工业无线 市场广阔

本刊记者/顾硕

工业无线 市场广阔

本刊记者/顾硕

中科院沈阳自动化所研究员、科学院网络化控制系统重点实验室副主任 曾鹏

曾鹏，中科院沈阳自动化所研究员，科学院网络化控制系统重点实验室副主任，博士生导师，科技部“智能电网专项”专家组成员，科学院“面向感知中国的新一代信息技术研究”先导专项总体组专家。担任IEC/TC65/ WG16工作组专家、IFAC网络化控制系统工作组专家。

主要从事无线传感器网络、工业通信技术的研究工作，近年来，作为课题负责人，承担国家863计划重点项目2项，中科院先导专项项目1项，国家自然科学基金重点项目和青年基金项目2项。撰写专著1部，在国内外重要期刊和会议上发表论文80余篇，申请国家发明专利40余项，国际专利8项，负责编写国家标准2项，国际IEC标准2项，向IEEE、ISA、Zigbee等国际标准化组织提交技术提案10余项，作为创始人之一，发起成立了国内首家工业物联网技术公司。

先后获得国家标准创新贡献一等奖、辽宁省技术发明一等奖、辽宁省自然科学学术成果奖一等奖，中国科学院院长优秀奖，首届中国科学院沈阳分院优秀青年学者奖。

众所周知，工业无线网络技术备受全球先进工业国家的关注。2000年以美国和欧洲为代表的西方工业国家设立各类研发专项，如：美国能源部的未来工业计划、欧洲RUNES计划等，都投入巨额资金开展相关研发工作。在国际工业无线网络技术发展的关键时期，我国科技部863计划先进制造技术领域于2006年果断地启动了工业无线网络技术的重点科研项目，旨在突破工业无线网络核心技术，抢占战略制高点，制定技术标准，掌控市场主动权，避免在新的工业自动化产业升级过程中，再次被国外技术和标准垄断。曾鹏认为，这正是作为一名工业自动化领域的科研工作者应有的责任与担当。

早在2003年承担关于无线传感器网络方面的国家自然科学基金项目时，曾鹏就开始关注无线传感器网络技术面向工业过程监测的研究与应用。本期《自动化博览》有幸就工业无线这一话题采访到他，解答读者们关心的问题。

《自动化博览》：您认为工业无线技术在中国的发展与国际水平相比较还存在哪些差距？如何尽快缩短这个差距？

曾鹏：我国是国际上较早开展工业无线技术研发的国家之一，自主技术达到了国际先进水平，但在产业推广方面与国际有较大差距。美欧发达工业国家投入巨资设立多项研发专项，开展技术研发和标准化工作，德州仪器、艾默生、西门子、霍尼韦尔、ABB、横河等跨国公司积极开展产业化工作，已初步形成了从芯片、组件、设备到软件和系统的产业链，并利用品牌优势，快速开拓市场。国内工业无线技术的推动主要依托科研院所，设备和系统厂商缺乏投入，产业化推进方面与国外差距较大。应该进一步发挥政府的政策导向作用、市场的资源配置优势，集中研发和行业力量，积极开展基于自主标准技术的传感装置、基础关键和应用系统，构建具有自主产权的工业无线系统产业链，在石油、化工、冶金、电力等典型行业实现规模化应用，为我国工业技术升级和节能减排改造提供系统解决方案和支撑产品，促进新兴战略产业的形成。

《自动化博览》：您认为工业无线技术面临的突出问题是什么？该如何应对？

曾鹏：工业用户经常提出各种质疑，如工业无线有什么优势？能解决什么问题？能在什么地方使用？是否可靠？这些问题归纳而言就是工业无线技术如何得到工业用户的认可。要解决这个问题以国家投入为主，在各行业建立工业无线标杆示范应用，带动企业和社会投入，共同培育市场和用户。国内企业由于工业无线技术产业市场处于初级阶段，商业模式还不清晰，进行前期的投入意愿不强烈，需要进行国家引领的产业化推广。要在关系国计民生重点领域如化工、石油、电力等行业建立工业无线网标杆性大规模示范应用，带动社会和企业一起投入，推动市场发展，得到行业用户的广泛认可，提升产业技术水平和国家相关产业的安全水平。

《自动化博览》：未来，工业无线技术将有怎样的发展趋势？

曾鹏：工业无线技术已发展成为工业自动化领域前沿热点技术，并引领工业自动化系统未来的发展方向，同时已表现出广阔的市场前景，有望形成千亿级的新兴产业。

工业无线技术具有低成本、高灵活、高智能的特点，最高可以使工业自动化系统的实施成本降低90%，提供具备“泛在感知”能力的新一代制造信息系统和环境，推动工业自动化系统的功能提升与扩展，是实现提高生产效率、提升产品质量，节约能源和降低排放的重要使能技术。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：无线传感器网络技术的广泛应用将使工业生产效率提高10%，并使排放和污染降低25%。目前全球已经有近几十万个工业无线传感器节点投入应用，据市场分析权威机构ON World预计，2018年全球将会有近二千多万个工业无线传感器节点投入应用，产值将达到数百亿美元，而且增长迅速。其中市场增长最快的是化工、石油等重点行业，产值占到了47.4% 。到2020年前后，工业无线传感器终端数量将达到亿级，市场规模达到千亿美元。

《自动化博览》：我国制造业正在向智能制造转型升级，您认为这将给工业无线技术带来哪些新机会？我们应如何把握？

曾鹏：我国工业制造业正面临新一轮产业革命的契机，制造企业利用物联网技术进行改造升级的需求十分迫切，信息技术企业也在积极借助物联网技术，以其为突破口迅速向工业领域渗透。以智能化为核心的“工业4.0”的提出，契合了物联网技术向工业领域融合的趋势，未来市场发展潜力巨大。智能制造中的核心之一是工业过程的智能监测。将无线传感器网络技术应用到智能监测中，将有助于工业生产过程工艺的优化，同时可以提高生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平，使得生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。随着物联网的快速发展和“工业4.0”的进一步推进，以智能化为核心的工业过程控制将得到快速发展，进而拉动对基于无线传感器网络技术的工业过程监测系统解决方案的市场需求，尽快构建从核心芯片、网络设备、传感装置、应用系统的自主知识产权产业链，在重点制造行业开展大规模示范应用，推动我国工业无线技术整体市场快速增长。

《自动化博览》：您如何评价中国制造业用户对工业无线技术的应用程度？

曾鹏：中国制造业用户中有部分国有大中型企业已经将工业无线技术与智能传感器技术、国际开放现场总线和控制网络的有线／无线异构智能集成技术、信息融合与智能处理技术等融入到生产各环节，通过与现有的企业信息化技术融合，实现了复杂工业现场的数据采集、过程监控、设备运维与诊断、产品质量跟踪追溯、优化排产与在线调度、用能优化及污染源实时监测，开发了工业现场分析与装备健康运行监测平台、大型离散制造过程的可视化系统与智能工厂应用的云计算平台。尤其像能源生产加工企业，通过实施智能工厂、智能油田等试点建设，利用工业无线技术实现全面感知、优化协同、预测预警、科学决策，达到劳动力生产率高、能耗物耗低、产品质量高、经济效益好的目标。总体来说，在国家政策引导下，工业无线技术在我国制造业的应用程度，特别是在“十二五”期间取得了长足进步，但是仍面临着应用试点企业较少、应用规模化较小、应用模式比较单一、应用效果与效益周期长等发展瓶颈。

《自动化博览》：请您简单介绍一下WIA-PA技术的核心内容。

曾鹏：WIA-PA技术是面向过程自动化的应用需求、我国自主研发的适合复杂工业环境的高可靠、高实时、低功耗工业无线网络技术和系统。技术研发内容包括：（1）融合了网状网和星型网络优势，发明了具有复合结构的先进工业无线网络，实现了网络的分层和分布式高效管理；（2）针对工业现场多频窄带干扰问题，发明了具有射频环境认知能力的多级自适应跳频机制和方法，使无线数据传输的可靠性达到99%以上；（3）针对无线网络多跳数据传输时延不确定问题，综合利用时域、频域和空域资源，发明了时空频联合调度的实时通信技术，实现百点网络平均传输延时低于1秒；（4）针对无线节点独立供电以及长期工作的要求，突破传统单时钟源和固定周期的同步框架，发明了多源随机选择和周期自适应的时间同步方法、多级休眠和唤醒策略，在秒级通信频率下平均功耗低于0.6毫瓦，使用1800毫安时电池，可连续工作1年以上。

在此基础上，由我国科技工作者研究制定的WIA-PA Communication Network and Communication Profile 62601工业无线网络标准提案，于2011年10月14日，经国际电工委员会工业过程测量、控制与自动化技术委员会IEC/TC65的全部26个成员国投票，最终以100%的通过率（除葡萄牙、墨西哥两国弃权外），成为正式IEC国际标准。

《自动化博览》：WIA-PA技术对中国的工业无线领域产生了哪些影响？该技术成为欧洲标准后又有哪些重大意义？

曾鹏：我国拥有自主知识产权的WIA-PA技术成为国际标准，标志着在工业无线领域，中国已经成为技术领先的国家之一，为我国在自动化领域标准制定取得了国际话语权，这是我国在工业自动化领域首次与国外大公司站在同一起跑线上。在WIAPA技术的基础上发展具有自主知识产权的工业无线测控系统，将大幅度提升工业自动化产品的附加值并增强在欧美高端国际市场的竞争能力，并为国内工业自动化相关行业产业转型和升级提供良好的契机和产业利润增长点。

技术标准已经成为应对技术性贸易壁垒的根本游戏规则，掌握了技术标准就意味着掌握了国际市场，欧洲工业自动化市场竞争激烈，众多知名自动化公司自有品牌扎堆，对工业无线产品的准入条件繁多而苛刻，如果没有自有的技术和标准，仅以价格取胜，将导致中国产品越来越难进入欧洲市场。WIA-PA能够成为欧洲标准，打破了欧洲的技术壁垒，让中国工业无线产品拿到了进入欧洲市场的准入证书，降低了中国企业的生产成本，缩短了产品的开发和认证时间，使得中国工业无线产品与国外品牌站在了同一起跑线上。