水泥行业融合5G+工业互联网的技术发展思考

黄颖/HUANG Ying，杨晓芳/YANG Xiaofang，王鹏/WANG Peng

（1. 中国信息通信研究院，北京 100191；2. 中国互联网协会，北京100086；3. 上海社会科学院，上海 200020）

水泥行业的发展正处于新旧动能更迭的关键阶段，自动化、智能化和信息化水平参差不齐，亟需采用融合智能化和信息化的技术，来推动生产、管理和营销模式从局部、粗放、高污染、高能耗向全流程、精细化和绿色低碳发展方向变革，解决资源、能源与环境的约束问题，以提高生产制造水平和效能。在水泥行业，借助5G+工业互联网技术，实现人、机、物交互融合，加速场景应用落地，打造更加安全、精准、高效的生产运维管理模式已经成为未来探索的重要方向。通过分析水泥行业的数字化转型需求，本文提出5G+工业互联网在水泥行业的典型应用场景，并对发展提出建议。

1 水泥行业数字化转型需求

从生产工艺的数字化转型角度看，水泥行业具有无间断的生产特性，一旦停机可能造成巨额经济损失。机器视觉、人工智能（AI）检测等技术手段的使用，可第一时间排除生产故障，保障生产的连续性。智能操作系统的使用，降低了生产系统操作难度，提升设备的可操作性，可加快生产节奏。根据现有工艺情况制定一套完整、标准、自动控制的操作方式，可减少操作员人为干预，避免人力执行的不确定性，推动生产更加高效。

从设备运行数字化转型的角度看，数量众多的水泥生产设备，会导致设备检修工作量大、备品备件库存压力大。设备一旦发生突发故障，则无法按计划生产。这不但会影响生产进度，还无法保证产品质量。提高设备可靠性、减少故障停机成为数字化生产的重要方向。通过数据分析可以提前进行预知性检修和检查，加快故障分析判断进度，进而提升维修速度，有效保障水泥生产的连续性和稳定性。

从安全与环境管理的角度看，水泥生产的不安全因素较多，公司内部人员安全防护，外来人员安全识别、行走路线、危险区域预警等都可通过数字系统进行及时有效的辨别。在环境管理方面，强化环境污染的实时监测，通过机器视觉和AI分析，可有效避免污染事件的发生；强化生产工艺管理，自动调节氨水、脱硫剂等辅助材料，达到控制指标值，可降低能源消耗，减少环境污染。

2 水泥行业融合5G+工业互联网的典型应用场景

5G+工业互联网是打造数字化工厂的核心内容，万物互通互联的网络则是5G+工业互联网发展的根基。水泥工厂借助低时延、高可靠的5G网络，连接了生产环境、物料、物流车辆、生产设备、控制系统、人6大要素，逐步推动矿区、厂区信息、数据、命令的实时交互，实现智慧生产。目前5G+工业互联网赋能水泥行业，主要体现在监测、控制和采集3大类业务，在矿山开采、智能生产、安全运维等场景发挥较大作用。图1为水泥行业5G+工业互联网网络构架图。

利用工业高清摄像头、编码器、测距仪、扫描仪、可编程控制器（PLC）、传感器等终端设备可以完成数据采集的主要工作，从而对厂区情况实时了解。以5G为核心的万物互联网络，承担了数据传输的重要任务，并可以利用低延时、高可靠等性能实现各要素之间的深度联系。移动边缘计算（MEC）逐渐成为数据处理的重要手段，低延时的5G网络保障了设备指令传输的效率。在水泥行业中，基于云架构的工业互联网平台，连接了原料、物流、金融、上下游客户等合作伙伴，并以数据为纽带建立产业协同生态圈，打造了最具效益的水泥产业价值链。

2.1 无人机巡检监测场景

在水泥行业中，开采、爆破可能会造成严重伤亡事件的发生，因此人们需要对矿区进行安全巡查。5G无人机航拍，结合MEC云端智能AI图像识别，有效提升了巡检效率：无人机大广角的拍摄方式使得巡检范围提升；AI智能图像识别将巡检人员从繁重的人工作业中解放出来；高清摄像头的配置有效提升了图像识别的准确性。这些均使得漏检、误检的概率大大缩小，巡检工作效率实现了质的飞跃。爆破区域的智能化警戒，可以使运维及调度人员不受距离限制，随时随地通过图像设备查看现场状况，真正实现智慧巡视。爆破完成后，无人机定期采集地形变化信息，将地形变化数据更新到地形数据库中，作为下次矿山开采和爆破规划的依据。

2.2 水泥生产业务场景

5G+机器视觉技术可实现厂区全天候、无死角的安全监控。现场数据通过高清摄像头进行采集，并通过5G高速网络上传至MEC平台，再利用MEC上集成的AI智能识别算法，进行实时智能检测分析，从而对异常情况发出预警，满足工厂对日常生产调度、安全事件以及应急处理需求。

▲图1 水泥行业5G+工业互联网网络构架图

针对生产工序的难点问题，如投料口、翻板阀堵塞堆积，传送皮带反转、打滑、破损抽丝，以及生产过程中的冒灰污染等情况，5G+AI技术可针对性地进行实时监测。以投料口为例，水泥堆积容易造成堵塞，而通过在石灰石投料口加入AI工业高清视觉检测，利用5G通信与后端品控平台的高速数据传输，并使用平台预置算法判断检测，可及时发现堵塞问题并做出预警。

2.3 安全运维业务场景

人机全周期监控一直是安全生产的核心内容。在人员管理方面， 5G+工业互联网实现了无线回传，解决了厂区布线难等问题，降低了维护成本，提升了工作效率，保障了人员安全。通过智能佩戴终端，利用5G精准定位技术，将相关信息传送到MEC平台，可实现对人员的精准定位、轨迹追踪、健康监测等功能。在设备侧，AI智能检测结合云边协同架构，实现算法的快速迭代，检测准度和精度的不断提升，满足长期演进需求。收集设备运行状态下的实时振动、温度数据，利用5G网络上传至云端存储，再通过智能报警和设备模型算法，能使人们准确掌握设备运行状态和故障部位，确定故障根源，为检修、备件、生产技术提供数据支持。

3 5G+工业互联网赋能水泥行业发展的建议

（1）建设5G+工业互联网水泥行业公共服务平台。

建议政府机构、第三方服务机构等各产业主体，立足行业发展需求，打造水泥行业5G网络化改造及推广服务平台，建设满足工业企业开展5G网络应用研发验证的网络测试环境，向水泥企业提供标准研制、专利申请、场景咨询、研发培训等系列服务。各产业主体需要进一步在矿业开采、智能水泥工厂建设、自动采选配矿、窑炉优化控制等方面形成一批样板工程，向企业输出系统化的解决方案。

（2）加快5G、工业互联网等新型基础设施建设。

建议企业开展工厂内外网升级改造，加速5G专网、互联网协议第6版（IPv6）等新型信息基础设施建设升级，打造高质量园区网络，实现工业互联网资源大规模、高时效、高安全互联；加强企业安全防护能力建设，从云-网-端3个层面形成一体化信息安全防护技术体系，强化安全产品和解决方案定制化供给，促进水泥企业工业网络、工业云平台及业务系统安全保障能力提升。

（3）构建5G+工业互联网水泥行业标准体系。

建议在中国工业互联网标准总体组、专家咨询组的指导下，形成标准化主管部门、研究机构、企业协同推进的标准推进机制；加快构建水泥行业工业互联网标准体系[1]，重点制定面向水泥生产全流程的5G+工业互联网应用场景及技术要求的相关标准，加快创新技术成果向标准转化，保障工业互联网建设的相关工程及相关环节在水泥行业有章可循，并强化标准的实施与监督。

（4）建设5G+工业互联网技术应用测试床。

建议产业主体加快边缘计算、区块链、数字孪生、深度学习、虚拟现实等新兴前沿技术在水泥行业集成运用，围绕重点方向和核心环节，推动测试床建设落地，为行业探索5G+工业互联网树立标杆应用示范。推动融合创新应用由生产外围、视频监控、巡检安防、物流配送等场景应用向产品的设计仿真、生产控制、质量监测、安全生产等内部环节深层次延伸[2]。

4 结束语

5G+工业互联网与垂直领域的深度合作已经成为未来制造业发展的重要方向。虽然目前水泥行业与5G+工业互联网的融合发展取得了一定的成果，在部分业务场景中已经有突破性的进展，但无论从深度还是广度来说，5G+工业互联网对水泥行业新旧动能转换的助力尚未实现关键性的突破。作为传统制造业，水泥行业仍然需要进一步在智能生产、安全运维等诸多领域强化与5G+工业互联网的深度合作。在未来，水泥行业必将借助5G+工业互联网，实现生产运营的智能化、精细化、绿色化发展。