本刊記者/顧碩

工業(yè)無(wú)線(xiàn) 市場(chǎng)廣闊

本刊記者/顧碩

中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員、科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 曾鵬

曾鵬，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員，科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，博士生導(dǎo)師，科技部“智能電網(wǎng)專(zhuān)項(xiàng)”專(zhuān)家組成員，科學(xué)院“面向感知中國(guó)的新一代信息技術(shù)研究”先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)總體組專(zhuān)家。擔(dān)任IEC/TC65/ WG16工作組專(zhuān)家、IFAC網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)工作組專(zhuān)家。

主要從事無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)通信技術(shù)的研究工作，近年來(lái)，作為課題負(fù)責(zé)人，承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)，中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和青年基金項(xiàng)目2項(xiàng)。撰寫(xiě)專(zhuān)著1部，在國(guó)內(nèi)外重要期刊和會(huì)議上發(fā)表論文80余篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利40余項(xiàng)，國(guó)際專(zhuān)利8項(xiàng)，負(fù)責(zé)編寫(xiě)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，向IEEE、ISA、Zigbee等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提交技術(shù)提案10余項(xiàng)，作為創(chuàng)始人之一，發(fā)起成立了國(guó)內(nèi)首家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司。

先后獲得國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)一等獎(jiǎng)、遼寧省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)，首屆中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)分院優(yōu)秀青年學(xué)者獎(jiǎng)。

眾所周知，工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)備受全球先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的關(guān)注。2000年以美國(guó)和歐洲為代表的西方工業(yè)國(guó)家設(shè)立各類(lèi)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)，如：美國(guó)能源部的未來(lái)工業(yè)計(jì)劃、歐洲RUNES計(jì)劃等，都投入巨額資金開(kāi)展相關(guān)研發(fā)工作。在國(guó)際工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我國(guó)科技部863計(jì)劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域于2006年果斷地啟動(dòng)了工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，旨在突破工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，掌控市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)，避免在新的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中，再次被國(guó)外技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壟斷。曾鵬認(rèn)為，這正是作為一名工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的科研工作者應(yīng)有的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

早在2003年承擔(dān)關(guān)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目時(shí)，曾鵬就開(kāi)始關(guān)注無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面向工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)的研究與應(yīng)用。本期《自動(dòng)化博覽》有幸就工業(yè)無(wú)線(xiàn)這一話(huà)題采訪(fǎng)到他，解答讀者們關(guān)心的問(wèn)題。

《自動(dòng)化博覽》：您認(rèn)為工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展與國(guó)際水平相比較還存在哪些差距？如何盡快縮短這個(gè)差距？

曾鵬：我國(guó)是國(guó)際上較早開(kāi)展工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)研發(fā)的國(guó)家之一，自主技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，但在產(chǎn)業(yè)推廣方面與國(guó)際有較大差距。美歐發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家投入巨資設(shè)立多項(xiàng)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)，開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，德州儀器、艾默生、西門(mén)子、霍尼韋爾、ABB、橫河等跨國(guó)公司積極開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化工作，已初步形成了從芯片、組件、設(shè)備到軟件和系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，并利用品牌優(yōu)勢(shì)，快速開(kāi)拓市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的推動(dòng)主要依托科研院所，設(shè)備和系統(tǒng)廠(chǎng)商缺乏投入，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方面與國(guó)外差距較大。應(yīng)該進(jìn)一步發(fā)揮政府的政策導(dǎo)向作用、市場(chǎng)的資源配置優(yōu)勢(shì)，集中研發(fā)和行業(yè)力量，積極開(kāi)展基于自主標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的傳感裝置、基礎(chǔ)關(guān)鍵和應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)建具有自主產(chǎn)權(quán)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，在石油、化工、冶金、電力等典型行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，為我國(guó)工業(yè)技術(shù)升級(jí)和節(jié)能減排改造提供系統(tǒng)解決方案和支撐產(chǎn)品，促進(jìn)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的形成。

《自動(dòng)化博覽》：您認(rèn)為工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)面臨的突出問(wèn)題是什么？該如何應(yīng)對(duì)？

曾鵬：工業(yè)用戶(hù)經(jīng)常提出各種質(zhì)疑，如工業(yè)無(wú)線(xiàn)有什么優(yōu)勢(shì)？能解決什么問(wèn)題？能在什么地方使用？是否可靠？這些問(wèn)題歸納而言就是工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)如何得到工業(yè)用戶(hù)的認(rèn)可。要解決這個(gè)問(wèn)題以國(guó)家投入為主，在各行業(yè)建立工業(yè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)桿示范應(yīng)用，帶動(dòng)企業(yè)和社會(huì)投入，共同培育市場(chǎng)和用戶(hù)。國(guó)內(nèi)企業(yè)由于工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)處于初級(jí)階段，商業(yè)模式還不清晰，進(jìn)行前期的投入意愿不強(qiáng)烈，需要進(jìn)行國(guó)家引領(lǐng)的產(chǎn)業(yè)化推廣。要在關(guān)系國(guó)計(jì)民生重點(diǎn)領(lǐng)域如化工、石油、電力等行業(yè)建立工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)標(biāo)桿性大規(guī)模示范應(yīng)用，帶動(dòng)社會(huì)和企業(yè)一起投入，推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展，得到行業(yè)用戶(hù)的廣泛認(rèn)可，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)的安全水平。

《自動(dòng)化博覽》：未來(lái)，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)將有怎樣的發(fā)展趨勢(shì)？

曾鵬：工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)已發(fā)展成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)，并引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，同時(shí)已表現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)前景，有望形成千億級(jí)的新興產(chǎn)業(yè)。

工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)具有低成本、高靈活、高智能的特點(diǎn)，最高可以使工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施成本降低90%，提供具備“泛在感知”能力的新一代制造信息系統(tǒng)和環(huán)境，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能提升與擴(kuò)展，是實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源和降低排放的重要使能技術(shù)。美國(guó)總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)在“面向21世紀(jì)的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規(guī)劃”中指出：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高10%，并使排放和污染降低25%。目前全球已經(jīng)有近幾十萬(wàn)個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)投入應(yīng)用，據(jù)市場(chǎng)分析權(quán)威機(jī)構(gòu)ON World預(yù)計(jì)，2018年全球?qū)?huì)有近二千多萬(wàn)個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)投入應(yīng)用，產(chǎn)值將達(dá)到數(shù)百億美元，而且增長(zhǎng)迅速。其中市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的是化工、石油等重點(diǎn)行業(yè)，產(chǎn)值占到了47.4% 。到2020年前后，工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器終端數(shù)量將達(dá)到億級(jí)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到千億美元。

《自動(dòng)化博覽》：我國(guó)制造業(yè)正在向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，您認(rèn)為這將給工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)哪些新機(jī)會(huì)？我們應(yīng)如何把握？

曾鵬：我國(guó)工業(yè)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)業(yè)革命的契機(jī)，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)的需求十分迫切，信息技術(shù)企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以其為突破口迅速向工業(yè)領(lǐng)域滲透。以智能化為核心的“工業(yè)4.0”的提出，契合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向工業(yè)領(lǐng)域融合的趨勢(shì)，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮?。智能制造中的核心之一是工業(yè)過(guò)程的智能監(jiān)測(cè)。將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到智能監(jiān)測(cè)中，將有助于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工藝的優(yōu)化，同時(shí)可以提高生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程檢測(cè)、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測(cè)的能力和水平，使得生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)水平不斷提高。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和“工業(yè)4.0”的進(jìn)一步推進(jìn)，以智能化為核心的工業(yè)過(guò)程控制將得到快速發(fā)展，進(jìn)而拉動(dòng)對(duì)基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案的市場(chǎng)需求，盡快構(gòu)建從核心芯片、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳感裝置、應(yīng)用系統(tǒng)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)鏈，在重點(diǎn)制造行業(yè)開(kāi)展大規(guī)模示范應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)整體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。

《自動(dòng)化博覽》：您如何評(píng)價(jià)中國(guó)制造業(yè)用戶(hù)對(duì)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用程度？

曾鵬：中國(guó)制造業(yè)用戶(hù)中有部分國(guó)有大中型企業(yè)已經(jīng)將工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)與智能傳感器技術(shù)、國(guó)際開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和控制網(wǎng)絡(luò)的有線(xiàn)／無(wú)線(xiàn)異構(gòu)智能集成技術(shù)、信息融合與智能處理技術(shù)等融入到生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，通過(guò)與現(xiàn)有的企業(yè)信息化技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維與診斷、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯、優(yōu)化排產(chǎn)與在線(xiàn)調(diào)度、用能優(yōu)化及污染源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，開(kāi)發(fā)了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)分析與裝備健康運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)、大型離散制造過(guò)程的可視化系統(tǒng)與智能工廠(chǎng)應(yīng)用的云計(jì)算平臺(tái)。尤其像能源生產(chǎn)加工企業(yè)，通過(guò)實(shí)施智能工廠(chǎng)、智能油田等試點(diǎn)建設(shè)，利用工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面感知、優(yōu)化協(xié)同、預(yù)測(cè)預(yù)警、科學(xué)決策，達(dá)到勞動(dòng)力生產(chǎn)率高、能耗物耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)效益好的目標(biāo)?？傮w來(lái)說(shuō)，在國(guó)家政策引導(dǎo)下，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在我國(guó)制造業(yè)的應(yīng)用程度，特別是在“十二五”期間取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是仍面臨著應(yīng)用試點(diǎn)企業(yè)較少、應(yīng)用規(guī)?；^小、應(yīng)用模式比較單一、應(yīng)用效果與效益周期長(zhǎng)等發(fā)展瓶頸。

《自動(dòng)化博覽》：請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下WIA-PA技術(shù)的核心內(nèi)容。

曾鵬：WIA-PA技術(shù)是面向過(guò)程自動(dòng)化的應(yīng)用需求、我國(guó)自主研發(fā)的適合復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的高可靠、高實(shí)時(shí)、低功耗工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)。技術(shù)研發(fā)內(nèi)容包括：（1）融合了網(wǎng)狀網(wǎng)和星型網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，發(fā)明了具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的先進(jìn)工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的分層和分布式高效管理；（2）針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多頻窄帶干擾問(wèn)題，發(fā)明了具有射頻環(huán)境認(rèn)知能力的多級(jí)自適應(yīng)跳頻機(jī)制和方法，使無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃_(dá)到99%以上；（3）針對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多跳數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延不確定問(wèn)題，綜合利用時(shí)域、頻域和空域資源，發(fā)明了時(shí)空頻聯(lián)合調(diào)度的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)百點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)平均傳輸延時(shí)低于1秒；（4）針對(duì)無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立供電以及長(zhǎng)期工作的要求，突破傳統(tǒng)單時(shí)鐘源和固定周期的同步框架，發(fā)明了多源隨機(jī)選擇和周期自適應(yīng)的時(shí)間同步方法、多級(jí)休眠和喚醒策略，在秒級(jí)通信頻率下平均功耗低于0.6毫瓦，使用1800毫安時(shí)電池，可連續(xù)工作1年以上。

在此基礎(chǔ)上，由我國(guó)科技工作者研究制定的WIA-PA Communication Network and Communication Profile 62601工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)提案，于2011年10月14日，經(jīng)國(guó)際電工委員會(huì)工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制與自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)IEC/TC65的全部26個(gè)成員國(guó)投票，最終以100%的通過(guò)率（除葡萄牙、墨西哥兩國(guó)棄權(quán)外），成為正式IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

《自動(dòng)化博覽》：WIA-PA技術(shù)對(duì)中國(guó)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域產(chǎn)生了哪些影響？該技術(shù)成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)后又有哪些重大意義？

曾鵬：我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WIA-PA技術(shù)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著在工業(yè)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)成為技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家之一，為我國(guó)在自動(dòng)化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定取得了國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)，這是我國(guó)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域首次與國(guó)外大公司站在同一起跑線(xiàn)上。在WIAPA技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)，將大幅度提升工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的附加值并增強(qiáng)在歐美高端國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，并為國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)提供良好的契機(jī)和產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)技術(shù)性貿(mào)易壁壘的根本游戲規(guī)則，掌握了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就意味著掌握了國(guó)際市場(chǎng)，歐洲工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，眾多知名自動(dòng)化公司自有品牌扎堆，對(duì)工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的準(zhǔn)入條件繁多而苛刻，如果沒(méi)有自有的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，僅以?xún)r(jià)格取勝，將導(dǎo)致中國(guó)產(chǎn)品越來(lái)越難進(jìn)入歐洲市場(chǎng)。WIA-PA能夠成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，打破了歐洲的技術(shù)壁壘，讓中國(guó)工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品拿到了進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的準(zhǔn)入證書(shū)，降低了中國(guó)企業(yè)的生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和認(rèn)證時(shí)間，使得中國(guó)工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品與國(guó)外品牌站在了同一起跑線(xiàn)上。