工業無線 市場廣闊

本刊記者/顧碩

工業無線 市場廣闊

本刊記者/顧碩

中科院沈陽自動化所研究員、科學院網絡化控制系統重點實驗室副主任 曾鵬

曾鵬，中科院沈陽自動化所研究員，科學院網絡化控制系統重點實驗室副主任，博士生導師，科技部“智能電網專項”專家組成員，科學院“面向感知中國的新一代信息技術研究”先導專項總體組專家。擔任IEC/TC65/ WG16工作組專家、IFAC網絡化控制系統工作組專家。

主要從事無線傳感器網絡、工業通信技術的研究工作，近年來，作為課題負責人，承擔國家863計劃重點項目2項，中科院先導專項項目1項，國家自然科學基金重點項目和青年基金項目2項。撰寫專著1部，在國內外重要期刊和會議上發表論文80余篇，申請國家發明專利40余項，國際專利8項，負責編寫國家標準2項，國際IEC標準2項，向IEEE、ISA、Zigbee等國際標準化組織提交技術提案10余項，作為創始人之一，發起成立了國內首家工業物聯網技術公司。

先后獲得國家標準創新貢獻一等獎、遼寧省技術發明一等獎、遼寧省自然科學學術成果獎一等獎，中國科學院院長優秀獎，首屆中國科學院沈陽分院優秀青年學者獎。

眾所周知，工業無線網絡技術備受全球先進工業國家的關注。2000年以美國和歐洲為代表的西方工業國家設立各類研發專項，如：美國能源部的未來工業計劃、歐洲RUNES計劃等，都投入巨額資金開展相關研發工作。在國際工業無線網絡技術發展的關鍵時期，我國科技部863計劃先進制造技術領域于2006年果斷地啟動了工業無線網絡技術的重點科研項目，旨在突破工業無線網絡核心技術，搶占戰略制高點，制定技術標準，掌控市場主動權，避免在新的工業自動化產業升級過程中，再次被國外技術和標準壟斷。曾鵬認為，這正是作為一名工業自動化領域的科研工作者應有的責任與擔當。

早在2003年承擔關于無線傳感器網絡方面的國家自然科學基金項目時，曾鵬就開始關注無線傳感器網絡技術面向工業過程監測的研究與應用。本期《自動化博覽》有幸就工業無線這一話題采訪到他，解答讀者們關心的問題。

《自動化博覽》：您認為工業無線技術在中國的發展與國際水平相比較還存在哪些差距？如何盡快縮短這個差距？

曾鵬：我國是國際上較早開展工業無線技術研發的國家之一，自主技術達到了國際先進水平，但在產業推廣方面與國際有較大差距。美歐發達工業國家投入巨資設立多項研發專項，開展技術研發和標準化工作，德州儀器、艾默生、西門子、霍尼韋爾、ABB、橫河等跨國公司積極開展產業化工作，已初步形成了從芯片、組件、設備到軟件和系統的產業鏈，并利用品牌優勢，快速開拓市場。國內工業無線技術的推動主要依托科研院所，設備和系統廠商缺乏投入，產業化推進方面與國外差距較大。應該進一步發揮政府的政策導向作用、市場的資源配置優勢，集中研發和行業力量，積極開展基于自主標準技術的傳感裝置、基礎關鍵和應用系統，構建具有自主產權的工業無線系統產業鏈，在石油、化工、冶金、電力等典型行業實現規模化應用，為我國工業技術升級和節能減排改造提供系統解決方案和支撐產品，促進新興戰略產業的形成。

《自動化博覽》：您認為工業無線技術面臨的突出問題是什么？該如何應對？

曾鵬：工業用戶經常提出各種質疑，如工業無線有什么優勢？能解決什么問題？能在什么地方使用？是否可靠？這些問題歸納而言就是工業無線技術如何得到工業用戶的認可。要解決這個問題以國家投入為主，在各行業建立工業無線標桿示范應用，帶動企業和社會投入，共同培育市場和用戶。國內企業由于工業無線技術產業市場處于初級階段，商業模式還不清晰，進行前期的投入意愿不強烈，需要進行國家引領的產業化推廣。要在關系國計民生重點領域如化工、石油、電力等行業建立工業無線網標桿性大規模示范應用，帶動社會和企業一起投入，推動市場發展，得到行業用戶的廣泛認可，提升產業技術水平和國家相關產業的安全水平。

《自動化博覽》：未來，工業無線技術將有怎樣的發展趨勢？

曾鵬：工業無線技術已發展成為工業自動化領域前沿熱點技術，并引領工業自動化系統未來的發展方向，同時已表現出廣闊的市場前景，有望形成千億級的新興產業。

工業無線技術具有低成本、高靈活、高智能的特點，最高可以使工業自動化系統的實施成本降低90%，提供具備“泛在感知”能力的新一代制造信息系統和環境，推動工業自動化系統的功能提升與擴展，是實現提高生產效率、提升產品質量，節約能源和降低排放的重要使能技術。美國總統科技顧問委員會在“面向21世紀的聯邦能源研究與發展規劃”中指出：無線傳感器網絡技術的廣泛應用將使工業生產效率提高10%，并使排放和污染降低25%。目前全球已經有近幾十萬個工業無線傳感器節點投入應用，據市場分析權威機構ON World預計，2018年全球將會有近二千多萬個工業無線傳感器節點投入應用，產值將達到數百億美元，而且增長迅速。其中市場增長最快的是化工、石油等重點行業，產值占到了47.4% 。到2020年前后，工業無線傳感器終端數量將達到億級，市場規模達到千億美元。

《自動化博覽》：我國制造業正在向智能制造轉型升級，您認為這將給工業無線技術帶來哪些新機會？我們應如何把握？

曾鵬：我國工業制造業正面臨新一輪產業革命的契機，制造企業利用物聯網技術進行改造升級的需求十分迫切，信息技術企業也在積極借助物聯網技術，以其為突破口迅速向工業領域滲透。以智能化為核心的“工業4.0”的提出，契合了物聯網技術向工業領域融合的趨勢，未來市場發展潛力巨大。智能制造中的核心之一是工業過程的智能監測。將無線傳感器網絡技術應用到智能監測中，將有助于工業生產過程工藝的優化，同時可以提高生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平，使得生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。隨著物聯網的快速發展和“工業4.0”的進一步推進，以智能化為核心的工業過程控制將得到快速發展，進而拉動對基于無線傳感器網絡技術的工業過程監測系統解決方案的市場需求，盡快構建從核心芯片、網絡設備、傳感裝置、應用系統的自主知識產權產業鏈，在重點制造行業開展大規模示范應用，推動我國工業無線技術整體市場快速增長。

《自動化博覽》：您如何評價中國制造業用戶對工業無線技術的應用程度？

曾鵬：中國制造業用戶中有部分國有大中型企業已經將工業無線技術與智能傳感器技術、國際開放現場總線和控制網絡的有線／無線異構智能集成技術、信息融合與智能處理技術等融入到生產各環節，通過與現有的企業信息化技術融合，實現了復雜工業現場的數據采集、過程監控、設備運維與診斷、產品質量跟蹤追溯、優化排產與在線調度、用能優化及污染源實時監測，開發了工業現場分析與裝備健康運行監測平臺、大型離散制造過程的可視化系統與智能工廠應用的云計算平臺。尤其像能源生產加工企業，通過實施智能工廠、智能油田等試點建設，利用工業無線技術實現全面感知、優化協同、預測預警、科學決策，達到勞動力生產率高、能耗物耗低、產品質量高、經濟效益好的目標。總體來說，在國家政策引導下，工業無線技術在我國制造業的應用程度，特別是在“十二五”期間取得了長足進步，但是仍面臨著應用試點企業較少、應用規模化較小、應用模式比較單一、應用效果與效益周期長等發展瓶頸。

《自動化博覽》：請您簡單介紹一下WIA-PA技術的核心內容。

曾鵬：WIA-PA技術是面向過程自動化的應用需求、我國自主研發的適合復雜工業環境的高可靠、高實時、低功耗工業無線網絡技術和系統。技術研發內容包括：（1）融合了網狀網和星型網絡優勢，發明了具有復合結構的先進工業無線網絡，實現了網絡的分層和分布式高效管理；（2）針對工業現場多頻窄帶干擾問題，發明了具有射頻環境認知能力的多級自適應跳頻機制和方法，使無線數據傳輸的可靠性達到99%以上；（3）針對無線網絡多跳數據傳輸時延不確定問題，綜合利用時域、頻域和空域資源，發明了時空頻聯合調度的實時通信技術，實現百點網絡平均傳輸延時低于1秒；（4）針對無線節點獨立供電以及長期工作的要求，突破傳統單時鐘源和固定周期的同步框架，發明了多源隨機選擇和周期自適應的時間同步方法、多級休眠和喚醒策略，在秒級通信頻率下平均功耗低于0.6毫瓦，使用1800毫安時電池，可連續工作1年以上。

在此基礎上，由我國科技工作者研究制定的WIA-PA Communication Network and Communication Profile 62601工業無線網絡標準提案，于2011年10月14日，經國際電工委員會工業過程測量、控制與自動化技術委員會IEC/TC65的全部26個成員國投票，最終以100%的通過率（除葡萄牙、墨西哥兩國棄權外），成為正式IEC國際標準。

《自動化博覽》：WIA-PA技術對中國的工業無線領域產生了哪些影響？該技術成為歐洲標準后又有哪些重大意義？

曾鵬：我國擁有自主知識產權的WIA-PA技術成為國際標準，標志著在工業無線領域，中國已經成為技術領先的國家之一，為我國在自動化領域標準制定取得了國際話語權，這是我國在工業自動化領域首次與國外大公司站在同一起跑線上。在WIAPA技術的基礎上發展具有自主知識產權的工業無線測控系統，將大幅度提升工業自動化產品的附加值并增強在歐美高端國際市場的競爭能力，并為國內工業自動化相關行業產業轉型和升級提供良好的契機和產業利潤增長點。

技術標準已經成為應對技術性貿易壁壘的根本游戲規則，掌握了技術標準就意味著掌握了國際市場，歐洲工業自動化市場競爭激烈，眾多知名自動化公司自有品牌扎堆，對工業無線產品的準入條件繁多而苛刻，如果沒有自有的技術和標準，僅以價格取勝，將導致中國產品越來越難進入歐洲市場。WIA-PA能夠成為歐洲標準，打破了歐洲的技術壁壘，讓中國工業無線產品拿到了進入歐洲市場的準入證書，降低了中國企業的生產成本，縮短了產品的開發和認證時間，使得中國工業無線產品與國外品牌站在了同一起跑線上。