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中科院沈陽自動化所研究員、科學院網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)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(wǎng)絡化控制系統(tǒng)重點實驗室副主任，博士生導師，科技部“智能電網(wǎng)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(wǎng)絡化控制系統(tǒng)工作組專家。

主要從事無線傳感器網(wǎng)絡、工業(yè)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(nèi)外重要期刊和會議上發(fā)表論文80余篇，申請國家發(fā)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(chuàng)始人之一，發(fā)起成立了國內(nèi)首家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術公司。

先后獲得國家標準創(chuàng)新貢獻一等獎、遼寧省技術發(fā)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(yōu)秀獎，首屆中國科學院沈陽分院優(yōu)秀青年學者獎。

眾所周知，工業(yè)無線網(wǎng)絡技術備受全球先進工業(yè)國家的關注。2000年以美國和歐洲為代表的西方工業(yè)國家設立各類研發(fā)專項，如：美國能源部的未來工業(yè)計劃、歐洲RUNES計劃等，都投入巨額資金開展相關研發(fā)工作。在國際工業(yè)無線網(wǎng)絡技術發(fā)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(yè)無線網(wǎng)絡技術的重點科研項目，旨在突破工業(yè)無線網(wǎng)絡核心技術，搶占戰(zhàn)略制高點，制定技術標準，掌控市場主動權，避免在新的工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)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(yè)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(wǎng)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(wǎng)絡技術面向工業(yè)過程監(jiān)測的研究與應用。本期《自動化博覽》有幸就工業(yè)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(yè)無線技術在中國的發(fā)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(yè)無線技術研發(fā)的國家之一，自主技術達到了國際先進水平，但在產(chǎn)業(yè)推廣方面與國際有較大差距。美歐發(fā)達工業(yè)國家投入巨資設立多項研發(fā)專項，開展技術研發(fā)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(chǎn)業(yè)化工作，已初步形成了從芯片、組件、設備到軟件和系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，并利用品牌優(yōu)勢，快速開拓市場。國內(nèi)工業(yè)無線技術的推動主要依托科研院所，設備和系統(tǒng)廠商缺乏投入，產(chǎn)業(yè)化推進方面與國外差距較大。應該進一步發(fā)揮政府的政策導向作用、市場的資源配置優(yōu)勢，集中研發(fā)和行業(yè)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(tǒng)，構建具有自主產(chǎn)權的工業(yè)無線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，在石油、化工、冶金、電力等典型行業(yè)實現(xiàn)規(guī)模化應用，為我國工業(yè)技術升級和節(jié)能減排改造提供系統(tǒng)解決方案和支撐產(chǎn)品，促進新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的形成。

《自動化博覽》：您認為工業(yè)無線技術面臨的突出問題是什么？該如何應對？

曾鵬：工業(yè)用戶經(jīng)常提出各種質(zhì)疑，如工業(yè)無線有什么優(yōu)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(yè)無線技術如何得到工業(yè)用戶的認可。要解決這個問題以國家投入為主，在各行業(yè)建立工業(yè)無線標桿示范應用，帶動企業(yè)和社會投入，共同培育市場和用戶。國內(nèi)企業(yè)由于工業(yè)無線技術產(chǎn)業(yè)市場處于初級階段，商業(yè)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(chǎn)業(yè)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(yè)建立工業(yè)無線網(wǎng)標桿性大規(guī)模示范應用，帶動社會和企業(yè)一起投入，推動市場發(fā)展，得到行業(yè)用戶的廣泛認可，提升產(chǎn)業(yè)技術水平和國家相關產(chǎn)業(yè)的安全水平。

《自動化博覽》：未來，工業(yè)無線技術將有怎樣的發(fā)展趨勢？

曾鵬：工業(yè)無線技術已發(fā)展成為工業(yè)自動化領域前沿熱點技術，并引領工業(yè)自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，同時已表現(xiàn)出廣闊的市場前景，有望形成千億級的新興產(chǎn)業(yè)。

工業(yè)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(yè)自動化系統(tǒng)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(tǒng)和環(huán)境，推動工業(yè)自動化系統(tǒng)的功能提升與擴展，是實現(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。美國總統(tǒng)科技顧問委員會在“面向21世紀的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規(guī)劃”中指出：無線傳感器網(wǎng)絡技術的廣泛應用將使工業(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)有近幾十萬個工業(yè)無線傳感器節(jié)點投入應用，據(jù)市場分析權威機構ON World預計，2018年全球?qū)薪Ф嗳f個工業(yè)無線傳感器節(jié)點投入應用，產(chǎn)值將達到數(shù)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(yè)，產(chǎn)值占到了47.4% 。到2020年前后，工業(yè)無線傳感器終端數(shù)量將達到億級，市場規(guī)模達到千億美元。

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

曾鵬：我國工業(yè)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)業(yè)革命的契機，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行改造升級的需求十分迫切，信息技術企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網(wǎng)技術，以其為突破口迅速向工業(yè)領域滲透。以智能化為核心的“工業(yè)4.0”的提出，契合了物聯(lián)網(wǎng)技術向工業(yè)領域融合的趨勢，未來市場發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｖ悄苤圃熘械暮诵闹皇枪I(yè)過程的智能監(jiān)測。將無線傳感器網(wǎng)絡技術應用到智能監(jiān)測中，將有助于工業(yè)生產(chǎn)過程工藝的優(yōu)化，同時可以提高生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，使得生產(chǎn)過程的智能監(jiān)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(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和“工業(yè)4.0”的進一步推進，以智能化為核心的工業(yè)過程控制將得到快速發(fā)展，進而拉動對基于無線傳感器網(wǎng)絡技術的工業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)解決方案的市場需求，盡快構建從核心芯片、網(wǎng)絡設備、傳感裝置、應用系統(tǒng)的自主知識產(chǎn)權產(chǎn)業(yè)鏈，在重點制造行業(yè)開展大規(guī)模示范應用，推動我國工業(yè)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(yè)用戶對工業(yè)無線技術的應用程度？

曾鵬：中國制造業(yè)用戶中有部分國有大中型企業(yè)已經(jīng)將工業(yè)無線技術與智能傳感器技術、國際開放現(xiàn)場總線和控制網(wǎng)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(chǎn)各環(huán)節(jié)，通過與現(xiàn)有的企業(yè)信息化技術融合，實現(xiàn)了復雜工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、設備運維與診斷、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯、優(yōu)化排產(chǎn)與在線調(diào)度、用能優(yōu)化及污染源實時監(jiān)測，開發(fā)了工業(yè)現(xiàn)場分析與裝備健康運行監(jiān)測平臺、大型離散制造過程的可視化系統(tǒng)與智能工廠應用的云計算平臺。尤其像能源生產(chǎn)加工企業(yè)，通過實施智能工廠、智能油田等試點建設，利用工業(yè)無線技術實現(xiàn)全面感知、優(yōu)化協(xié)同、預測預警、科學決策，達到勞動力生產(chǎn)率高、能耗物耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、經(jīng)濟效益好的目標。總體來說，在國家政策引導下，工業(yè)無線技術在我國制造業(yè)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(yè)較少、應用規(guī)模化較小、應用模式比較單一、應用效果與效益周期長等發(fā)展瓶頸。

《自動化博覽》：請您簡單介紹一下WIA-PA技術的核心內(nèi)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(fā)的適合復雜工業(yè)環(huán)境的高可靠、高實時、低功耗工業(yè)無線網(wǎng)絡技術和系統(tǒng)。技術研發(fā)內(nèi)容包括：（1）融合了網(wǎng)狀網(wǎng)和星型網(wǎng)絡優(yōu)勢，發(fā)明了具有復合結構的先進工業(yè)無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)了網(wǎng)絡的分層和分布式高效管理；（2）針對工業(yè)現(xiàn)場多頻窄帶干擾問題，發(fā)明了具有射頻環(huán)境認知能力的多級自適應跳頻機制和方法，使無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃_到99%以上；（3）針對無線網(wǎng)絡多跳數(shù)據(jù)傳輸時延不確定問題，綜合利用時域、頻域和空域資源，發(fā)明了時空頻聯(lián)合調(diào)度的實時通信技術，實現(xiàn)百點網(wǎng)絡平均傳輸延時低于1秒；（4）針對無線節(jié)點獨立供電以及長期工作的我國工業(yè)制造業(yè)正面臨新一輪產(chǎn)業(yè)革命的契機，制造企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行改造升級的需求十分迫切，信息技術企業(yè)也在積極借助物聯(lián)網(wǎng)技術，以其為突破口迅速向工業(yè)領域滲透。要求，突破傳統(tǒng)單時鐘源和固定周期的同步框架，發(fā)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(xù)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- PACommunication Network and Communication Profile 62601工業(yè)無線網(wǎng)絡標準提案，于2011年10月14日，經(jīng)國際電工委員會工業(yè)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(yè)無線領域產(chǎn)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(chǎn)權的WIA-PA技術成為國際標準，標志著在工業(yè)無線領域，中國已經(jīng)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(yè)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(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)無線測控系統(tǒng)，將大幅度提升工業(yè)自動化產(chǎn)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(nèi)工業(yè)自動化相關行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級提供良好的契機和產(chǎn)業(yè)利潤增長點。

技術標準已經(jīng)成為應對技術性貿(mào)易壁壘的根本游戲規(guī)則，掌握了技術標準就意味著掌握了國際市場，歐洲工業(yè)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(yè)無線產(chǎn)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(chǎn)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(yè)無線產(chǎn)品拿到了進入歐洲市場的準入證書，降低了中國企業(yè)的生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)和認證時間，使得中國工業(yè)無線產(chǎn)品與國外品牌站在了同一起跑線上。

摘自《自動化博覽》2016年3月刊