“5G ＋工業互聯網”賦能水泥行業提質增效

信 文｜李春宇 徐華錦 李 成

5G 的商用落地，并結合云計算、大數據、人工智能等新技術，為智能水泥工廠建設增添新動能。5G 靈活的網絡部署模式，給工業企業解決數據安全問題、催生融合創新應用，帶來了新的機遇

目前，水泥行業的發展正處于新舊動能更迭的關鍵階段，對信息化建設的需求不斷提高。5G的商用落地，并結合云計算、大數據、人工智能等新技術，為智能水泥工廠建設增添新動能。5G靈活的網絡部署模式，給工業企業解決數據安全問題、催生融合創新應用，帶來了新的機遇。紅獅水泥、華潤水泥、海螺水泥、千業水泥等一大批水泥企業積極發力，與基礎電信企業合作，利用“5G ＋工業互聯網”技術賦能水泥行業各大業務場景提質增效。

行業5G 網絡部署的三種主流方式

目前，5G 行業專網建設主要可分為三種類型。

一是直接使用運營商的公眾網絡，通過網絡切片等技術保證行業用戶的網絡資源。該模式適用于業務分散、需要廣域覆蓋、對數據安全要求不苛刻的場景，是一種低成本專網模式。

二是MEC（邊緣基礎設施）/UPF（核心網用戶面網元）根據企業私有云位置下沉到本地、核心網獨立或共享，企業數據本地卸載，可按需在本地邊緣云配置各類本地業務。該模式在垂直行業中應用較多。

三是行業用戶建設5G 專網，專網專用，需要申請專有頻段，目前國內在試點階段。

綜合考慮行業應用需求，大型企業普遍選擇第二種模式，即“5G ＋MEC”的網絡部署模式，通過部署“邊緣UPF ＋MEC 平臺”，實現生產設備/設施、儀表儀器、傳感器、控制系統、管理系統、工業應用系統等關鍵要素的泛在互聯互通。

基于“5G ＋MEC”網絡架構的兩大優勢

水泥企業的業務流程涉及礦山開采、生產制造、運維管理等諸多環節，園區面積大、業務流程長、終端較為分散，以“5G ＋MEC”為核心的網絡架構能夠高效地實現數據、資源、應用、安全、運維等多方面的云邊協同，成為許多水泥企業建網的首選方案。UPF為用戶私有化部署，無線基站、核心網控制面網元根據客戶需求靈活部署，為行業用戶提供部分物理獨享的5G 專用網絡。如圖1 所示，基于5G 網絡在園區內部機房部署下沉客戶園區的“邊緣UPF ＋MEC 平臺”，平臺上可部署業務應用以及其他第三方應用。同時，通過“邊緣UPF ＋MEC 平臺”的能力開放接口可將5G網絡定位等能力以及移動業務能力開放給其他第三方應用，以便第三方按照各自的需求設計定制化的網絡服務。“邊緣UPF ＋MEC 平臺”支持本地分流能力，將5G 網絡和固定網絡中符合分流規則的本地業務數據，按需分流到園區內部局域網絡進行處理。

圖1 基于MEC/UPF 下沉的混合專網部署架構示意圖

水泥行業采用基于“5G ＋MEC”的建網方式主要具有以下兩大優勢：

園區數據不出廠。水泥企業面向5G SA 的MEC 解決方案部署架構可分為中心—節點兩個層次。其中邊緣MEC節點可為產業園區級，也可為某區縣地市級。在邊緣MEC 節點中，可根據業務類型選擇是否提供公網出口，可以在本地卸載流量。5G 核心網中心可以只部署控制面，數據統一從用戶面卸載，無需在中心再部署用戶面網關，從而達到企業“園區數據不出廠”的目的，滿足了工業企業對數據安全的要求。

生產辦公“一張網”。水泥企業園區面積大，覆蓋礦區、生產、辦公等多個場景。結合業務需求，基于5G 可靈活采用多種模式進行無線覆蓋，通過采用混合云、邊云協同的架構滿足核心業務對于性能、可靠性、安全性的需求，同步滿足員工手機終端接入需求。通過打造生產辦公“一張網”，可實現專網與公網互通，更加充分利用5G 網絡資源。

基于5G 行業專網的一體化解決方案成為主流

在網絡建設方面，“網、云、端、用”一體化的5G 行業專網部署方案成為主流。其中，云網融合為體系基礎。水泥企業中的實時監測平臺、人工智能算法分析平臺等均可部署在云側，通過互聯網連接，支持云服務管理、設備聯網、大數據分析等。基于“5G＋MEC”的專網部署，可實現互聯網應用平臺、企業辦公網絡、企業內網核心平臺的專線打通，通過不同層級的數據匯聚實現企業網絡一體化，以及終端和應用的融合管理。

在終端連接方面，目前主要通過5G CPE(客戶前置設備)設備接入5G 網絡，部分企業研發具備5G 通信能力的終端產品，例如攝像頭、無人機、VR 設備、無人礦卡、手持終端等。工業終端設備接入無線網絡需要安全認證方式，保證入網安全。重要傳感器數據仍通過有線方式接入工業互聯網網絡，如在線設備監測系統數據等。在園區內，可覆蓋礦山園區諸多場景，連接礦車、高清攝像頭、VR/AR 應用等多終端。在室內，可覆蓋廠區工業相機質檢、工業機器人控制等生產場景，以及手機等移動終端設備。

在典型應用場景方面，主要集中在水泥生產、運輸、管理等環節，包括智能化生產、機器視覺質檢、預測性維護、人員行為監測等典型應用場景。例如在水泥生產環節，針對投料口、翻板閥堵塞堆積，傳送皮帶反轉以及冒灰污染等情況，利用“5G ＋機器視覺”等技術可針對性地進行實時監測和報警。

由上文分析可以看出，基于5G 構建滿足水泥行業業務發展需求的無線網絡基礎設施，融合云計算、大數據、人工智能等技術，形成面向水泥行業的“5G ＋工業互聯網”一體化建設解決方案及典型應用場景，已經成為業界探索的重要方向之一。