織就工業互聯網 加速“智造”升級
http://www.debgrams.com 2020-08-03 16:22 來源：《中國科學報》
不久前，中央全面深化改革委員會第十四次會議強調，以智能制造為主攻方向，加快工業互聯網創新發展，加快制造業生產方式和企業形態根本性變革。今年的政府工作報告也明確指出，發展工業互聯網，推進智能制造。
近日，中國科學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《中國科學報》采訪時表示：“工業無線控制系統對于工業節能減排、安全生產意義重大，以油田、電網為代表的關系國民經濟命脈的重大工業設施，尤其需要工業無線控制技術提供智能化、數字化的解決方案。”
于海斌率領團隊深耕工業無線控制技術已有17年，不僅創建了國際領先的工業無線控制技術體系，還牽頭制定了我國在工業無線控制領域首個國際電工委員會（IEC）國際標準——WIA-PA標準。相關成果在國家電網、中石油和鞍鋼等行業龍頭企業開展了標桿應用，近3年為企業帶來經濟效益近3億元，也使我國工業無線控制技術達到國際領先水平。
從無到有 搭建工業無線控制技術體系
2003年，剛憑借“現場總線分布控制系統開發及應用”獲國家科技進步獎二等獎的于海斌把目光投向了工業無線技術。
工業無線技術興起于21世紀初。該技術通過支持設備間的交互，提供低成本、高可靠、高靈活的新一代泛在制造信息系統和環境，進而推動工業信息化系統的功能擴展與提升，是實現提高生產效率、提升生產質量、節約能源和降低排放的重要使能技術。
如今，無處不在的Wi-Fi可以輕松實現終端聯網，但工廠里的設備之間如何實現無線互聯？
于海斌解釋道，工業互聯網的核心是互聯網信息技術（IT）系統與工控系統操作技術（OT）系統深度融合，而工業無線網絡是實現IT/OT融合的革命性技術。工業互聯網使得控制系統擺脫了線纜的束縛，實現大規模的感知部署，形成數據驅動的優化控制新模式。
沈陽自動化所工業控制網絡與系統研究室主任曾鵬介紹說，近些年來，該所在國內牽頭開展工業無線核心技術攻關，著眼于高并發控制信息實時可靠傳輸、超低功耗高精度感知和協同控制平臺多源異構數據集成三大技術難點，從無到有逐步搭建起了工業無線控制技術體系。
其中，沈陽自動化所科研團隊自主研發的時空頻三元聯合調控機制、資源彈性調度方法和信道動態選擇方法，達到了千點級工業無線網絡秒級確定性時延和99%以上傳輸可靠性的國際領先指標。
做國際標準 贏得國際話語權
“當年，我們在技術研發上做了許多工作，但企業不敢使用。于是我們開始思考，技術到底要做到什么程度，才能保證企業在工業無線環境下的生產是安全可靠的呢？”于海斌回憶稱，恰逢德國的流程工業自動化系統用戶協會（NAMUR）發布了一份報告，明晰了相關指標，這也為下一步創新工作指明了方向——“做標準，不僅要做國家的，還要做世界的。”
2008年，在科技部、國家標準委等有關部門組織下，沈陽自動化所牽頭協同全國工業過程測量和控制標準化技術委員會，開始著手“工業用無線通信技術”國家標準體系研究和關鍵標準的起草工作，并同步推進國際標準的起草工作。
2011年7月，WIA-PA標準作為中華人民共和國國家標準GB/T 26790.1-2011正式發布。同時，經歷了提案建議、委員會草案、委員會修正草案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定為國際標準。
“當時IEC工業過程測量、控制與自動化技術委員會參與投票的有26個P成員國（IEC擁有投票權的成員國），我們獲得了100%的通過率，那是非常令人驕傲的結果。”于海斌說。
據介紹，WIA-PA作為國際三大流程自動化無線網絡技術標準之一，還獲得了2016年國際自動化學會（ISA）“卓越技術創新獎”，標志著我國在工業無線領域的研究和應用已處于國際領先地位，為中國在工業網絡技術領域贏得了話語權。
2015年，經過IEC和歐洲電工技術標準化委員會聯合投票，WIA-PA正式被采納為歐洲標準。這對于WIA-PA產品進入歐洲市場、促進國際智能制造產能合作方面起到了重要作用。
頻獲大單 行業應用顯成效
今年6月，基于WIA-PA技術孵化的產業化公司——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，產品先后中標中石油大慶油田數字化建設工程項目、遼河油田油氣生產物聯網工程項目。
據悉，大慶油田是我國最大的油田，也是世界上為數不多的特大型陸相砂巖油田之一，曾鵬告訴《中國科學報》：“中科奧維的中標，標志著沈陽自動化所工業無線測控網絡技術創新在前序工作基礎上，進一步服務于我國油田領域數字化建設。”
近年來，國際油價大幅波動，尤其是進入2020年以來，國際油價暴跌，低油價或是今后能源行業尤其是石油行業不得不面對的常態，提質增效已經成為油田發展的迫切需求，促使石油企業由“數字化”進入到“智慧化”的發展道路。
“物聯網基礎設施是實現油田生產全面互聯和實時信息采集的關鍵，是智慧油田建設的基礎性工作。”曾鵬說，WIA-PA技術具有的低時延、高可靠、廣覆蓋、高安全性等特點尤其適用于油田大規模網絡建設。
沈陽自動化所結合油田生產需求，開發了基于WIA-PA技術標準的油井遠程監測與優化控制系統。該系統已在大慶油田和遼河油田穩定運行2~3年，覆蓋700余口油井、建立了近4000個無線監測點位，油田降本增效成效顯著。2020年，該系統將繼續在中石油大慶油田、遼河油田等開展更大規模應用，預計新增點數將達到近5萬點。
除了服務智慧油田建設，沈陽自動化所科研團隊還為國家電網搭建了覆蓋輸變配用過程的電網全域狀態監測服務系統。曾鵬介紹道，該系統首次實現電網長距離、大跨度輸變電設施廣域的實時在線監測和安全預警，在國內首次將全域狀態監測系統融入電網調度，實現了運營監測、配網調度和異常告警的一體化集成，為企業降低故障率75%，降低巡檢勞動量達30%。
此外，科研團隊還在鞍鋼建成了連退爐爐輥軸承無線測溫系統，幫助企業實現關鍵設備軸承在線監測與診斷，避免了點檢不及時和設備故障等導致的停機問題，在行業內率先實現連退軋制線的預測性維護。
展望“十四五”，于海斌表示：“我們將在前期科研工作的基礎上，繼續加強工業互聯網核心技術創新，以提升我國制造業數字化、網絡化、智能化發展水平為目標，將創新技術與促進制造業生產方式根本性變革精準對接。”
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