水泥行業(yè)融合5G+工業(yè)互聯(lián)網的技術發(fā)展思考

黃穎/HUANG Ying，楊曉芳/YANG Xiaofang，王鵬/WANG Peng

（1. 中國信息通信研究院，北京 100191；2. 中國互聯(lián)網協(xié)會，北京100086；3. 上海社會科學院，上海 200020）

水泥行業(yè)的發(fā)展正處于新舊動能更迭的關鍵階段，自動化、智能化和信息化水平參差不齊，亟需采用融合智能化和信息化的技術，來推動生產、管理和營銷模式從局部、粗放、高污染、高能耗向全流程、精細化和綠色低碳發(fā)展方向變革，解決資源、能源與環(huán)境的約束問題，以提高生產制造水平和效能。在水泥行業(yè)，借助5G+工業(yè)互聯(lián)網技術，實現(xiàn)人、機、物交互融合，加速場景應用落地，打造更加安全、精準、高效的生產運維管理模式已經成為未來探索的重要方向。通過分析水泥行業(yè)的數(shù)字化轉型需求，本文提出5G+工業(yè)互聯(lián)網在水泥行業(yè)的典型應用場景，并對發(fā)展提出建議。

1 水泥行業(yè)數(shù)字化轉型需求

從生產工藝的數(shù)字化轉型角度看，水泥行業(yè)具有無間斷的生產特性，一旦停機可能造成巨額經濟損失。機器視覺、人工智能（AI）檢測等技術手段的使用，可第一時間排除生產故障，保障生產的連續(xù)性。智能操作系統(tǒng)的使用，降低了生產系統(tǒng)操作難度，提升設備的可操作性，可加快生產節(jié)奏。根據(jù)現(xiàn)有工藝情況制定一套完整、標準、自動控制的操作方式，可減少操作員人為干預，避免人力執(zhí)行的不確定性，推動生產更加高效。

從設備運行數(shù)字化轉型的角度看，數(shù)量眾多的水泥生產設備，會導致設備檢修工作量大、備品備件庫存壓力大。設備一旦發(fā)生突發(fā)故障，則無法按計劃生產。這不但會影響生產進度，還無法保證產品質量。提高設備可靠性、減少故障停機成為數(shù)字化生產的重要方向。通過數(shù)據(jù)分析可以提前進行預知性檢修和檢查，加快故障分析判斷進度，進而提升維修速度，有效保障水泥生產的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

從安全與環(huán)境管理的角度看，水泥生產的不安全因素較多，公司內部人員安全防護，外來人員安全識別、行走路線、危險區(qū)域預警等都可通過數(shù)字系統(tǒng)進行及時有效的辨別。在環(huán)境管理方面，強化環(huán)境污染的實時監(jiān)測，通過機器視覺和AI分析，可有效避免污染事件的發(fā)生；強化生產工藝管理，自動調節(jié)氨水、脫硫劑等輔助材料，達到控制指標值，可降低能源消耗，減少環(huán)境污染。

2 水泥行業(yè)融合5G+工業(yè)互聯(lián)網的典型應用場景

5G+工業(yè)互聯(lián)網是打造數(shù)字化工廠的核心內容，萬物互通互聯(lián)的網絡則是5G+工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的根基。水泥工廠借助低時延、高可靠的5G網絡，連接了生產環(huán)境、物料、物流車輛、生產設備、控制系統(tǒng)、人6大要素，逐步推動礦區(qū)、廠區(qū)信息、數(shù)據(jù)、命令的實時交互，實現(xiàn)智慧生產。目前5G+工業(yè)互聯(lián)網賦能水泥行業(yè)，主要體現(xiàn)在監(jiān)測、控制和采集3大類業(yè)務，在礦山開采、智能生產、安全運維等場景發(fā)揮較大作用。圖1為水泥行業(yè)5G+工業(yè)互聯(lián)網網絡構架圖。

利用工業(yè)高清攝像頭、編碼器、測距儀、掃描儀、可編程控制器（PLC）、傳感器等終端設備可以完成數(shù)據(jù)采集的主要工作，從而對廠區(qū)情況實時了解。以5G為核心的萬物互聯(lián)網絡，承擔了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾蝿眨⒖梢岳玫脱訒r、高可靠等性能實現(xiàn)各要素之間的深度聯(lián)系。移動邊緣計算（MEC）逐漸成為數(shù)據(jù)處理的重要手段，低延時的5G網絡保障了設備指令傳輸?shù)男省Ｔ谒嘈袠I(yè)中，基于云架構的工業(yè)互聯(lián)網平臺，連接了原料、物流、金融、上下游客戶等合作伙伴，并以數(shù)據(jù)為紐帶建立產業(yè)協(xié)同生態(tài)圈，打造了最具效益的水泥產業(yè)價值鏈。

2.1 無人機巡檢監(jiān)測場景

在水泥行業(yè)中，開采、爆破可能會造成嚴重傷亡事件的發(fā)生，因此人們需要對礦區(qū)進行安全巡查。5G無人機航拍，結合MEC云端智能AI圖像識別，有效提升了巡檢效率：無人機大廣角的拍攝方式使得巡檢范圍提升；AI智能圖像識別將巡檢人員從繁重的人工作業(yè)中解放出來；高清攝像頭的配置有效提升了圖像識別的準確性。這些均使得漏檢、誤檢的概率大大縮小，巡檢工作效率實現(xiàn)了質的飛躍。爆破區(qū)域的智能化警戒，可以使運維及調度人員不受距離限制，隨時隨地通過圖像設備查看現(xiàn)場狀況，真正實現(xiàn)智慧巡視。爆破完成后，無人機定期采集地形變化信息，將地形變化數(shù)據(jù)更新到地形數(shù)據(jù)庫中，作為下次礦山開采和爆破規(guī)劃的依據(jù)。

2.2 水泥生產業(yè)務場景

5G+機器視覺技術可實現(xiàn)廠區(qū)全天候、無死角的安全監(jiān)控。現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過高清攝像頭進行采集，并通過5G高速網絡上傳至MEC平臺，再利用MEC上集成的AI智能識別算法，進行實時智能檢測分析，從而對異常情況發(fā)出預警，滿足工廠對日常生產調度、安全事件以及應急處理需求。

▲圖1 水泥行業(yè)5G+工業(yè)互聯(lián)網網絡構架圖

針對生產工序的難點問題，如投料口、翻板閥堵塞堆積，傳送皮帶反轉、打滑、破損抽絲，以及生產過程中的冒灰污染等情況，5G+AI技術可針對性地進行實時監(jiān)測。以投料口為例，水泥堆積容易造成堵塞，而通過在石灰石投料口加入AI工業(yè)高清視覺檢測，利用5G通信與后端品控平臺的高速數(shù)據(jù)傳輸，并使用平臺預置算法判斷檢測，可及時發(fā)現(xiàn)堵塞問題并做出預警。

2.3 安全運維業(yè)務場景

人機全周期監(jiān)控一直是安全生產的核心內容。在人員管理方面， 5G+工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)了無線回傳，解決了廠區(qū)布線難等問題，降低了維護成本，提升了工作效率，保障了人員安全。通過智能佩戴終端，利用5G精準定位技術，將相關信息傳送到MEC平臺，可實現(xiàn)對人員的精準定位、軌跡追蹤、健康監(jiān)測等功能。在設備側，AI智能檢測結合云邊協(xié)同架構，實現(xiàn)算法的快速迭代，檢測準度和精度的不斷提升，滿足長期演進需求。收集設備運行狀態(tài)下的實時振動、溫度數(shù)據(jù)，利用5G網絡上傳至云端存儲，再通過智能報警和設備模型算法，能使人們準確掌握設備運行狀態(tài)和故障部位，確定故障根源，為檢修、備件、生產技術提供數(shù)據(jù)支持。

3 5G+工業(yè)互聯(lián)網賦能水泥行業(yè)發(fā)展的建議

（1）建設5G+工業(yè)互聯(lián)網水泥行業(yè)公共服務平臺。

建議政府機構、第三方服務機構等各產業(yè)主體，立足行業(yè)發(fā)展需求，打造水泥行業(yè)5G網絡化改造及推廣服務平臺，建設滿足工業(yè)企業(yè)開展5G網絡應用研發(fā)驗證的網絡測試環(huán)境，向水泥企業(yè)提供標準研制、專利申請、場景咨詢、研發(fā)培訓等系列服務。各產業(yè)主體需要進一步在礦業(yè)開采、智能水泥工廠建設、自動采選配礦、窯爐優(yōu)化控制等方面形成一批樣板工程，向企業(yè)輸出系統(tǒng)化的解決方案。

（2）加快5G、工業(yè)互聯(lián)網等新型基礎設施建設。

建議企業(yè)開展工廠內外網升級改造，加速5G專網、互聯(lián)網協(xié)議第6版（IPv6）等新型信息基礎設施建設升級，打造高質量園區(qū)網絡，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網資源大規(guī)模、高時效、高安全互聯(lián)；加強企業(yè)安全防護能力建設，從云-網-端3個層面形成一體化信息安全防護技術體系，強化安全產品和解決方案定制化供給，促進水泥企業(yè)工業(yè)網絡、工業(yè)云平臺及業(yè)務系統(tǒng)安全保障能力提升。

（3）構建5G+工業(yè)互聯(lián)網水泥行業(yè)標準體系。

建議在中國工業(yè)互聯(lián)網標準總體組、專家咨詢組的指導下，形成標準化主管部門、研究機構、企業(yè)協(xié)同推進的標準推進機制；加快構建水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網標準體系[1]，重點制定面向水泥生產全流程的5G+工業(yè)互聯(lián)網應用場景及技術要求的相關標準，加快創(chuàng)新技術成果向標準轉化，保障工業(yè)互聯(lián)網建設的相關工程及相關環(huán)節(jié)在水泥行業(yè)有章可循，并強化標準的實施與監(jiān)督。

（4）建設5G+工業(yè)互聯(lián)網技術應用測試床。

建議產業(yè)主體加快邊緣計算、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、深度學習、虛擬現(xiàn)實等新興前沿技術在水泥行業(yè)集成運用，圍繞重點方向和核心環(huán)節(jié)，推動測試床建設落地，為行業(yè)探索5G+工業(yè)互聯(lián)網樹立標桿應用示范。推動融合創(chuàng)新應用由生產外圍、視頻監(jiān)控、巡檢安防、物流配送等場景應用向產品的設計仿真、生產控制、質量監(jiān)測、安全生產等內部環(huán)節(jié)深層次延伸[2]。

4 結束語

5G+工業(yè)互聯(lián)網與垂直領域的深度合作已經成為未來制造業(yè)發(fā)展的重要方向。雖然目前水泥行業(yè)與5G+工業(yè)互聯(lián)網的融合發(fā)展取得了一定的成果，在部分業(yè)務場景中已經有突破性的進展，但無論從深度還是廣度來說，5G+工業(yè)互聯(lián)網對水泥行業(yè)新舊動能轉換的助力尚未實現(xiàn)關鍵性的突破。作為傳統(tǒng)制造業(yè)，水泥行業(yè)仍然需要進一步在智能生產、安全運維等諸多領域強化與5G+工業(yè)互聯(lián)網的深度合作。在未來，水泥行業(yè)必將借助5G+工業(yè)互聯(lián)網，實現(xiàn)生產運營的智能化、精細化、綠色化發(fā)展。