沈陽(yáng)自動(dòng)化所在中國(guó)機(jī)器人發(fā)展史上留下了濃墨重彩的印記，創(chuàng)造了20多項(xiàng)行業(yè)第一。1982年，中國(guó)首臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在沈陽(yáng)自動(dòng)化所“呱呱墜地”。海洋機(jī)器人、空間機(jī)器人、特種機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、微納機(jī)器人……這些沈陽(yáng)自動(dòng)化所研發(fā)的機(jī)器人在滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求、服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面發(fā)揮了重要作用。
當(dāng)上述令人興奮甚至震撼的機(jī)器人應(yīng)用在各大場(chǎng)景中落地時(shí)，其背后無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的默默支撐功不可沒(méi)。沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員梁煒在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，機(jī)器人之間的協(xié)作需要“溝通和交流”，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就像機(jī)器人的“耳朵和嘴巴”。
為機(jī)器人裝上“耳朵和嘴巴”
隨著越來(lái)越多的移動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）、搬運(yùn)機(jī)器人等出現(xiàn)在工廠、車間和倉(cāng)庫(kù)里，這些可移動(dòng)的智能機(jī)器人為工業(yè)生產(chǎn)增加了靈活性、便利性和高效性。這些機(jī)器人之間是如何實(shí)現(xiàn)信息傳輸，保證靈活運(yùn)行的呢？
在梁煒的指引下，記者參觀了工業(yè)無(wú)線控制技術(shù)成果展廳。眾多無(wú)線控制盒子在墻面上構(gòu)成復(fù)雜卻清晰的鏈路——通過(guò)每個(gè)盒子的信號(hào)收發(fā)和智能鏈接，織造出實(shí)時(shí)可靠的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)自動(dòng)化保駕護(hù)航。
在梁煒看來(lái)，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就像給機(jī)器人裝上了“耳朵和嘴巴”，讓它們能夠彼此識(shí)別，互聯(lián)互通并智能協(xié)作。工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)企業(yè)提供數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、現(xiàn)場(chǎng)控制及安全監(jiān)測(cè)等服務(wù)。
但工業(yè)應(yīng)用的特殊性要求網(wǎng)絡(luò)滿足高實(shí)時(shí)、高可靠的要求，也就是嘴巴能在該說(shuō)話的時(shí)候準(zhǔn)時(shí)說(shuō)話，說(shuō)話要清楚，耳朵要靈敏，能夠準(zhǔn)確接收，如果接收不到，會(huì)引發(fā)生產(chǎn)和人身事故，后果不堪設(shè)想。
“但是，工業(yè)環(huán)境對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)比較苛刻，人員和機(jī)器的遮擋對(duì)于射頻技術(shù)是不友好的，高溫、高濕、高振動(dòng)的環(huán)境，以及機(jī)器產(chǎn)生的射頻噪聲和干擾等，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下變成了‘啞巴’和‘聾子’，較難實(shí)現(xiàn)‘說(shuō)得好，聽(tīng)得清’”。梁煒指出。
梁煒和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的WIA-FA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一，使得面向離散制造業(yè)工廠自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)中像機(jī)器人這樣的高并發(fā)傳感器/執(zhí)行器能夠高實(shí)時(shí)、高可靠通信。
移動(dòng)機(jī)器人是WIA-FA的“殺手級(jí)應(yīng)用”
WIA-FA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解決了工廠自動(dòng)化有線網(wǎng)絡(luò)所面臨的布線與維護(hù)成本高、移動(dòng)性與靈活性差等難題，在提升生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面將發(fā)揮重要作用，對(duì)推進(jìn)制造業(yè)由傳統(tǒng)大批量生產(chǎn)模式向工業(yè)4.0時(shí)代的個(gè)性化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變具有重要意義。
據(jù)悉，WIA-FA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在很多企業(yè)中投入了應(yīng)用，包括飛機(jī)、船舶、機(jī)器人、電子、物流、石油等，其中移動(dòng)機(jī)器人是“殺手級(jí)應(yīng)用”，與國(guó)內(nèi)很多移動(dòng)機(jī)器人廠家形成了長(zhǎng)期合作關(guān)系。
梁煒表示，現(xiàn)階段，具有移動(dòng)特點(diǎn)的物流、分揀等移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)于無(wú)線技術(shù)具有硬需求。WIA-FA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以滿足這些系統(tǒng)的要求，在網(wǎng)絡(luò)容量、實(shí)時(shí)性、可靠性等方面比傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，大大提升了這些系統(tǒng)的效率。
梁煒透露：“我們對(duì)WIA-FA的性能和應(yīng)用效果非常自信。我們的用戶大多是在實(shí)際中遇到其他技術(shù)無(wú)法解決的難題后，才找到我們的。”有一家企業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人采用之前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常丟包，造成系統(tǒng)經(jīng)常停機(jī)，無(wú)法正常運(yùn)行。“我們針對(duì)他們的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量，基于WIA-FA產(chǎn)品，制定了行之有效的解決方案，成功解決了該問(wèn)題，后來(lái)這家公司在研制對(duì)性能要求更高的協(xié)作型移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，自然而然地就選用了我們的產(chǎn)品。”梁煒補(bǔ)充道。
我國(guó)WIA-FA技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先
當(dāng)前，工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求比較苛刻。“工廠自動(dòng)化屬于高速控制應(yīng)用，通常部署于較為狹小的車間內(nèi)，一個(gè)加工單元的傳感器/執(zhí)行器通常為50～300個(gè)，密度可達(dá)0.2～1個(gè)/立方米，且設(shè)備可移動(dòng)，最大速度可達(dá)5～6米/秒。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)更新周期要小于10ms、可靠性要求高達(dá)99.99%以上。”梁煒向記者介紹說(shuō)。
工業(yè)自動(dòng)化的要求對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。梁煒帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，十年磨一劍，攻克了無(wú)線技術(shù)面臨的高并發(fā)接入、高實(shí)時(shí)通信、高可靠傳輸?shù)忍魬?zhàn)性難題，abb、德國(guó)Pilz、工信部實(shí)驗(yàn)室等第三方測(cè)試表明WIA-FA達(dá)到了工廠自動(dòng)化的上述指標(biāo)。
梁煒向記者介紹：“WIA-FA技術(shù)是在基礎(chǔ)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)應(yīng)用的特異性開(kāi)展的專項(xiàng)研究。與5G/6G這種長(zhǎng)距離的廣域網(wǎng)技術(shù)相比，WIA-FA是面向工廠車間控制系統(tǒng)的短距離局域網(wǎng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)目前在滿足車間級(jí)控制所要求的實(shí)時(shí)性、可靠性等方面要好于5G網(wǎng)絡(luò)，整體技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。”
“工業(yè)自動(dòng)化是我們所的主要研究方向之一，早年我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展模式是依靠引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用。由于不掌握核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)安全存在一定風(fēng)險(xiǎn)。”梁煒回憶道。
梁煒坦言：“標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)其實(shí)是市場(chǎng)之爭(zhēng)。誰(shuí)掌握了標(biāo)準(zhǔn)，就意味著先行拿到市場(chǎng)的入場(chǎng)券，甚至成為行業(yè)的定義者。我們當(dāng)時(shí)研究的初衷就是形成我們國(guó)家自主的工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。”
談及近年來(lái)我國(guó)在工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化方面取得的成果，梁煒如數(shù)家珍。她向記者介紹道，2007年由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、浙江大學(xué)、北京科技大學(xué)、重慶郵電大學(xué)、浙大中控、新松、上自儀、川儀等幾十家大學(xué)、研究所和公司，成立了中國(guó)工業(yè)無(wú)線聯(lián)盟，開(kāi)始了中國(guó)工業(yè)無(wú)線的研發(fā)。
“首先我們將目光投向石油、化工等流程工業(yè)，這些行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化特點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程變化緩慢，自動(dòng)化系統(tǒng)主要以監(jiān)視為主，控制過(guò)程較慢。2008年，我們制定了WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)，這是國(guó)際上第二個(gè)流程工業(yè)的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，到2011年，WIA-PA已成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。2012年，我們開(kāi)始聚焦機(jī)器人、汽車、飛機(jī)、電子等離散制造業(yè)，其特點(diǎn)就是生產(chǎn)節(jié)奏快，以執(zhí)行和控制為主，當(dāng)時(shí)業(yè)界認(rèn)為是個(gè)‘不可能完成的任務(wù)’，但是我們做到了，我們制定的WIA-FA標(biāo)準(zhǔn)于2015年成為國(guó)際上唯一面向離散制造業(yè)高速控制應(yīng)用的IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，表明我們?cè)谠擃I(lǐng)域的技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。”梁煒表示。
WIA-FA技術(shù)走出標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)業(yè)化“加速度”
將WIA-FA等工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推向更廣闊的市場(chǎng)，有助于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域更大規(guī)模的應(yīng)用。“我們作為技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研制者，這些科研成果就像我們的孩子，我們希望它們?cè)诋a(chǎn)業(yè)革命中大展拳腳，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”說(shuō)這番話時(shí)，梁煒有些動(dòng)容。
梁煒也坦言，為實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用推廣，作為核心技術(shù)提供者應(yīng)該為產(chǎn)業(yè)鏈中的設(shè)備制造商和系統(tǒng)集成商提供更好的服務(wù)，在形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)中發(fā)揮作用。“同時(shí)，我們作為技術(shù)提供者，將進(jìn)一步演進(jìn)和迭代我們的研究工作，為產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的核心技術(shù)支撐。”梁煒說(shuō)。
不過(guò)科研人員也面臨挑戰(zhàn)。“我們現(xiàn)在最大的難題是還沒(méi)有自己的芯片，這對(duì)產(chǎn)品成本、體積都有影響，也對(duì)產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)安全等方面有影響，我們?cè)谛酒匝蟹矫孢€有很長(zhǎng)一段路要走。此外，隨著應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多，無(wú)線介質(zhì)的開(kāi)放性使得安全問(wèn)題也極具挑戰(zhàn)性，這也是我們后續(xù)研究的重點(diǎn)之一。”梁煒說(shuō)。