农药工业如何通过智能制造转型升级？

日期:08-22-2024

2024年8月12日，中国农药工业协会发布实施T/CCPIA 258—2024《农药工业智能工厂建设指南》团体标准（简称《指南》）。《指南》在研究国内外智能制造技术发展成果的基础上，结合我国农药生产工艺流程特点和共性问题，总结农药企业智能工厂试点建设经验以及其他制造业智能制造的实践经验，提出了农药工业智能工厂建设的关键建设总体架构、建设内容、数字化交付、建设方法和建设规划，明确农药工业智能化工厂建设的关键要素和技术，为农药工业实施智能制造奠定基础。

1.《指南》制定的意义及必要性 

1.1 农药生产现状

 

农药属于精细化工，生产类型可分为原药生产和制剂加工。

原药生产特点为： 

（1）产品品种多，结构复杂，单个产品产量从几吨到上万吨不等，大多数产品根据订单安排生产，具有季节性生产特点，生产能力富余量大，部分企业全年开工率低。 （2）原药生产多为间歇性，生产设备多为釜式，所需原材料种类繁多、用量不大，加料间隔时间不固定，且不同工序的工艺条件差别很大。 （3）生产过程加料时间（前期、中期和后期）有差别，加料方式分为一次性加入、连续滴加和中途补加等，根据要求反应压力分为负压、常压和高压，反应温度分为低温、常温、中温及高温等，过程和结果分析分为化学分析、气相色谱、液相色谱、质谱分析、色质联用等，关键控制点多，样品处理时间长。 （4）反应后处理流程繁琐，包括分层、水洗、萃取、蒸馏、精馏、结晶、过滤和烘干等，产品以固态、液态居多，兼有气态。运输储存方式有袋、桶、瓶和槽罐等。 （5）反应过程涉及磺化、硝化、氯化、重氮化、氧化、加氢、过氧化、氟化、氨化、裂解等危险工艺，生产过程涉及强酸、强碱、有毒、剧毒化学品，对管线和设备要求苛刻，关键控制点多。 （6）三废成分复杂，处理难度大。废气以含酸、氨、氮氧化物、 VOCs 及恶臭物质为主，废水基本为高 COD、高含盐废水，废渣有废盐、有机物、无机物等，且固废以混合物居多。 

制剂加工特点为：

 

（1）与原药类似，制剂品种多，单个产品产量从几吨到上万吨不等，基本根据订单安排生产，具有季节性生产特点，生产能力富余量大。 （2）与原药合成相比，制剂生产过程相对简单，基本是物理过程，通常为配料、加工、检测、包装等过程。 （3）制剂加工过程多为间歇式或批次生产，不同的剂型有着不同的加工工艺和重点控制环节，但同剂型的不同产品其加工工艺及设备基本相同，一套设备可生产同剂型多种产品。除草剂加工应与其他农药品种加工严格分开。 （4）影响产品质量的主要因素有产品配方、原辅材料质量、加工及包装设备性能、过程工艺参数控制、检测设备与手段等。制剂加工通常不涉及危险化工工艺，除乳油等涉及有机溶剂的剂型外，大部分制剂生产过程危险性较小。 （5）制剂产生的″三废″量小，废气基本为 VOCs（使用有机溶剂的剂型）、粉尘，废水以设备冲洗水为主，COD 含量低，废渣量小。 

农药原药生产和制剂加工面临的典型问题与挑战：

（1）需求驱动、计划与排产协调要求灵活农药企业的客户订单会随着市场需求不断变化，工厂的生产工业不断切换，因此计划变更和调整是技术管理的重要内容。生产部门接到订单或销售计划的信息后，按照紧急程度组织生产。产品生产过程是物料供应、各作业工序、设备和质检等多环节协调运作的过程，任何一个环节的延误和差错都会对产品交付产生影响。 （2）多为间歇式、釜式生产，实现连续化较困难农药属精细化工，企业生产规模偏小、自动化程度低、人工操作频繁，大部分工艺为间歇性、釜式生产，只有少数农药企业在部分产品生产中实现了连续化、自动化生产，智能化普及率不高。 （3）安全环保要求高、压力大近年来，农药行业准入门槛不断提高，安全环保压力越来越大。农药企业安全风险高、三废产生量大、达标排放难度大。 （4）加工设备切换频繁，易产生交叉污染农药企业大多数存在着产品品种和规格多样，一套设备可生产多种规格的产品品种。老企业厂房及工艺设计不合理，物料分装转移频次多，劳动量大，导致生产、采购、质检、仓管、物流管理难度大，各种设备清洗置换频繁，产能发挥不充分，不仅增加了″三废″产生量，且易产生交叉污染。 

1.2 制定《指南》的意义和必要性 

智能制造已成为当今全球制造业发展趋势，是我国今后一段时期推进两化深度融合的主攻方向。

1.2.1 引入智能制造对农药行业带来的优势 

（1）提高生产效率：智能制造可以通过自动化和数字化技术实现生产流程的高度集成和优化，减少人为操作错误，提高生产效率，降低生产成本。 （2）提升产品质量：智能制造可以利用传感器、数据分析和自动化控制等技术实现对生产过程的监控和调节，从而保证产品的一致性和质量稳定性。 （3）灵活适应市场需求：智能制造具备灵活多变的生产能力，可以根据市场需求进行快速调整和定制化生产，使企业更具竞争力。 （4）优化资源配置：智能制造技术可以实时监控和调整生产过程中的各种资源使用情况，包括人力、物料、设备等，从而实现资源的优化配置，提高资源利用效率。 （5）降低运营成本：智能制造可以通过自动化和智能化技术减少人力成本，同时优化生产流程，减少生产过程中的浪费和不必要的环节，从而降低企业的运营成本。 （6）提高生产安全性：智能制造技术可以实现对生产过程的全面监控，及时发现和解决潜在的安全隐患，保障员工和企业的安全。 （7）推动产业升级：智能制造技术的应用可以推动传统制造业的产业升级，提高整个产业的附加值和竞争力，促进经济的持续发展。 

1.2.2 建立《农药工业智能工厂建设指南》团体标准的必要性 

在国家政策方面上，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、教育部、科学技术部、财政部、人力资源和社会保障部、国家市场监督管理总局、国务院国有资产监督管理委员会等部委陆续发布智能制造相关政策文件，鼓励企业实现智能转型，打造智能人才，推动中国由制造大国向智能强国转变。相关政策内容如下：

2016 年，工业和信息化部和财政部编制发布了《智能制造发展规划（2016-2020 年）》，要求 2025 年前，推进智能制造发展实施″两步走″战略：第一步，到 2020 年，传统制造业重点领域基本实现数字化制造，有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展；第二步，到 2025年，智能制造支撑体系基本建立，重点产业初步实现智能转型。建设智能制造标准体系、加大智能制造试点示范推广力度、促进中小企业智能化改造、打造智能制造人才队伍等。

2018 年，工业和信息化部和国家标准化管理委员会发布《国家智能制造标准体系建设指南（2018 年版）》，提出到 2018 年，累计制修订150 项以上智能制造标准，基本覆盖基础共性标准和关键技术标准。到2019 年，累计制修订 300 项以上智能制造标准，全面覆盖基础共性标准和关键技术标准，逐步建立起较为完善的智能制造标准体系。建设智能制造标准试验验证平台，提升公共服务能力，提高标准应用水平和国际化水平。

2020 年，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布《智能制造能力成熟度模型》（GB/T 39116-2020）。2021 年，《智能制造能力成熟度模型》（GB/T 39116-2020），明确了智能制造能力提升的五个等级和企业智能制造能力建设过程的核心要素；提供了一套客观评估企业智能制造能力水平的方法。

2021 年，工业和信息化部和国家标准化管理委员会印发《国家智能制造标准体系建设指南（2021 版）》，要求到 2023 年，修制订 100 项以上国家标准、行业标准，不断完善先进使用的智能制造标准体系。到2025 年，在人机协作、智慧供应链、系统可靠性、网络安全与功能安全等方面形成较为完善的标准，逐步构建适应技术创新趋势、满足产业发展需求、对标国际先进水平的智能制造标准体系。

2022 年，农业农村部等八部委发布《″十四五″全国农药产业发展规划》，指出强化标准引领，鼓励行业协会制定团体标准，健全农药标准体系；鼓励企业紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设农药制剂加工的智能工厂/数字化车间。

2022 年，工业和信息化部等八部委发布《″十四五″智能制造发展规划》，规划指出，到 2025 年，转型升级成效显著，70%的规模以上制造业企业基本实现数字化网络化，建成 500 个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。

2022 年，工业和信息化部发布《石化行业智能制造标准体系建设指南（2022 版）》，指南指出，到 2025 年，建立较为完善的石化行业智能制造标准体系，累计制修订 30 项以上石化行业重点标准，基本覆盖基础共性、石化关键数据及模型技术、石化关键应用技术等标准。

针对农药企业的生产特点与典型问题，引用自动化、智能化和数字化技术，以安全、环保、低碳为发展基石，以提高间歇（批次）生产的 核心生产运营模式为重点，以平台化、一体化的建设为架构，深入推进信息化、工业化的高层次融合，提升农药企业生产管理水平，提高企业生产运行效率，打造农药工业竞争新优势，实现制造强国。因此建议制定《农药工业智能工厂建设指南》团体标准。 

2.《指南》解决的主要问题 

将智能制造引入到农药工业，主要解决以下问题：

 

2.1 融合多种技术

解决农药工业智能工厂建设杂乱无序的投资建设，减少企业试错成本。仅仅一项技术的应用、升级很难支撑智能工厂的建设，需要融合工艺技术、设备技术、运营管理技术、自动化技术以及信息化技术，《农药工业智能工厂建设智能》团体标准提供了参考依据，打造整体的协同解决方案。 

2.2 注重安全、环保、低碳发展

智能工厂的建设关注企业安全生产、绿色低碳和环保技术。在操作上，注重升级重大危险源风险监测预警系统，实施″工业互联网+危化安全生产″工程，推动危险化学品安全数字化智能化转型。 

2.3 改变间歇（批次）生产运营模式

聚焦农药企业的核心生产过程，通过结合现场设备、工艺以及自动控制系统、生产执行管理、订单与任务管理等，结合行业普遍的有人员参与生产操作的特点，在规范操作（包括指导、预防、防呆防错等）基础上，确保多产线多批次多工单的生产过程的符合性，进一步提升效率、质量和安全。在此基础上，实现批次化生产记录、追溯以及支撑高级的工艺分析和数据挖掘。

2.4 直接与间接降本

各类系统本身及系统间的协同可降低的人力（时间）投入、避免质量损失、避免或减轻（减缓）异常停机等，此类可计算为降本价值。

2.5 直接与间接增效

系统或协作所带来的效率提升（如合理的计划与排产、生产精细化管控所带来的单位产品生产周期减短）、运行与工艺数据分析所带来的价值提升点等，此类可计算为增效部分的价值。制定并发布《农药工业智能工厂建设指南》团体标准对农药工业企业建设智能工厂进行规范，为农药企业提供一套标准和指导，帮助企业了解智能化工厂建设的关键要素、流程和技术，提供最佳实践和先进技术的指导，实现生产流程的优化和创新，提高产品的附加值和市场占有率，促进农药行业数字化、绿色化、智能化转型。