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(wǎng)協(xié)會，北京100086；3. 上海社會科學(xué)院，上海 200020）

水泥行業(yè)的發(fā)展正處于新舊動能更迭的關(guān)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(shù)，來推動生產(chǎn)、管理和營銷模式從局部、粗放、高污染、高能耗向全流程、精細(xì)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(chǎn)制造水平和效能。在水泥行業(yè)，借助5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)人、機、物交互融合，加速場景應(yīng)用落地，打造更加安全、精準(zhǔn)、高效的生產(chǎn)運維管理模式已經(jīng)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(zhuǎn)型需求，本文提出5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在水泥行業(yè)的典型應(yīng)用場景，并對發(fā)展提出建議。

1 水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求

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

從設(shè)備運行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的角度看，數(shù)量眾多的水泥生產(chǎn)設(shè)備，會導(dǎo)致設(shè)備檢修工作量大、備品備件庫存壓力大。設(shè)備一旦發(fā)生突發(fā)故障，則無法按計劃生產(chǎn)。這不但會影響生產(chǎn)進(jìn)度，還無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。提高設(shè)備可靠性、減少故障停機成為數(shù)字化生產(chǎn)的重要方向。通過數(shù)據(jù)分析可以提前進(jìn)行預(yù)知性檢修和檢查，加快故障分析判斷進(jìn)度，進(jìn)而提升維修速度，有效保障水泥生產(chǎn)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(chǎn)的不安全因素較多，公司內(nèi)部人員安全防護(hù)，外來人員安全識別、行走路線、危險區(qū)域預(yù)警等都可通過數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)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(chǎn)工藝管理，自動調(diào)節(jié)氨水、脫硫劑等輔助材料，達(dá)到控制指標(biāo)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(wǎng)的典型應(yīng)用場景

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是打造數(shù)字化工廠的核心內(nèi)容，萬物互通互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)則是5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根基。水泥工廠借助低時延、高可靠的5G網(wǎng)絡(luò)，連接了生產(chǎn)環(huán)境、物料、物流車輛、生產(chǎn)設(shè)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(chǎn)。目前5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(wù)，在礦山開采、智能生產(chǎn)、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(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(shè)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(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，并可以利用低延時、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(wǎng)絡(luò)保障了設(shè)備指令傳輸?shù)男省Ｔ谒嘈袠I(yè)中，基于云架構(gòu)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài)圈，打造了最具效益的水泥產(chǎn)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(yán)重傷亡事件的發(fā)生，因此人們需要對礦區(qū)進(jìn)行安全巡查。5G無人機航拍，結(jié)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(zhǔn)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(zhì)的飛躍。爆破區(qū)域的智能化警戒，可以使運維及調(diào)度人員不受距離限制，隨時隨地通過圖像設(shè)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(chǎn)業(yè)務(wù)場景

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

▲圖1 水泥行業(yè)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

針對生產(chǎn)工序的難點問題，如投料口、翻板閥堵塞堆積，傳送皮帶反轉(zhuǎn)、打滑、破損抽絲，以及生產(chǎn)過程中的冒灰污染等情況，5G+AI技術(shù)可針對性地進(jìn)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(yù)置算法判斷檢測，可及時發(fā)現(xiàn)堵塞問題并做出預(yù)警。

2.3 安全運維業(yè)務(wù)場景

人機全周期監(jiān)控一直是安全生產(chǎn)的核心內(nèi)容。在人員管理方面， 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(hù)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(zhǔn)定位技術(shù)，將相關(guān)信息傳送到MEC平臺，可實現(xiàn)對人員的精準(zhǔn)定位、軌跡追蹤、健康監(jiān)測等功能。在設(shè)備側(cè)，AI智能檢測結(jié)合云邊協(xié)同架構(gòu)，實現(xiàn)算法的快速迭代，檢測準(zhǔn)度和精度的不斷提升，滿足長期演進(jìn)需求。收集設(shè)備運行狀態(tài)下的實時振動、溫度數(shù)據(jù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)上傳至云端存儲，再通過智能報警和設(shè)備模型算法，能使人們準(zhǔn)確掌握設(shè)備運行狀態(tài)和故障部位，確定故障根源，為檢修、備件、生產(chǎn)技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

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

（1）建設(shè)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)水泥行業(yè)公共服務(wù)平臺。

建議政府機構(gòu)、第三方服務(wù)機構(gòu)等各產(chǎn)業(yè)主體，立足行業(yè)發(fā)展需求，打造水泥行業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)化改造及推廣服務(wù)平臺，建設(shè)滿足工業(yè)企業(yè)開展5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研發(fā)驗證的網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境，向水泥企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)研制、專利申請、場景咨詢、研發(fā)培訓(xùn)等系列服務(wù)。各產(chǎn)業(yè)主體需要進(jìn)一步在礦業(yè)開采、智能水泥工廠建設(shè)、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(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

建議企業(yè)開展工廠內(nèi)外網(wǎng)升級改造，加速5G專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6）等新型信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)升級，打造高質(zhì)量園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源大規(guī)模、高時效、高安全互聯(lián)；加強企業(yè)安全防護(hù)能力建設(shè)，從云-網(wǎng)-端3個層面形成一體化信息安全防護(hù)技術(shù)體系，強化安全產(chǎn)品和解決方案定制化供給，促進(jìn)水泥企業(yè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云平臺及業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全保障能力提升。

（3）構(gòu)建5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)水泥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

建議在中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)總體組、專家咨詢組的指導(dǎo)下，形成標(biāo)準(zhǔn)化主管部門、研究機構(gòu)、企業(yè)協(xié)同推進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)機制；加快構(gòu)建水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系[1]，重點制定面向水泥生產(chǎn)全流程的5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景及技術(shù)要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加快創(chuàng)新技術(shù)成果向標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)工程及相關(guān)環(huán)節(jié)在水泥行業(yè)有章可循，并強化標(biāo)準(zhǔn)的實施與監(jiān)督。

（4）建設(shè)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用測試床。

建議產(chǎn)業(yè)主體加快邊緣計算、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、深度學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實等新興前沿技術(shù)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(shè)落地，為行業(yè)探索5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)樹立標(biāo)桿應(yīng)用示范。推動融合創(chuàng)新應(yīng)用由生產(chǎn)外圍、視頻監(jiān)控、巡檢安防、物流配送等場景應(yīng)用向產(chǎn)品的設(shè)計仿真、生產(chǎn)控制、質(zhì)量監(jiān)測、安全生產(chǎn)等內(nèi)部環(huán)節(jié)深層次延伸[2]。

4 結(jié)束語

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與垂直領(lǐng)域的深度合作已經(jīng)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(wǎng)的融合發(fā)展取得了一定的成果，在部分業(yè)務(wù)場景中已經(jīng)有突破性的進(jìn)展，但無論從深度還是廣度來說，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對水泥行業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換的助力尚未實現(xiàn)關(guān)鍵性的突破。作為傳統(tǒng)制造業(yè)，水泥行業(yè)仍然需要進(jìn)一步在智能生產(chǎn)、安全運維等諸多領(lǐng)域強化與5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)運營的智能化、精細(xì)化、綠色化發(fā)展。