中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員、科學(xué)院網(wǎng)絡(luò )化控制系統重點(diǎn)實(shí)驗室副主任 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 )化控制系統重點(diǎn)實(shí)驗室副主任，博士生導師，科技部“智能電網(wǎng)專(zhuān)項”專(zhuān)家組成員，科學(xué)院“面向感知中國的新一代信息技術(shù)研究”先導專(zhuān)項總體組專(zhuān)家。擔任IEC/TC65/WG16工作組專(zhuān)家、IFAC網(wǎng)絡(luò )化控制系統工作組專(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)，作為課題負責人，承擔國家863計劃重點(diǎn)項目2項，中科院先導專(zhuān)項項目1項，國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目和青年基金項目2項。撰寫(xiě)專(zhuān)著(zhù)1部，在國內外重要期刊和會(huì )議上發(fā)表論文80余篇，申請國家發(fā)明專(zhuān)利40余項，國際專(zhuān)利8項，負責編寫(xiě)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(shù)提案10余項，作為創(chuàng )始人之一，發(fā)起成立了國內首家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司。

先后獲得國家標準創(chuàng )新貢獻一等獎、遼寧省技術(shù)發(fā)明一等獎、遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎一等獎，中國科學(xué)院院長(cháng)優(yōu)秀獎，首屆中國科學(xué)院沈陽(yáng)分院優(yōu)秀青年學(xué)者獎。

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)國家的關(guān)注。2000年以美國和歐洲為代表的西方工業(yè)國家設立各類(lèi)研發(fā)專(zhuān)項，如：美國能源部的未來(lái)工業(yè)計劃、歐洲RUNES計劃等，都投入巨額資金開(kāi)展相關(guān)研發(fā)工作。在國際工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我國科技部863計劃先進(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)科研項目，旨在突破工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )核心技術(shù)，搶占戰略制高點(diǎn)，制定技術(shù)標準，掌控市場(chǎng)主動(dòng)權，避免在新的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)升級過(guò)程中，再次被國外技術(shù)和標準壟斷。曾鵬認為，這正是作為一名工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的科研工作者應有的責任與擔當。

早在2003年承擔關(guān)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )方面的國家自然科學(xué)基金項目時(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)程監測的研究與應用。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》：您認為工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)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(gè)差距？

曾鵬：我國是國際上較早開(kāi)展工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)研發(fā)的國家之一，自主技術(shù)達到了國際先進(jìn)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(zhuān)項，開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和標準化工作，德州儀器、艾默生、西門(mén)子、霍尼韋爾、ABB、橫河等跨國公司積極開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化工作，已初步形成了從芯片、組件、設備到軟件和系統的產(chǎn)業(yè)鏈，并利用品牌優(yōu)勢，快速開(kāi)拓市場(chǎng)。國內工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的推動(dòng)主要依托科研院所，設備和系統廠(chǎng)商缺乏投入，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方面與國外差距較大。應該進(jìn)一步發(fā)揮政府的政策導向作用、市場(chǎng)的資源配置優(yōu)勢，集中研發(fā)和行業(yè)力量，積極開(kāi)展基于自主標準技術(shù)的傳感裝置、基礎關(guān)鍵和應用系統，構建具有自主產(chǎn)權的工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統產(chǎn)業(yè)鏈，在石油、化工、冶金、電力等典型行業(yè)實(shí)現規?；瘧?，為我國工業(yè)技術(shù)升級和節能減排改造提供系統解決方案和支撐產(chǎn)品，促進(jìn)新興戰略產(chǎn)業(yè)的形成。

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

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？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)的認可。要解決這個(gè)問(wèn)題以國家投入為主，在各行業(yè)建立工業(yè)無(wú)線(xiàn)標桿示范應用，帶動(dòng)企業(yè)和社會(huì )投入，共同培育市場(chǎng)和用戶(hù)。國內企業(yè)由于工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)處于初級階段，商業(yè)模式還不清晰，進(jìn)行前期的投入意愿不強烈，需要進(jìn)行國家引領(lǐng)的產(chǎn)業(yè)化推廣。要在關(guān)系國計民生重點(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)標桿性大規模示范應用，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)的廣泛認可，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和國家相關(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？

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)域前沿熱點(diǎn)技術(shù)，并引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化系統未來(lái)的發(fā)展方向，同時(shí)已表現出廣闊的市場(chǎng)前景，有望形成千億級的新興產(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和環(huán)境，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化系統的功能提升與擴展，是實(shí)現提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量，節約能源和降低排放的重要使能技術(shù)。美國總統科技顧問(wèn)委員會(huì )在“面向21世紀的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規劃”中指出：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)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(wàn)個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)投入應用，據市場(chǎng)分析權威機構ON World預計，2018年全球將會(huì )有近二千多萬(wàn)個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)投入應用，產(chǎn)值將達到數百億美元，而且增長(cháng)迅速。其中市場(chǎng)增長(cháng)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)傳感器終端數量將達到億級，市場(chǎng)規模達到千億美元。

《自動(dòng)化博覽》：我國制造業(yè)正在向智能制造轉型升級，您認為這將給工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)哪些新機會(huì )？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(shù)進(jìn)行改造升級的需求十分迫切，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，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展潛力巨大。智能制造中的核心之一是工業(yè)過(guò)程的智能監測。將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用到智能監測中，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、實(shí)時(shí)參數采集、生產(chǎn)設備監控、材料消耗監測的能力和水平，使得生產(chǎn)過(guò)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(zhù)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)對基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的工業(yè)過(guò)程監測系統解決方案的市場(chǎng)需求，盡快構建從核心芯片、網(wǎng)絡(luò )設備、傳感裝置、應用系統的自主知識產(chǎn)權產(chǎn)業(yè)鏈，在重點(diǎn)制造行業(yè)開(kāi)展大規模示范應用，推動(dòng)我國工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)整體市場(chǎng)快速增長(cháng)。

《自動(dòng)化博覽》：您如何評價(jià)中國制造業(yè)用戶(hù)對工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應用程度？

曾鵬：中國制造業(yè)用戶(hù)中有部分國有大中型企業(yè)已經(jīng)將工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)與智能傳感器技術(shù)、國際開(kāi)放現場(chǎng)總線(xiàn)和控制網(wǎng)絡(luò )的有線(xiàn)／無(wú)線(xiàn)異構智能集成技術(shù)、信息融合與智能處理技術(shù)等融入到生產(chǎn)各環(huán)節，通過(guò)與現有的企業(yè)信息化技術(shù)融合，實(shí)現了復雜工業(yè)現場(chǎng)的數據采集、過(guò)程監控、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(xiàn)調度、用能優(yōu)化及污染源實(shí)時(shí)監測，開(kāi)發(fā)了工業(yè)現場(chǎng)分析與裝備健康運行監測平臺、大型離散制造過(guò)程的可視化系統與智能工廠(chǎng)應用的云計算平臺。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，利用工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現全面感知、優(yōu)化協(xié)同、預測預警、科學(xué)決策，達到勞動(dòng)力生產(chǎn)率高、能耗物耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、經(jīng)濟效益好的目標?？傮w來(lái)說(shuō)，在國家政策引導下，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)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(cháng)足進(jìn)步，但是仍面臨著(zhù)應用試點(diǎn)企業(yè)較少、應用規?；^小、應用模式比較單一、應用效果與效益周期長(cháng)等發(fā)展瓶頸。

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

曾鵬：WIA-PA技術(shù)是面向過(guò)程自動(dòng)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(shí)時(shí)、低功耗工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和系統。技術(shù)研發(fā)內容包括：（1）融合了網(wǎng)狀網(wǎng)和星型網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，發(fā)明了具有復合結構的先進(jìn)工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )的分層和分布式高效管理；（2）針對工業(yè)現場(chǎng)多頻窄帶干擾問(wèn)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(wú)線(xiàn)數據傳輸的可靠性達到99%以上；（3）針對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )多跳數據傳輸時(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)合調度的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，實(shí)現百點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )平均傳輸延時(shí)低于1秒；（4）針對無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)獨立供電以及長(cháng)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(shù)進(jìn)行改造升級的需求十分迫切，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。要求，突破傳統單時(shí)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(shí)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(shí)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- PACommunication Network and Communication Profile 62601工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )標準提案，于2011年10月14日，經(jīng)國際電工委員會(huì )工業(yè)過(guò)程測量、控制與自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì )IEC/TC65的全部26個(gè)成員國投票，最終以100%的通過(guò)率（除葡萄牙、墨西哥兩國棄權外），成為正式IEC國際標準。

《自動(dòng)化博覽》：WIA-PA技術(shù)對中國的工業(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(shù)成為國際標準，標志著(zhù)在工業(yè)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，中國已經(jīng)成為技術(shù)領(lǐng)先的國家之一，為我國在自動(dòng)化領(lǐng)域標準制定取得了國際話(huà)語(yǔ)權，這是我國在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域首次與國外大公司站在同一起跑線(xiàn)上。在WIAPA技術(shù)的基礎上發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)無(wú)線(xiàn)測控系統，將大幅度提升工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的附加值并增強在歐美高端國際市場(chǎng)的競爭能力，并為國內工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉型和升級提供良好的契機和產(chǎn)業(yè)利潤增長(cháng)點(diǎn)。

技術(shù)標準已經(jīng)成為應對技術(shù)性貿易壁壘的根本游戲規則，掌握了技術(shù)標準就意味著(zhù)掌握了國際市場(chǎng)，歐洲工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)競爭激烈，眾多知名自動(dòng)化公司自有品牌扎堆，對工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的準入條件繁多而苛刻，如果沒(méi)有自有的技術(shù)和標準，僅以?xún)r(jià)格取勝，將導致中國產(chǎn)品越來(lái)越難進(jìn)入歐洲市場(chǎng)。WIA-PA能夠成為歐洲標準，打破了歐洲的技術(shù)壁壘，讓中國工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品拿到了進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的準入證書(shū)，降低了中國企業(yè)的生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和認證時(shí)間，使得中國工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品與國外品牌站在了同一起跑線(xiàn)上。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年3月刊