(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111608234.0 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 鞍钢集团矿业有限公司 地址 114001 辽宁省鞍山市铁东区二 一九 路39号 (72)发明人 郭志东　孙亚鑫　惠施亚　张野　 钱晓龙　张迪　洪悦　吴乐舟　 (74)专利代理 机构 鞍山贝尔专利代理有限公司 21223 代理人 颜伟 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) G06K 9/62(2022.01) G06V 10/764(2022.01)G06V 10/771(2022.01) (54)发明名称 基于数字孪生技术的矿山破碎管控系统 (57)摘要 本发明属于智能制造与机器视觉技术领域， 尤其是涉及一种基于数字孪生的矿山破碎管控 系统， 其特征在于包括在系统平台搭建三维孪生 工艺场景， 对建好的设备设施模型进行布局渲 染、 动态编程， 形成矿山破碎数字孪生管控系统； 通过工业控制 网直接将系统所需数据传送到数 据库中； 建立好的矿山破碎数字孪生管控系统与 物理现场数据通过数据接口进行实时数据交互。 本发明为建设露天矿数字化系统提供了解决方 案， 在此系统框架下可建设若干典型工艺系统， 以可复制性强的露天矿矿山破碎系统为突破点， 建立系统模 型， 并提出一整套矿山破碎数字孪生 系统的具体技术方案， 解决了整个矿山数字化系 统无法快速落 地的难题。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114417706 A 2022.04.29 CN 114417706 A 1.一种基于数字孪生的矿山矿石破碎管控系统， 其特征在于包括在系统平台搭建三维 孪生工艺场景， 对建好的设备设施模型进 行布局渲染、 动态编程， 形成矿山破碎数字孪生管 控系统， 管控系统又分为状态监控、 故障分析、 仿真预测等子系统； 矿山破碎及运输仓储现场的破碎机、 传送皮带及料仓等通过工业控制网直接将系统所 需数据传送到数据库中； 建立好的矿山破碎数字孪生管控系统与物理现场数据通过数据接口进行实时数据交 互， 各子系统的数据交互运用星形网络结构， 利用应用程序接口(Application   Programming Interface， 简称API)网关作为中转连接各个子系统。 2.一种建立基于数字 孪生的矿山管控系统， 其特 征在于具体步骤 包括： 步骤1： 利用二维机械设备图纸， 采用建模软件建立破碎机、 传送带、 传送带电机和减速 机、 润滑装置、 冷却装置、 张紧装置、 料仓等矿山破碎设备的三维孪生模型； 步骤2： 在系统平台内搭建矿山破碎工艺生产孪生空间场景， 将建立好的孪生模型根据 现场物理 空间位置， 同步映射到 孪生空间坐标； 步骤3： 将矿山破碎及运输仓储现场的数据通过工业控制网提取到数据库中， 对数据进 行分析和处 理； 步骤4： 通过脚本语言编写基于表现层状态转移的数据交互接口， 实现三维矿山破碎孪 生系统与数据库的交 互； 步骤5： 根据机械原理及运动学， 构建矿山破碎系统的三维可视化动态模型， 真实地反 映现场设备运行效果； 步骤6： 将系统项目发布为网页版， 并布置到应用服务器， 供工作人员通过网页地址进 行生产调度操作； 步骤7： 采集并分析矿山破碎设备数据， 对数据特征信息进行融合， 采用费希尔方法和 主成分分析提取数据集特征， 采用智能优化算法和机器学习， 对矿山破碎设备进行故障诊 断； 其中， 在步骤1中所述的二维机械图纸， 采用施工时的AutoCAD图纸， 所述的建模软件采 用3DsMax软件； 其中， 在步骤2中所述的系统平台， 采用Un ity3D软件平台； 其中， 在步骤3中所述的现场数据通过总线传输到工业控制网， 数据库采用MySQL数据 库； 其 中 ， 在 步 骤 4 中 所 述的 脚 本 语 言 采 用P y t h o n ， 基 于 表 现 层 状 态 转 移 (Representati onal State Transfer， 简称REST)的数据交 互接口， 即RESTful  API； 其中， 在步骤5中所述的动态模型， 采用C #脚本语言编写； 其中， 在步骤6中所述的应用服 务器为Tomcat应用服 务器； 其中， 在步骤7中所述的智能优化算法为遗传算法(Genetic  Algorithm， 简称GA)与粒 子群优化算法(Particle  Swarm Optimization， 简称PSO)， 机器学习算法为支持向量机 (Support Vector Machine， 简称SVM)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114417706 A 2基于数字孪生技术的矿山破 碎管控系统 技术领域 [0001]本发明属于智能制造、 机器视觉与物联网技术领域， 尤其是涉及一种基于数字孪 生技术的矿山破碎管控系统。 背景技术 [0002]大型露天矿具有年产量大， 开采成本高， 分布范围广、 管控难度大等特点， 想要进 一步提高产能效益， 降低生产成本， 须与时俱进， 引进先进的数字科学技术， 推动矿山向智 能制造方向发展。 [0003]而数字孪生是助力矿山数字化转型， 快速有效提高管控能力的多学科融合技术， 基于此技术， 建立露天矿数字孪生管控系统， 对矿山的设备设施及工艺生产流程进行三维 立体动态实时监控， 便于专业技术人员生产操作和设备故障检测； 并利用采集到的历史和 当前数据进行 数据分析及优化， 更利于管理者进行远程的判断和决策。 [0004]目前矿山生产所采用的管控系统主要是由组态软件构建的二维平面操作系统， 所 展示的生产过程通常为静态画 面， 但由于采矿工艺为三 维立体场景， 且工艺叠加复杂， 采用 二维平面系统无法实时反映其动态生产过程。 而采用三 维数字孪生系统可全方位还原物理 生产工艺现场及设备， 有利于对矿山的现实物理场景进行虚拟化实时监控、 数据分析和故 障检测。 发明内容 [0005]本发明的目的是设计一种基于数字孪生技术的矿山破碎管控系统， 旨在运用现有 的数字孪生技术建立露天矿矿石破碎管控系统， 将数字孪生的新技术新方法融合到管控系 统中， 孪生还原物理生产工艺现场， 集成实时监控、 数据分析、 管理决策一体化智能操控系 统。 [0006]本发明的目的是通过 下述技术方案来实现的： [0007]本发明的基于数字孪生的矿山矿石破碎管控系统， 其特征在于包括在系统平台搭 建三维孪生工艺场景， 对建好的设备设施模型进 行布局渲 染、 动态编程， 形成矿山破碎数字 孪生管控系统， 管控系统又分为状态监控、 故障分析、 仿真预测等子系统； [0008]矿山破碎及 运输仓储现场的破碎机、 传送 皮带及料仓等通过工业控制网直接将系 统所需数据传送到数据库中； [0009]建立好的矿山破碎数字孪生管控系统与物理现场数据通过数据接口进行实时数 据交互， 各子系统的数据交互运用星形网络结构， 利用应用程序接口(Application   Programming Interface， 简称API)网关作为中转连接各个子系统。 [0010]一种建立基于数字 孪生的矿山管控系统， 其特 征在于具体步骤 包括： [0011]步骤1： 利用二维机械设备图纸， 采用建模软件建立破碎机、 传送带、 传送带电机和 减速机、 润滑装置、 冷却装置、 张紧装置、 料仓等矿山破碎设备的三维孪生模型； [0012]步骤2： 在系统平台内搭建矿山破碎工艺生产孪生空间场景， 将建立好的孪生模型说　明　书 1/5 页 3 CN 114417706 A 3