5G+智慧水泥解决方案

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5G+ 智慧水泥解决方案 目 录 CONTENTS 行业洞察 解决方案 实践案例 一 二 三 行业概述： 基础建筑材料、典型流程制造 水泥作为国民经济建设中重要的 基础性原材料 ，广泛应用于土木建筑、水利等工程。水泥生产属于 典型流程性生产 ，作业区域主要为矿山、 厂区两大部分，由矿石采集、生料制备、熟料烧成、水泥制成、贮存及出厂 五大工序、十大环节 构成，流程核心为 “两磨一烧” 。 政策背景： 国家对水泥行业智能化发展提出新要求 国务院 《关于促进建材工业稳增长调结构增效益的指导意见》 工信部 科技部 自然资源部 《“十四五”原材料工业发展规划》 《关于促进建材工业稳增长调结构 增效益的指导意见》 以“ 去产能、补短板、调结构、增效益 ” 为发展主旋律， ... ，积极推动水泥行业与 信息化 深度融合。推进 智能化生产 ， ... ， 加强对产品质量、污染物 排 放 、 能 耗 等 关 键参数的可视化管理，提高质量效益。 ... 深化 “互联网 + ” 在产品设计、制造、销 售、管理等环节的应用 2016.05 《建材工业智能制造数字转型 行动计划》 建材工业 信息化基础 支撑 能 力 显 著 增 强 ， 智能制造 关键共性技术取得明显突破。 ... 依托行业骨干企业创建开 放 共 享 的 建 材 智 能制造 创新平台 ， .... ，促进水泥等行业生 产方式的 自动化、智能化 、 无 人 化 变 革 。 鼓励企业积极探索 “ 5G+ 工业互联网” ， 促进工业互联网与建材工业深度融合。 工信部 《建材工业智能制造数字转型行动计划》 2020.09 《“十四五”原材料工业发展规划》 加快推进 绿色低碳 、 智能制造 发展 ,... 支持 水泥行业构建生产全过程碳排放统计核算、 监 测 与 评 估 体 系 ， ... 鼓 励 5G 、 大 数 据 等 在矿山和工厂中的推广应用 ... 支持行业龙 头企业、数字化服务商建 设 具 有 原 材 料 行 业特色的 工业互联网平台 。 在 原 材 料 领 域 建设 100 个 以上智能制造示范工厂， 10 家 以上重点行业工业互联网平台。 2021.21 挑战与愿景 ： 调结构、促转型、降能碳、增效益是主体 面对 产能过剩、淘汰重组、节能降碳、人力短缺 等诸多方面的压力，利用新一代信息技术，推进全环节全要素全流程的 调结构、促 转型、降能碳、增效益 工作，提升企业市场竞争力，推进水泥行业高质量健康发展。 u 产能严重过剩： 供需关系严重失衡，我国一半以上水 泥企业的设备利用率已降至 70% 及以下； u 盈利能力下降： 行业利润持续下滑，企业经营困难重 重，产销动态平衡需求日益迫切。 市场竞争加剧 能源环保压力增大 u 传统能耗大户： 能耗成本占生产成本的比重超过 50% ， 提高能源资源利用效率始终是趋势； u 能碳协同挑战： 2025 碳达峰目标严峻，持续优化能源 结构，实现能碳协同控制面临挑战。 u 低端淘汰退出： 国家强制性标准推动低质低效产能退 出，淘汰力度不断加大，产业转型升级需求迫切； u 兼并重组加速： 产能集中度提高，资源整合加速，大 型集团出现全业务链全局的协同挑战。 产业转型升级提速 人力资源日益紧张 u 环境恶劣招工难： 水泥生产环境恶劣、存在安全风险， 对于年轻人吸引力不足，导致招工难。 u 人员素质要求高： 随着产业转型升级，生产设备大型 化、生产工艺复杂化，对工人综合素质提出新要求。 挑战 数字化愿景 促进内生化增长 生产规模不变的前提下，实现生产 管理数字化，降低生产成本、提升 产品质量，拓展企业内生性增长空 间； 助力集约化转型 打通信息孤岛，推进重组企业横纵 向互联，采用数字技术实现经营集 中管控，集中核心力量获得可持续 竞争的优势； 构建低碳化优势 双碳压力倒逼产能布局升级，数字 化提高节能减排水平，优化资源配 置，促进降碳增效，构建绿色核心 竞争力； 打造无人化场景 推进水泥矿山、水泥生产、水泥运 输等场景无人化，提升工作效率， 消除危险作业风险，提升水泥行业 员工幸福感； 发展趋势： 水泥行业步入智能化转型新阶段 将 5G 与工业互联网 智能传感、机器视觉 等新技术融合创新，推动水泥制造行业从单点、局部的信息技术应用向 数字化、网络化和 智能化 转变，促进水泥行业转型升级高质量发展。 装备 应用 网络 结构 ICT 基础 时间 阶段 传统水泥 ～ 2000 电气化、机械化 l l l l l 装备机械化 控制电气化 人工决策 / 执行 < 空白 > < 空白 > 自动化水泥 2000S 生产、办公自动化 l l l l l l l 机电一体化 仪器 / 仪表自动化 SCADA/DCS 系统 ERP/MES 系统 点对点集成； 工业总线协议； 现场总线 数字化水泥 2010S 初级数字化 l l l l l l l l l 工艺、设备专家系统 生产运营平台系统 能环管控系统 产品数字化系统 营销管理系统 局部互联； 信息孤岛； 工业以太网 4G 、 RFID 、 WIFI 智能化水泥 2020S ～ 数字化、智能化 l l l l l l l l l l 生产无人化系统 设备预测性维护系统 智能化集控中心 产销存一体化系统 数字营销网络 产业链生态协同平台 移动互联； 全连接全感知全计算； 工业 5G 专网 中心云、边缘云 l 人工智能 5G 融合应用场景： ** 依托 5G 拓展 5 大生产工序场景全景图 面向水泥生产的 5 大生产工序 8 个主要业务环节 ， ** 以 5G 网络为切入点，打造 远程化、无人化、智能化 的 5G 应用试点。逐步围绕生产、设备、 质量等综合性主题，形成 监测、分析、控制 闭环的一体化的产品体系。 目 录 CONTENTS 行业洞察 解决方案 实践案例 一 二 三 能力体系： 构建“ 1+1+8”** 智慧水泥解决方案体系 围绕水泥生产流程关键环节，以 5G 专网和 ** 云为基础底座，通过 工业互联网 AIoT 平台、工业大数据平台、工业 AI 应用平台 等自主可控产品能力，打造 5G+ 智 慧水泥解决方案体系，实现水泥企业生产制造和经营管理 全连接化、无人化、集中化和智能化 。 总体架构： 以 5G 专网为切入，构建水泥 5G 典型应用 由 5G 专网全连接工厂为 切入点 ，基于工业互联网 AIoT 平台和工业 AI 应用平台，建立水泥行业 数据采集、分析统一 的管控平台，打造 开采服务、生产服务、质量 服务、安全服务、设备服务、环保服务、能源服务、园区服务 8 个场景能力体系； 智能水泥解决方案总体架构 虚拟专网 混合专网 独立专网 网络资源 核心网：无需新建资源，复用大网 无线网：复用大网基站，基站共享 核心网：用户面下沉 无线网：基站共享或专用，基站增强 核心网：用户面和控制面下沉 无线网：专用基站、专用频率 技术基础 基于 5G 公众网络资源，利用 QoS 和切片技 术 提供特定 SLA 保障的逻辑专网 专用 UPF 灵活分流、 RB 预留、多载波聚合、 上下行带宽增强 专用核心网、专用基站、切片 模式特征 广域覆盖、公专协同、业务数据一定程度隔离 业务隔离、高带宽、低时延、数据不出场、边 缘算力、企业自服务 物理隔离、数据不出园、高安全、边缘算力、 灵活自服务、大带宽、低时延 典型场景 医疗、教育、文旅、公共安全、生态环境、新 媒体 智慧交通 局域开放园区：产品适用于局域开放园区，包 括：交通物流港口码头 高端景区 城市安 大型高精制造、军队、监狱 5G 专网产品体系 中国 ** 利用运营商频谱资源和大网运营优势，为行业客户提供以 5G 技术为核心的“ 专建专维 · 专用专享 ”的专有网络，共规划虚拟 5G 专 网、混合 5G 专网、独立 5G 专网三种组网方式，并可集成集群通信、 AR/VR 等多种通用化行业应用 • 灵活无线部署策略 ：根据客户业务诉 求及预算，灵活规划专有覆盖或 共享 大网基站 • 数据不出园 ： 专网业务数据本地分流 不出园区 ，有效保障企业数据安全 混合 5G 专网 中国 ** 算力网络 5G 专网 ：矿山 + 生产 + 园区 + 办公“一张网” 水泥企业园区面积大，覆盖矿山、生产、办公多个场景，结合业务需求，可灵活采用多种模式，搭建 5G 专网 ，进行无线覆盖，打造 矿山 + 生产 + 园区 + 办公“一张网 ” 。基于 切 片、边缘计算、云边协同 等技术提供数据隔离、功能可定、质量保障的网络服务，满足核心业务对于性能、可靠性、安全性的需求。基于一张 5G 网赋能 5G+ 智慧水泥全智能场景建 设，同步满足园区内 / 外部企业终端访问内 / 外部网络及企业多分支场景协同化管理需求，全方位提升水泥行业企业客户体验。 矿山 生产 园区 办公 分支机构 1 矿卡 MEC （ UPF ） • • • • • 本地 AI AR/VR 无人驾驶 智能监控 安防告警 …. 数据中心 • • • • 数据存储 管控中心 综合运营 …. 员工办公 终端业务 无人机 生产监控 辅助运维 远程参观 智能广播 分支机构 2 分支机构 N 分支机构 3 …… 端到端切片系统 基于端到端网络切片，为不同场景 提供 相互隔离 、 网络能力可确定 的 网络服务，满足差异化数据传输的 保障需求。 化”专享服务， 专属 UPF ，满足 物 理隔离、数据本地卸载 的高安全、 低时延要求。 需求， 并实现端到端业务隔离。 5G+MEC 边缘分流 专享 5G MEC ：提供“即插即用一体 企业一张网 通过一张 5G 网络同时满足企业运营、 管理 专网业务 和员工 访问相关网络 企业集团 总部中心 ** 5GC 沃云 公有云 行业云 5G 专网： 四大基线能力 针对水泥行业生产远程控制、超清监控、人员管控等应用场景对专网时延、带宽、可靠性、定位等严苛要求，打造 5G 专网标准化、积木式 系列基线能力，提供 5G“ 超低时延、超高可用、超大上行、高精定位 ”四大基线组网方案，为水泥行业 5G 应用复制和敏捷交付保驾护航。 形成标准化模板，可规模复制 灵活编排组网，可弹性定制 行业特色设备选型，可敏捷交付 标准化 99.9%→ 99.999% • 链路级冗余组网 • 设备冷热备份 • 业务多路保障 5G 超高可用组网能力 场景化 50ms 20ms 10ms → → • 空口： 5QI 预调度 /uRLLC • UPF/MEC 下沉 • AR 双发选收 5G 超低时延组网能力 积木式 300Mbps 700Mbps+ → • 超级上行 • 分布式 Massive • 上行多用户复用 5G 超大上行组网能力 组态式 米级→亚米级 @90% 视距 • UTDoA • 融合 UWB 、蓝牙等 • 场强、指纹 5G 高精定位服务能力 网络指标 网元参数 组网拓扑 精准覆盖 网络能力 定制设备 远程矿卡 ... 远控电铲 质量控制 ... 生产环节监测 综合监控 ... AR 远程参观 电子围栏 ... 无人机巡检 典型 应用 视 网络全景可 视 • 网络孪生 • 网络架构 • SLA 可视 • 设备状态可视 维 监控运 维 保障 • 智能巡检 • 仿真拨测 • 故障定界 • 决策建设 管 自主 管 理及能力开放 • 智能场景适配 • 在线订购 • 自动化开通 择 组网方案选 择 • 终端管理 • 网络配置 • 能力开放 5G 专网： 5G 专网运营及能力开放平台 打造“ 视、维、管、择 ”四大核心能力，通过 5G 网络能力平台化、方案输出模板化、能力开放标准化 ，实现网络方案智能生成、业务配置 快速生效、网络服务一点开通、监控管理一屏展示，助力水泥行业内网改造和数字化转型。 针对 水泥园区内外部业务访问需求 ，提供省内跨区、公访互专等四种典型 公专跨域漫游产品标准产品，供客户一站式选择和自主配置 5G 公 专 跨 域 漫 游 产 品 提供 5GLAN 层二组网产品，为 水泥行业生产设备远程控制、 AGV 协同 作业等场景提供 简化的本地局域网 ，极大提升传输控制效率 5G LAN 二 层 组 网 产 品 针对水泥安全生产作业中存在的 融合通信、应急指挥调度需求 ，提供基于 5G 专网的融合语音通信产品，解决传统集群专网的部署成本高、不兼容等问题 5G 融 合 语 音 产 品 针对 生产终端存在的漏洞、弱口令安全泄 露问题，开放 5G 电信级安全 认证机制，为水泥行业用户提供 基于物联网卡的安全认证可信 服务 5G GBA 可 信 安 全 产 品 5G 专网 ：特色差异化产品 面向水泥行业多园区 数据传输、局域二层互访、融合语音通信、安全通信 等应用场景，突破专网互通、公专融合、设备间互访等相关核 心技术，满足客户对 5G 专网通信的各类需求。 方案架构 开采服务： 基于 5G 的机械装备远程控制系统（ 1/3 ） 矿山机械远程操控通过线控改造并装备 高精定位及环境感知 部件，实现作业现场视频数据实时采集及监控，并部署 远程操控端 （多功能遥控 座椅等）下发指令，实现高精度定位及远程操控，并通过技术措施 提升自动化水平及远程操控效率 。 • 视频拼接及 AR 辅助 • 远程操控辅助驾驶 • 远程操控安全保障 智能姿态监控及 激光雷达 视觉感知 毫米波雷达 痛点分析 • 自然环境恶劣，扬尘多，只能白天工作，开采 人员工作强度大。 • 环境危险，爆破的落石威胁工作人员安全。 • 设备状态无法实施掌握，故障率高。 方案价值 • 驾驶人员的工作环境得到改善，降低安全风险； • 采矿由原来的两班变三班，增加夜间采集，矿石产量增加。 方案架构 开采服务： 基于 5G 的矿卡无人驾驶系统（ 2/3 ） 矿卡自动驾驶通过线控改造并装备 高精定位及环境感知 部件，基于路径动态规划，实现 矿区无人驾驶、自主避障和会车 等功能，并实现矿卡 与有人矿卡、电铲等装备的 V2V 通信，矿卡与卸料点的 V2I 通信，实现 协同装载，协同卸载，混编运行 。 • 路径智能规划： 确保规划路径平滑、合理，能够 在任意可行驶的道路区域内规划无人驾路线路。 • 实时地图采集 ：矿区高精地图实时采集，提升无 人驾驶系统运行效率。 • 智能化动态调度： 集成卡调系统，实现无人驾驶 车辆与协同作业装备的调度管理，保障高效作业。 • 无人驾驶仿真： 进行无人驾驶仿真，确保无人驾 驶建设过程测试安全，降低对生产影响。 激光雷达 视觉感知 毫米波雷达 融合检测算法 目 标 定 位 冗 余 判 断 痛点分析 p 矿山的工作环境艰苦单一，存在危险性； p 矿卡车辆协同作业能力差，生产效率低； p 招工难导致人工成本增加，生产效率低； p 露天作业直接受天气影响，安全保障差。 方案价值 • 自动驾驶安全保障： 设计多重机制保障安全，使用激光雷达、相机、毫米波雷达多传感器融合技术方案及 云端定位冗余判断，通过心跳监测，电子围栏等技术，保障在大雾、雨雪、多尘等恶劣矿区环境设备安全。 开采服务： 基于 5G+AI 的无人机巡检及地形采集系统 露天矿爆破时，通过 5G 无人机航拍 ，结合 AI 图像识别 ，对爆破区域实现 智能化警戒 。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，作为下次爆破和矿山开采规划的依据。 5G+ 无人机巡检场景： 通过无人机航拍，结 合 AI 技术进行图像识别，对矿山爆破区域 进行巡查，自动识别人、动物、车辆等目标， 警告目标进行撤离，航拍视频同步回传到水 泥厂的视频监控系统，方便工作人员及时调 取查看。 方案架构 5G+ 无人机地形采集场景： 爆破完成之后， 借助第三方 AI 和云服务，利用图像采集 技术，重新收集并实时更新地形地貌数据， 用以指导矿车采集区域配置以及下次爆破 点设计，进而降低人力采集成本。 p 由于露天开采矿区面积较大，采用人工巡检费时费力，效率低 痛 下，无法完全避免安全事故的发生； 点 p 搭建视频监测系统，有线部署及摄像头布置成本高、维护困难 分 ，且容易存在监控死角； 析 p 目前水泥矿山地形采集仍普遍采用人工手段采集，效率低下且 准确性差。 p 采用无人机巡检警戒可以快速到达指定巡查地点，开展高效、 方 多方位、多角度的巡查工作，并实时反馈巡查区域情况，有效 案 保障矿山采集安全，避免安全事故发生； 价 p 通过 AI 识别系统和报警系统相结合，打造一体化巡检系统，从 值 而大大节省人力巡检成本及设备费用，有效节约企业成本； p 提升矿区数据采集的效率，推动智慧水泥场景的打造。 生产服务： 基于 5G+AI 的水泥生产过程可视化（ 1/2 ） 在生产环节部署 超高清码流 的监控设备，利用 5G 高带宽特性实现 实时数据回传 ，采集人与关键设备的细节。基于现场采集到的视频，机器视觉 智能分析其特征，利用 模态分析、聚类、分类 等大数据和机器学习的方法建立设备运行的模型，进行 智能检测分析和预警 。 痛点分析 p 在水泥生产过程中，多个关键环节需要进行 监测。在生产工序中，投料口、翻板阀容易 堵塞堆积，传送皮带会出现反转、打滑、破 损抽丝等现象。此外，冒灰污染情况也较常 出现，需要实时检测保证环境达标，水泥库 裂纹情况若不及时检修，也将造成较大经济 损失。 方案价值 p 用 5G 的代替线路视频，减少安装和运营成 本 ; p 通过 AI 智能检测能够提升检测精度，提高工 作效率，增强系统的安全性能 p 边缘云系统不但能够进行分析处理、接入第 三方视频监控应用，还可以提供多种超大容 量云存储服务和容灾服务，满足水泥工业需 求； 皮带损坏 水泥库裂纹 投料口阻塞 冒灰污染 方案架构 生产服务： 基于 5G 的水泥生产业务远程化、集中化（ 2/2 ） 水泥生产环境恶劣，通过 5G 网络实现生产信息 实时回传 和生产指令 实时下达 ，将操作岗、操作室 搬离生产现场 ，实现生产业务 远程化、集中化 ， 降低安全风险，提升生产效率，提升工作幸福感。 痛点分析 p 生产控制室紧邻生产现场， 存在安全 隐患 ； p 操作岗位分散；各工段 协同性差 ； p 工作环境恶劣，岗位招工困难，工作 幸福感低。 方案价值 p 操作岗位搬离生产现场，提升本质安 全水平， 降低安全风险 ； p 实现操作岗位集中，实现多工种协同 缩短作业时间， 提升作业