажности воздуха, а также о концентрации газов, установленных непосредственно в горной выработке, а также о скорости движения потоков газа в системе вентиляции, например: концентрация метана в очистном забое 50-02 сигнализировал на 0,1% из этого следует что имеется повышенный риск возникновения аварийного прекращения подачи энергоснабжения на оборудование в случае, если не выполнить некоторые действия, 1. проверить исправность датчика; 2. Выполнить замеры ручным датчиком контроля атмосферы и принять меры по устранению возникающей угрозы; 3. Проверить исправность дегазационного оборудования.
Также осуществлялось получение технических характеристик проходческого комбайна «SANDVIK MB670-1», среди которых:
| Общая длина | 11250 мм |
| Общая ширина | 5200 мм |
| Общая высота, min | 3100 мм |
| Вес | 105 т |
| Давление на почву | 26 Н/см² |
| Клиренс | 270 мм |
| Максимальная величина выдвижения исполнительного органа | 1000 мм |
| Расстояние от козырька до груди забоя | 1500 мм |
| Расстояние от буровой штанги до груди забоя | 2500 мм |
| Количество анкероустановщиков | 4 для кровли, 2 для бортов |
| Расстояние между центрами анкеров | >110 мм |
| Длина анкеров, цельных при высоте резания 3,8м | 9000 мм |
| Анкера боковых стенок (за один заход буровых штанг) | 1320 мм |
| Тип анкеров | сталеполимерный |
| Вид бурения | вращательное бурение |
| Диаметр бурения | 20-50 мм |
| Вращающий момент | 270-380 Нм |
| Усилие бурения | 15-23 кН |
| Усилие защиты козырька | 2х200 кН |
| Погрузочное устройство | нагребающие звездочки |
| Грузоподъемность | 25 т/мин |
| Ширина погрузочного стола | 4700-5200 мм |
Система транспортировки (конвейер)
| Ширина | 760 мм |
| Скорость движения конвейера | 1,5 м/сек |
| Грузоподъемность | 17 т/мин |
| Свисание конвейерной ленты | max 2800 мм |
| Скорость, переменная | 3,3-6,5 м/мин |
| Ширина ходовой части, наружная сторона цепи | 2900 мм |
| Емкость гидравлического резервуара | 470 л |
| Общее количество масла | 600 л |
| Электрическое напряжение | 1140 В/50 Гц |
| Дистанционное радиоуправление | Стандартное |
| Установленная мощность – общая | 510 кВт |
| - двигатель рабочего органа | 270 кВт |
| - двигатель гидравлики | 132 кВт |
| - двигатель погрузочного устройства | 2х36 кВт |
| - двигатель конвейера | 1х36 кВт |
Через интерфейс 150 оператором системы осуществлялся ввод данных о текущем состоянии комбайна, устанавливается местонахождение комбайна в горной выработке, а также данные о протяженности горной выработки. После этого оператором через интерфейс 150 загружалась трехмерная модель шахты и проходческого комбайна, которым присваивались полученные данные.
После этого оператором выбирались параметры о процессе, происходящем в шахте: «Предотвращение процедуры взрыва метана в результате выполнения рабочего процесса проходки», при котором в случае каких-либо неисправностей как на оборудовании аэрогазового контроля и ином оборудовании в горной выработке, а также отсутствия внутри системы датчиков у цифрового двойника шахтера.
Перечень неисправностей, которые могут привести к неблагоприятным последствиям в процессе «Предотвращение процедуры взрыва метана»:
- повреждение кабелей энергоснабжения на участке заполненным газом, а также в случае, если концентрация не превышает значение 6.0% и не ниже 5.0% на цифровых двойниках датчиков метана, то произойдет вспышка метна которая не несет больших разрушений, однако в случае превышения 9.0% будет воспроизведен алгоритм взрыва, с визуальными повреждениями горношахтного оборудования и иных моделей в горных выработках
- повреждение вентиляционного става, что послужит отсутствию проветривания тупикового участка, т.е. процесс отсутствия кислорода
- открытые люки с контактами на блоках энергоснабжения (искрение и «вспышка» или «взрыв» метана)
- отсутствие у персоналий переносных датчиков (переносной датчик, для моделей персонажей действует как реальный датчик, данные которые он предает аналогичны значениям\концентрациям внешнего воздействия в тех же значениях что и воспроизводятся при действии алгоритмов, т.е. если температура будет не 18 градусов, а 22, то датчик это покажет, если концентрация метана превысит норму 0,1% датчик будет подавать аудио и визуальный сигнал, показывает значения окиси углерода и кислорода)
Данные процессы могут привести к воспроизведению процесса аварийной ситуации «вспышка», «взрыв» метана в случае их возникновения и игнорировании каких-либо показаний датчиков, сигналов или игнорирование ситуации в целом
На основе полученных данных модулем 140 создавались цифровые двойники шахты, проходческого комбайна и моделировался процесс предотвращения процедуры взрыва метана в горной выработке, с учетом данных, полученных от датчиков, установленных на горнодобывающем оборудовании и в горной выработке.
После этого созданные цифровые двойники модулем 120 интегрировались в обучающую симуляцию и посредством очков виртуальной реальности транслировались пользователю.
В процессе прохождения обучающей симуляции пользователь посредством контроллеров взаимодействовал с трехмерной моделью цифрового двойника проходческого комбайна «SANDVIK MB670-1», находящегося на участке тупиковой выработки. Цифровой двойник проходческого комбайна при этом взаимодействовал с цифровым двойником рабочего пласта «50-02 Шахты им. В.Д. Ялевского» При этом в горной выработке воспроизводился цифровой двойник процесса предотвращения взрыва метана, при котором пользователю до получения сведений о завершении этого процесса необходимо приостановить работу проходческого комбайна и отключить электроснабжение участка.
Аналогичным образом реализуется пример 2, в котором симулируется процесс транспортировки горной массы, системой, состоящей из горнодобывающего комбайна, перегружателя с дробилкой и конвейера с ленточным полотном, роликами с роликоопорами и датчиками. Для этого дополнительно создавались их цифровые двойники, а также цифровые двойники горной массы, среди которых частицы угольной пыли (фракцией 5 мм) и камни (фракцией 65 мм). Управление конвейерной линией в обучающей среде осуществляется цифровым двойником блока управления, с которым взаимодействует пользователь. В частности, он взаимодействует с кнопками на модели панели управления и в свою очередь запускает процессы движения конвейерной линии или экстренную остановку, управляет натяжением ленты посредством нажатия кнопок на панели в зависимости от возможных неисправностей, возникающих на конвейерной линии.
В процессе обучающей симуляции аварийных ситуаций в выработке при взаимодействии цифрового двойника горнодобывающего комбайна с цифровым двойником перегружателя и конвейерной ленты модулем 120 оценивались действия пользователя при выходе из строя конвейерной ленты и образования задымления в шахте, в том числе действия, направленные на устранение неисправности, а также правильность использования цифровых двойников и средств индивидуальной защиты. В случае если пользователь замечает проблему, он может воспользоваться системной указкой, отметить проблемную область и алгоритм отключит проблемную область (с записью в базу данных персонажа в случае, если ведется внутриплатформенная запись процесса). При этом в случае отсутствия действий со стороны пользователя, в том числе сообщения от пользователя «доложено другим пользователям» или отключения комбайна и перегружателя, воспроизводится процесс аварийной остановки конвейерной линии, что может привести к пересыпу горной массы. В таком случае происходит образование задымлений по системному алгоритму.
В случае если пользователь не реагирует на проблему или продолжительное время ее не замечает, то происходит задымление участка и в случае отсутствия у персонажа правильно закрепленного СИЗ, может произойти симуляция гибели персонажа в обучающей виртуальной среде.
Аналогичным образом реализуется пример 3, в котором симулируется работа дизелевоза DLZ110, для чего в имеющейся системе создавался его цифровой двойник с максимальной скоростью движения 7.2 км/ч, цифровой двойник монорельса, по которому двигается дизелевоз, а также использовалась существующая модель шахты и системы вентиляции и цифровые модели груза дизелевоза.
В процессе обучающей симуляции на участке выработки симулировалось взаимодействие пользователя с цифровым двойником дизелевоза с монорельсом и горной выработкой, где установлена система вентиляции. При продвижении дизелевоза на определенных точках в выработках, цифровая модель перевозимого металла в блоке зацепа (грузовой блок) взаимодействует с цифровым двойником системы вентиляции, что в свою очередь повреждает\деформирует вентиляционный став. В случае если персонаж пропустит проверку датчика скорости воздуха и/или пропустит проверку датчика метана, то есть несколько вариантов развития обучающей симуляции:
1. Если сработает цифровой двойник датчика метана и отключится энергоснабжение на участке, тогда обеспечивается возможность поиска пользователем неисправности вентиляционного става. Если пользователь не находит неисправность запускает вентиляцию местного проветривания и не возвращается для проверки датчика воздуха на концевой части вентиляционного става, то через 10 минут запустится алгоритм взрыва цифрового двойника метана.
2. Если неисправны оба датчика и в течение 10 минут пользователь не решает проблему подачи воздуха и выветривания газового облака метана, то запускается алгоритм взрыва метана в среде обучающей симуляции.
Также в обучающей симуляции могут находиться сразу несколько взаимодействующих между собой пользователей, например, если один пользователей работает в конвейерном уклоне, а выветривание происходит на вентиляционном уклоне, то в случае задымления часть пользователей может быть отрезана в случае, если они некорректно закрыли или открыли перемычки в разных точках моделей шахты. При этом если пользователи, которые находятся рядом с местом возникновения задымления не устранят проблему задымления, то в течение 10 минут (при условии отключенного или неисправного датчика метана, повреждения вентиляционного става) также сработает алгоритм взрыва метана.
В отношении работы дизелевоза обучающая симуляция может иметь следующий сценарий: пользователь осуществляет запуск двигателя цифрового двойника дизелевоза, перед началом движения необходимо разблокировать ручной тормоз, ключом снимает блокировку нажатием кнопки на панели в кабине и управляет им при помощи регулятора скорости. В процессе движения пользователю необходимо соблюдать скоростной режим, иначе возможен выход из строя цифрового двойника монорельса или сход цифрового двойника дизелевоза с рельса в результате его деформации. При этом многократное передвижение модели дизелевоза на определенных участках монорельса вызывает цифровой двойник процесса «вываливание шплинта» под действием вибрации, управляемым системно. При этом данный процесс может быть предотвращен системной указкой пользователя если он, при осмотре монорельса, замечает проблемные места, в виде скосов, сдвига крепежей. В случае, если пользователь не устраняет проблему, то при проходе на аварийном участке цифровой двойник дизелевоза запустит алгоритм падения монорельса и дизелевоза.
Также при перемещении цифровых двойников грузов в грузовом блоке дизелевоза, которые размещаются пользователем самостоятельно в случае, если груз уложен с нарушением правил, то запускается алгоритм повреждения, как самого дизелевоза, так и цифровых двойников объектов шахты (вентиляционного става, конвейера или комбайна) находящихся на пути движения дизелевоза. При этом в случае соблюдения всех правил укладки грузов и наблюдении за его состоянием в процессе движения дизелевоза, эти алгоритмы не воспроизводятся.
Пример 4. В случае, если сотрудник не обладает навыками работы в виртуальной среде, перед началом обучения работы непосредственно в шахте, сотрудник обязательно проходит тренировочную карту “Изучить основы VR”. В разделе обучения симулируются наиболее часто встречающиеся процессы, связанные с возникновением аварийных ситуаций. В этом режиме проводится краткий показательный процесс обучения, на какие объекты и процессы нужно обращать внимание, что требуется выполнять в случае возникновения внештатных ситуаций, для большего понимания был разработан простой инструмент лазерная указка, которой можно отмечать нарушения и после прохождения обучения вновь пройти для более детального изучения области, где могла возникнуть аварийная ситуация, пример прохождения обучения:
После выбора режима обучения из меню, создается цифровой двойник шахты и оборудования, все объекты помещаются на заранее запланированные точки, аналогично и с объектами аварийности и их алгоритмами работы, далее сотрудник, применяя очки виртуальной реальности и контроллеры начинает выполнять действия. Первоначально цифровой двойник сотрудника появляется в цифровом двойнике ламповой (ламповая - помещение на поверхности шахты для хранения, зарядки и ремонта светильников, самоспасателей, портативных газоанализаторов). В данной комнате он выполняет калибровку контроллеров, также в ламповой для сотрудника размещены цифровые двойники оборудования, которое он может взять в шахту, такие как портативный газоанализатор СПУТНИК-1М, самоспасатель, фонарь с аккумулятором, сумка с инструментами и др.
Чтобы перейти в шахту, сотрудник подходит к двери и нажимает триггером на надпись “Начать обучение”. Далее цифровой двойник переносится на начальную точку, откуда он должен начать обучение, после появления, игрок видит перед собой надпись на виджете с аудио сопровождением (Виджет - примитив графического интерфейса пользователя, имеющий стандартный внешний вид с текстом, картинками или видеофайлами): «Добро пожаловать в виртуальную реальность «Живая шахта». Сейчас Вы пройдете курс обучения на тему «Аварийные ситуации в подготовительном забое». В ходе курса Вам будут продемонстрированы Вы посетите подготовительный забой, выполненный с нарушениями правил безопасности, которые становятся причиной аварийных случаев. Чтобы начать обучение проследуйте к следующей пульсирующей точке» Текст не обязательно читать на виджете, можно прослушать заранее записанную аудиодорожку, которая воспроизводится совместно с появлением виджетов. Далее в поле зрения появляется пульсирующий маркер, к которому необходимо следовать.
Первым нарушением является прорыв противопожарного трубопровода. Подойдя к аварии появляется надпись на виджете: «В результате применения некачественных инструментов и халатности работников произошел прорыв противопожарной трубы. Данная аварийная ситуация может привести к затоплению участка горной выработки, а также повредить горношахтное оборудование, поэтому в реальной ситуации о ней необходимо в первую очередь сообщить диспетчеру по телефону, теперь отметьте нарушение как обнаруженное» Объект трубы подсвечивается оранжевым цветом и сигнализирует область неисправности, сотрудник отмечает нарушение лазерной указкой, появляется визуальная зеленая галочка, над ней виджет «Отлично! Двигайтесь к следующему маркеру».
Вторым нарушение порыв вентиляционного става, достигнув маркера появляется виджет: «Главная задача вентиляции шахт - обеспечение достаточным количеством воздуха всех рабочих мест и путей перемещения в подземных выработках, чтобы сократить до приемлемого уровня те загрязнители, с которыми невозможно бороться любыми другими средствами. Содержание кислорода в воздухе выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно составлять не менее 20% (по объему). В нашем случае неправильные действия водителя дизелевоза привели к повреждению вентиляционного става, что влияет на повышение концентрации вредных газов в воздухе. Данная ситуация может привести к вспышке или взрыву накопившегося метана. О сложившейся аварийной ситуации необходимо сообщить в первую очередь диспетчеру по телефону, теперь отметьте нарушение как обнаруженное» Объект вентиляционного става подсвечивается оранжевым цветом и сигнализирует область неисправности, сотрудник отмечает нарушение, появляется визуальная зеленая галочка, над ней виджет «Отлично! Двигайтесь к следующему маркеру».
Третье нарушение - отставание датчика метана от груди забоя, достигнув маркера появляется виджет «В ходе работ, специалисты АГК забыли перенести датчик метана ближе к груди забоя. По требованиям эксплуатации датчик должен находиться в 3-5 метрах от груди забоя и не более. Иначе его показания будут некорректными относительно места возможного скопления метана и это приведет к потенциальной опасности взрыва. О данной ситуации необходимо сообщить диспетчеру по телефону, теперь отметьте нарушение как обнаруженное» Объект датчика метана подсвечивается оранжевым цветом и сигнализирует область неисправности сотрудник отмечает нарушение, появляется визуальная зеленая галочка, над ней виджет «Отлично! Двигайтесь к следующему маркеру»
Данный маркер является завершающим, как только цифровой двойник достигает маркера появляется сообщение: “Вы успешно прошли обучение и ознакомились со следующими аварийными ситуациями: прорыв противопожарного трубопровода, порыв вентиляционного става, отставание датчика метана от груди забоя. Спасибо за уделенное время!” В это время игрок обездвижен, перед ним появляется два пункта меню: «Выход» (если персонаж выбирает данный пункт, то завершается и выполняется процесс выхода из программы в главное меню), «Продолжить» (если персонаж выбирает данный пункт, то сотрудник может пройти по участку горной выработки и посмотреть все отметки и ознакомиться с областью работы еще раз).
Таким образом на основе цифровых двойников объектов шахты и процессов, происходящих в шахте, моделировались объекты шахты и производственный процесс, происходящий в шахте, что способствовало воссозданию реальной обстановки, происходящей в шахте.
Таким образом достигался технический результат, заключающийся в обеспечении возможности взаимодействия пользователя с цифровыми двойниками объектов шахты и/или процессами, происходящими в шахте, в обучающей симуляции, транслируемой пользователю модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, тем самым расширялся функционал автоматизированной системы для виртуального обучения пользователя работе в шахте.
1. Автоматизированная система для виртуального представления пользователю работы в шахте, содержащая модуль сбора данных с подключенным к нему средством получения данных от объектов шахты, модуль управления обучающей виртуальной средой и модуль обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, выполненные с возможностью обмена данными, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками, выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, создания цифровых двойников на основе полученных данных и передачи данных в модуль управления обучающей виртуальной средой, который выполнен с возможностью ввода в обучающую виртуальную среду созданных цифровых двойников.
2. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве цифровых двойников представлены объекты шахты и/или процессы, происходящие в шахте.
3. Автоматизированная система по п.2, отличающаяся тем, что в качестве цифровых двойников представлены процессы, происходящие с объектами в шахте.
4. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками содержит базу созданных цифровых двойников.
5. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками выполнен с возможностью поиска цифрового двойника в базе данных системы.
6. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками содержит шаблоны для создания цифрового двойника, или средство автоматической генерации шаблонов для каждого обучающего сценария.
7. Автоматизированная система по п.6, отличающаяся тем, что модуль сбора данных подключен к средствам получения данных от объектов шахты и обеспечивает автоматическое заполнение полученными данными шаблона для создания цифрового двойника.
8. Автоматизированная система по п.7, отличающаяся тем, что в качестве средств получения данных от объектов шахты представлены элементы контроля физического состояния объектов шахты.
9. Автоматизированная система по п.8, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками содержит специализированный интерфейс для ввода данных оператором, обеспечивающий возможность изменения или добавления информации непосредственно в обучающую виртуальную среду после запуска сессии.
10. Способ виртуального представления пользователю работы в шахте, включающий получение данных модулем сбора данных за счет подключенных к нему средств получения данных от объектов шахты, передачу этих данных в модуль управления обучающей виртуальной средой и обмен данными между модулем управления обучающей виртуальной средой и модулем обеспечения пользователя обучающей виртуальной средой, отличающийся тем, что модулем управления цифровыми двойниками осуществляется получение данных от модуля сбора данных, создание цифровых двойников на основе полученных данных и передача данных в модуль управления обучающей виртуальной средой, которым, в свою очередь, осуществляется ввод в обучающую виртуальную среду созданных цифровых двойников.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что модулем управления цифровыми двойниками производится создание цифровых двойников объектов шахты и/или процессов, происходящих в шахте.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что производится создание цифровых двойников процессов, происходящих с объектами в шахте.
13. Способ по п.10, отличающийся тем, что цифровой двойник создается модулем управления цифровыми двойниками в соответствии с идентификатором цифрового двойника, содержащимся в запросе, полученном от модуля управления обучающей виртуальной средой.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что на основании идентификатора запрашиваемого цифрового двойника модулем управления цифровыми двойниками осуществляется загрузка шаблона для создания цифрового двойника для его заполнения необходимыми данными.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что получение необходимых данных осуществляется модулем сбора данных от средств получения данных от объектов шахты, а шаблон для создания цифрового двойника автоматически заполняется полученными данными.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что получение данных осуществляется от элементов контроля физического состояния объектов шахты.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что, в случае если данных для создания цифрового двойника в шаблоне недостаточно, модулем управления цифровыми двойниками направляется запрос на специализированный интерфейс для ввода недостающих данных оператором.
