工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加速“智造”升級

不久前，中央全面深化改革委員會第十四次會議強(qiáng)調(diào)，以智能制造為主攻方向，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展，加快制造業(yè)生產(chǎn)方式和企業(yè)形態(tài)根本性變革。今年的政府工作報告也明確指出，發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)智能制造。

近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所（以下簡稱沈陽自動化所）所長于海斌在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示：“工業(yè)無線控制系統(tǒng)對于工業(yè)節(jié)能減排、安全生產(chǎn)意義重大，以油田、電網(wǎng)為代表的關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈的重大工業(yè)設(shè)施，尤其需要工業(yè)無線控制技術(shù)提供智能化、數(shù)字化的解決方案。”

于海斌率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕工業(yè)無線控制技術(shù)已有17年，不僅創(chuàng)建了國際領(lǐng)先的工業(yè)無線控制技術(shù)體系，還牽頭制定了我國在工業(yè)無線控制領(lǐng)域首個IEC（國際電工委員會）國際標(biāo)準(zhǔn)——WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)成果已經(jīng)在國家電網(wǎng)、中石油和鞍鋼等行業(yè)龍頭企業(yè)開展了標(biāo)桿應(yīng)用，近3年為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益近3億元，也使我國工業(yè)無線控制技術(shù)躋身國際技術(shù)領(lǐng)先國家行列。

瞄準(zhǔn)工業(yè)無線技術(shù)

2003年，憑借“現(xiàn)場總線分布控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用”獲國家科技進(jìn)步獎二等獎的于海斌開始把目光投向了工業(yè)無線技術(shù)。

工業(yè)無線技術(shù)興起于21世紀(jì)初，通過支持設(shè)備間的交互與物聯(lián)，提供低成本、高可靠、高靈活的新一代泛在制造信息系統(tǒng)和環(huán)境，進(jìn)而推動工業(yè)信息化系統(tǒng)的功能擴(kuò)展與提升，是實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、提升生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)約能源和降低排放的重要使能技術(shù)。

如今，無處不在的Wi-Fi（無線網(wǎng)絡(luò)）可以實(shí)現(xiàn)輕松聯(lián)網(wǎng)，那么工廠里的設(shè)備之間如何實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)？

于海斌解釋道，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是通過互聯(lián)網(wǎng)IT（信息技術(shù)）系統(tǒng)與工控系統(tǒng)OT（操作技術(shù)）系統(tǒng)深度融合，而工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)IT/OT融合的革命性技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使得控制系統(tǒng)擺脫了線纜的束縛，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的感知部署，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化控制新模式。

沈陽自動化所所長助理、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)研究室主任曾鵬介紹，近些年來，沈陽自動化所在國內(nèi)牽頭開展工業(yè)無線核心技術(shù)攻關(guān)，著眼于高并發(fā)控制信息實(shí)時可靠傳輸、超低功耗高精度感知和協(xié)同控制平臺多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成三大技術(shù)難點(diǎn)，從無到有逐步搭建起了工業(yè)無線控制技術(shù)體系。

其中，沈陽自動化所科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的時空頻三元聯(lián)合調(diào)控機(jī)制、資源彈性調(diào)度方法和信道動態(tài)選擇方法，實(shí)現(xiàn)了千點(diǎn)級工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)秒級確定性時延和99%以上傳輸可靠性的國際領(lǐng)先指標(biāo)。

贏得國際話語權(quán)

“當(dāng)年，我們的技術(shù)研發(fā)做了許多工作，但企業(yè)不敢使用。于是我們開始思考，技術(shù)到底要做到什么程度，才能保證企業(yè)在工業(yè)無線環(huán)境下的生產(chǎn)是安全可靠的呢？”于海斌回憶稱，恰逢德國的流程工業(yè)自動化系統(tǒng)用戶協(xié)會（NAMUR）發(fā)布了一份報告，明晰了相關(guān)指標(biāo)，這也為下一步創(chuàng)新工作指明了方向——“做標(biāo)準(zhǔn)，不僅要做國家的，還要做世界的。”

2008年，在科技部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會等有關(guān)部門組織下，沈陽自動化所牽頭協(xié)同全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，開始著手“工業(yè)用無線通信技術(shù)”國家標(biāo)準(zhǔn)體系研究和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的起草工作，并同步推進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)的起草工作。

2011年7月，WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)作為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26790.1-2011正式發(fā)布。同時，經(jīng)歷了提案建議（NP）、委員會草案（CD）、委員會修正草案（CDV）等不同階段的審議和投票，WIA-PA于2011年11月被國際電工委員會接納為國際標(biāo)準(zhǔn)。

“當(dāng)時IEC工業(yè)過程測量、控制與自動化技術(shù)委員會參與投票的有26個P成員國（IEC擁有投票權(quán)的成員國），我們獲得了100%的通過率，那是非常令人感到驕傲的結(jié)果。”于海斌說。

據(jù)介紹，WIA-PA是國際三大流程自動化無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，還獲得了2016年國際自動化學(xué)會（ISA）“卓越技術(shù)創(chuàng)新獎”，標(biāo)志著我國在工業(yè)無線領(lǐng)域的研究和應(yīng)用已處于國際領(lǐng)先地位，為中國在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域贏得了話語權(quán)。

2015年，經(jīng)過IEC和歐洲電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會聯(lián)合投票，WIA-PA正式被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，對于WIA-PA產(chǎn)品進(jìn)歐洲市場，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化在促進(jìn)國際智能制造產(chǎn)能合作方面起到了重要作用。

行業(yè)應(yīng)用顯成效

今年6月，基于WIA-PA技術(shù)孵化的產(chǎn)業(yè)化公司——沈陽中科奧維科技股份有限公司（以下簡稱中科奧維）收獲了2020年度第一筆千萬級訂單，產(chǎn)品先后中標(biāo)中石油大慶油田數(shù)字化建設(shè)工程項(xiàng)目、遼河油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目。

據(jù)悉，大慶油田是我國最大的油田，也是世界上為數(shù)不多的特大型陸相砂巖油田之一，曾鵬告訴《中國科學(xué)報》：“中科奧維的中標(biāo)，標(biāo)志著沈陽自動化所工業(yè)無線測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新在前序工作基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步服務(wù)于我國油田領(lǐng)域數(shù)字化建設(shè)。”

近年來，國際油價大幅波動，尤其是進(jìn)入2020年以來，國際油價暴跌超60%，跌破30美元/桶關(guān)口，低油價或是今后能源行業(yè)尤其是石油行業(yè)不得不面對的常態(tài)，提質(zhì)增效已經(jīng)成為油田發(fā)展的迫切需求，促使石油企業(yè)由“數(shù)字化”“智能化”進(jìn)入到“智慧化”的發(fā)展道路。

“物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)全面互聯(lián)和實(shí)時信息采集的關(guān)鍵，是智慧油田建設(shè)的基礎(chǔ)性工作。”曾鵬說，WIA-PA技術(shù)具有的低時延、高可靠、廣覆蓋、高安全性等特點(diǎn)尤其適用于油田大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

沈陽自動化所結(jié)合油田生產(chǎn)需求，開發(fā)了基于WIA-PA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的油井遠(yuǎn)程監(jiān)測與優(yōu)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在大慶油田和遼河油田穩(wěn)定運(yùn)行2～3年，覆蓋700余口油井、建立了近4 000個無線監(jiān)測點(diǎn)位，油田降本增效成效顯著。2020年，該套系統(tǒng)將繼續(xù)在中石油大慶油田、遼河油田等展開更大規(guī)模應(yīng)用，預(yù)計(jì)新增點(diǎn)數(shù)將達(dá)到近5萬點(diǎn)。

除了服務(wù)智慧油田建設(shè)，沈陽自動化所科研團(tuán)隊(duì)還為國家電網(wǎng)搭建了覆蓋輸變配用過程的電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)。曾鵬介紹道，該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)長距離、大跨度輸變電設(shè)施廣域的實(shí)時在線監(jiān)測和安全預(yù)警，在國內(nèi)首次將全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)融入電網(wǎng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營監(jiān)測、配網(wǎng)調(diào)度和異常告警的一體化集成，為企業(yè)降低故障率75%，降低巡檢勞動量達(dá)30%。

此外，科研團(tuán)隊(duì)還在鞍鋼建成了連退爐爐輥軸承無線測溫系統(tǒng)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備軸承在線監(jiān)測與診斷，避免了點(diǎn)檢不及時和設(shè)備故障等導(dǎo)致的停機(jī)問題，在行業(yè)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)連退軋制線的預(yù)測性維護(hù)。

展望“十四五”，于海斌表示：“我們將在前期科研工作的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)創(chuàng)新，以提升我國制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展水平為目標(biāo)，將創(chuàng)新技術(shù)與促進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)方式根本性變革精準(zhǔn)對接。”