农药制剂生产的创新驱动与人工智能的融入

冷 阳

(上海市农药研究所，上海 200032)

农药制剂生产的创新驱动与人工智能的融入

冷 阳

(上海市农药研究所，上海 200032)

以“中国制造2025”，迈入制造强国的发展战略为指导，通过与世界农药制造强国制剂产业化技术创新发展历程的比较，归纳了中国农药制剂生产技术发展成绩，分析了存在的差距、压力和发展的机遇。提出了中国农药制剂生产要把第1次技术提升的后续工作和第2次提升的任务结合起来实施，融入智能、创新驱动、“弯道超车”、加速发展的观点，并对一系列技术创新的启动分类作了剖析和论述。

农药；制剂生产；工程技术；智能；创新

1 第4次工业革命与农药制剂生产

1.1 第4次工业革命与人工智能

近200多年来，人类通过3次工业革命使世界文明的发展的各项指数超越了数千年社会发展的总和。

第1次工业革命始于1775年瓦特改造蒸气机，第2次始于19世纪末的电气化革命，第3次始于20世纪50年代的自动化和计算机革命。而改变世界发展进程，助力全人类发展目标，席卷世界的第4次工业革命如海啸一般已席卷而来了。

一般认为第4次工业革命始于21世纪初，是以数字技术融入一系列科学技术为基础而掀起的，尽管对人类社会经济发展的终极影响无法预测。但以下判断已形成共识：⑴ 发展速度：非线性，呈现出指数级；⑵ 广度与深度：给经济、商业、社会和个人带来前所未有的改变；⑶ 系统性影响：它包含国家、公司、行业之间(和内部)以及整个社会所有体系的变革；⑷ 核心驱动力：人工智能将成为经济发展的新引擎。

1.2 智能制造将成为中国制造业发展的核心技术

目前面临新一轮工业革命，制造业首当其冲。有人将此次工业革命简称为第4次工业革命，亦称“网络化”革命。为了抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国，2015年5月8日国务院印发了《中国制造2025》的通知，提出了到2050年前分“三步走”实现制造强国的战略目标，并部署了我国实施制造强国战略第1个10年的行动纲领。

第1步：2025年，迈入制造强国行列。第2步：2035年，达到世界制造强国阵营中等水平。第3步：新中国成立100周年时，综合实力进入世界制造强国前列。

“中国制造2025”的主题是：创新驱动发展；发展主线是：信息化与工业化深度融合；主攻方向是：推进智能制造。

2017年7月8日国务院公开发布了《新一代人工智能发展规划》，规划的实施必将促使我国经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。

“中国制造2025”战略必将会在人工智能同步发展的经济社会环境中实施。

1.3 中国农药制剂生产未来

中国制剂生产将迎来浴火重生般的转型升级，制剂研发和加工技术成为企业发展的2个轮子同步创新驱动。车间将成为构建绿色制造体系的主战场，人工智能将先后融入制造过程、企业管理、新品研发、营销服务等。优胜劣汰，未来的农药制剂加工业将是强者的组合。农药原药和有关助剂将会同步迈入制造强国的行列，并向目标世界制造强国前列继续前进是我国农药制造的发展目标。

2 世界农药制剂产业化技术的发展

2.1 发展历程

农药工业诞生于20世纪40年代末期，农药制剂加工技术的发展历经了世界第3次工业革命的全过程，分为3个阶段：⑴ 20世纪40年代末至70年代初：作坊式生产阶段；⑵ 20世纪70年代初至20世纪末：流程型、自动化制造技术的开发和产业化阶段；⑶ 21世纪初开始进入大数据等支撑下的智能化生产阶段。

第1次提升由60年代末的全球环保风暴而引发。第2次提升因全球第4次工业革命而被推动。

2.2 农药制剂流程型、自动化工程技术的发展

农药制剂加工的流程型、自动化工程技术是第3次工业革命的成果，诞生于农药制造强国。20世纪60年代末的世界环保风暴推进了新一代原药、环境友好新剂型和制剂加工工程技术的科技创新。经历了10多年的前期研发，20世纪80年代农药制剂生产迎来了流程型、自动化升级改造的高峰。

2.2.1 在日本的发展

1983年日本农药株式会社投资建设福岛(二本松)制剂生产厂，到80年代末形成的生产能力为液剂(EC/SC) 6 000 t/年，粉剂(DP/WP) 23 000 t/年，制剂品种300个，1条SC生产线和7条粉体制剂生产线，流程的自动化程度很高。可湿性粉剂生产全流程采用计算机控制，包装全过程自动化，由电脑控制机械手操作。粉尘、废水的处理(包括生化处理)全部配套。

1988年7月，住友化学工业公司耗资80亿日元(约合当时的6 300万美元)建成了亚洲最具现代化的农药安全评价中心，建筑面积22 000 m2(9层)，拥有130台计算机终端全部联网控制。

2.2.2 在美国的发展

孟山都公司于1984年投资1.5亿美元建成了植物科学研究中心，配备了1 100名(280名博士)研究人员从事生物工程研发。楼顶设有26间大温室，面积共计10 000 m2。总部附近还设有123间人工气候室，采集了全球代表性的35种土壤，可模拟世界各地的气候条件开展农药应用研究。

同期，罗门哈斯(现陶农科公司)建成3 000 t/年喷雾干燥-高温络化加工代森锰锌WP的自动化控制生产线。

当时，美国的农药、化肥、种子等的销售和耕作全过程服务已联网到农户电脑终端。

2.2.3 在欧洲的发展

英国ICI公司(后为捷利康，现为先正达)在20世纪70年代中期组织了实力雄厚的多专业专家合作队伍，对SC、WG、CS等农药新剂型从理论研究到试验制备，从工程化开发到专用机械的科技创新，从工艺控制到废水处理等进行了全方位的系统研究。20世纪80年代在伦敦郊区建立了全球闻名的YALDING技术中心，设有最早的水基化农药剂型先导型工厂，其悬浮剂生产能力每年达万吨，加工多个杀虫、杀菌剂品种和种衣剂。通过10多年努力，使英国成为悬浮剂开发推广最快的国家之一

20世纪90年代，国际农药制剂加工业在80年代所获成果的基础上普遍开展了调整、完善、提高和推广，到20世纪末，形成了现代农药流程式、自动化加工技术体系。

2.3 21世纪以来，一系列具有第4次工业革命特征的技术创新已启动

这些技术创新包括：⑴ 人工智能、生物工程技术等融入制剂加工的深度和广度加速，例如：2000年，南欧某农药加工中心，建成万吨级连续化界面聚合制微囊悬浮剂生产线，并实现了加工过程数字化控制。这是该企业从20世纪90年代起，组织了多学科技术人员历经8年多攻关才建成的。2001年欧洲中部某农药加工中心与陶氏合作建成了4 500 t/年75%毒死蜱CS-WG(双-系统喷雾干燥塔，)生产车间，将连续化界面聚合和喷雾造粒2个加工过程相结合，并实现了数字化控制。⑵ 高通量平台用于制剂产品研发和加工过程的工艺条件筛选。⑶ 数字技术和清洁生产/防交叉污染技术的融合。⑷ 数字技术和种子/发芽及种衣剂加工技术的融合。⑸ 作物栽培/植保/农药制剂加工与数字技术的融合。

2.4 伴生现象

世界农药及制剂加工业的长期快速发展，产生了一系列伴生现象，有3点值得重视：⑴ 从20世纪末起，20多年来农药公司的兼并和重组延续至今，愈演愈烈。⑵ 形成了一批技术先进的加工中心。⑶制剂加工向农药使用地转移和延伸。

3 中国农药制剂产业化现状

3.1 已成为制剂生产和出口大国

目前，中国农药折百生产量已达到130万t左右，占全球农药折百使用量的约48%。制剂产能已超500万t/年以上，年产各类制剂近250万t，其中国内种植业：120万t (折原药30～35万t)，国内非农：30万t；出口：近100万t。

21世纪初以来的环境友好新剂型的推广和2010年以来制剂工程技术水平大规模的产业化提升推进了中国农药制剂进入制造大国。2011年以来，出口农药制剂呈逐年攀升而原药呈逐年下降的势头(表1－2)。

表1 2011－2016中国农药制剂出口比重上升

由表1可知，中国农药制剂出口份额占比逐年攀升，数量增速快，出口金额占比稳步增长。2016年制剂出口数量和金额所占比重分别比2011年增加约10%和6%。

表2 2011－2016中国农药原药出口比重递减

由表2可知，中国农药原药出口数量逐年减少，金额占比稳定在60%左右。2016年原药出口数量和金额所占比重分别比2011年下降约10%和6%。

3.2 中国农药制剂产业化技术发展历程

2005年前，以作坊式生产为主，剂型以EC、WP等为主。2005年以来，逐步发展成以流程型生产为主导。伴随着EW、SC、WG等环境友好农药新剂型的推广和普及，制剂产业化的技术进步快速发展。2010年以来，制剂产业化水平的提升进入高潮期，至今方兴未艾。

3.3 制剂生产线技改和创新的主要成果

⑴ EC、SL、EW、ME等制剂生产线：革除了磅秤、高位槽等陈旧的进料系统，取消了劳动密集型的手工灌装，简化生产流程，使用计量模块、积分式流量计等直接投料，生产线纵向布局并连接到自动或半自动包装线。

⑵ SC、FS、OD等悬浮液制剂生产线：淘汰了球磨机、砂磨锅等粗旷的湿磨装备，设计和推广了低温连续化沙磨(硃磨)制剂生产线，匹配了相应的自动或半自动包装线，普及了L形的生产线布局。

⑶ WP等粉体制剂生产线：革除了雷蒙机等粉碎系统和原始的手工包装，普及了气流粉碎制粉体制剂的连续化生产流程和除尘系统，配套了粉体自动包装线或手动包装机械。

⑷ WG制剂生产线：开发和新建了多套挤压法连续化WG生产线。针对农药类别单一、产量较大的WG生产，开发投产了一批从粉碎-制粒-干燥-包装、跨多个工段的全流程连续化生产线。

⑸ 新制剂、新工艺制剂生产线：界面聚合或原位聚合制CS生产线、喷雾干燥制WG生产线、WG(泡腾制剂)生产线、GR(飘浮大粒剂)制粒-包装连续化生产线、喷雾干燥-沸腾床造粒全流程智能操作制WG(或SG)生产线(国外引进并合作开发)。

⑹ 以安全和清洁生产为主线科学设计制剂工厂和车间布局的观点，农药制剂生产需要在工程技术水平上大幅度提升的观点，生产管理中重视交叉污染防范的观点等，已在多家制剂企业中得到体现。

3.4 压力和机遇

3.4.1 差距和压力

尽管2010年以来的加速发展使中国与国际先进水平的差距明显缩短了，但应看到中国农药制剂生产普遍技术提升的高潮期比国际农药跨国公司晚了20年，现所获成绩只能算初战告捷。目前多数企业仍面临三大压力：⑴ 环保风暴；⑵ 安全监管；⑶ 以产品质量、产品安全为核心的市场竞争。

3.4.2 抓住机遇，“弯道超车”

当前，国际农药制剂生产正以人工智能融入为标志开展第2次提升，此为中国农药的发展提供了1次重要的历史机遇。抓住机遇就是要把当前第1次提升的后续工作和第2次提升的任务结合起来实施，“弯道超车”，加速发展。

4 目标“中国制造2025”，加速农药制剂工程技术的创新

4.1 抓紧完善，加速人工智能的融入

近年来所设计投产的多条流程化、自动化生产线，显著提升了我国农药制剂的产业化水平。但应看到在工程技术方面依然较为粗糙，需要进行调整、完善。在此基础上融入人工智能，才能真正成为工艺控制稳定、制造过程流畅、产出指标先进的智能生产。

目前已经暴露，需要调整、完善的问题有：⑴ 适合农药制剂生产的粉体清洁投料装置。⑵ 粉体制剂流程中旋风分离和袋式除尘的功能合理分配。⑶ 固体制剂流程中，粉体的移出、中转、输入的清洁化、自动化设计。⑷ WG、GR等制成品提升输送的合理设计。⑸ 悬浮制剂投料釜中混合物料输出结构及阀门、管道的防堵塞设计。⑹ 砂(硃)磨机料泵的配置及稳定料压设计。⑺ 砂(硃)磨机产出量和效率的热平衡和冷媒的匹配。⑻ 悬浮剂生产用均质机规格的合理配制。⑼ 悬浮制剂成品料罐、出料管与包装线连接的合理设计。⑽ 其他。

4.2 智能制造创建的组合推进

根据农药制剂生产的特点，可将其分成4个板块分类开发，协调推进。

4.2.1 制剂产品的智能化包装系统开发

此板块包括建立液体制剂、粉体制剂、粒状制剂、水溶性包装等的各种包装规格的瓶装、袋装智能包装线。

4.2.2 流程型农药制剂生产的智能制造线的开发

此板块包括建立液体制剂(EC、SL、EW、ME等)连续化智能生产线；悬浮制剂(包括SC、SE、OD等)连续化(或分段连续化)智能生产线；粉体制剂(包括WP、DP等)的连续化智能生产线；WP-WG的水分散粒剂的连续化(或分段连续化)的智能生产线；SC-WG的连续化智能生产线；其他可实现流程型工艺的制剂加工智能生产线。

4.2.3 相关装备的人工智能开发

此板块包括分段连续化智能生产线中工段间物料衔接的人工智能器械的开发；车间安全生产、工业卫生、三废处理等系统的数字化开发；涉及到上述4.1中对生产流程稳定性、流畅性和产出指标先进性有负面影响的关键装备，需要改进、创新或更换。

4.2.4 离散型农药制剂生产的人工智能开发

不能组建成流程型制造的小规模、多品种制剂生产，按离散型生产的特点对生产过程进行科学组合后，进行人工智能制造的开发。本文不作赘述。

以上第2板块“流程型智能制造线的开发”是主体，是农药制剂中国制造核心技术水平的体现。当前迫切需要一批企业成为智能制造的先行者，在业内建成相应的示范工程，推动中国农药制剂加工整体水平的提高。第3板块“相关装备的人工智能开发”，需要与装备制造企业合作开发，目标相应的世界名牌设备组织攻关，并融入人工智能控制，为实现农药制剂中国制造2025的目标奠定装备基础。对有关装备制造企业而言，是一次难得的创新发展机遇。

4.3 同步创建标准体系

编制相应的剂型生产标准是巩固取得的工程化技术成果，推进技术进步的有力工具，也是企业技术水平、产品质量和信誉的重要标志。与制剂生产的技术创新同步创建标准体系将会有力推进中国农药制剂迈入制造强国行列。

4.4 制剂加工业务布局调整的发展趋势

随着制剂加工科技进步的加速，科学和经济规律将引导我国农药加工业务布局的调整，主要表现在：⑴ 委托加工业务的兴起。⑵ 制剂加工中心的形成和壮大。⑶ 专利技术、专有技术的有偿转让。⑷ 优胜劣汰，企业兼并重组。

4.5 融入智能，加速关键技术的产业化开发

在世界农药制剂领域，当今一系列具有国际领先水平的产业化成果都是通过将数字技术融入开发而得。我国要打造制剂加工强国，需要对准一系列关键技术，融入智能，加速开发。这些关键技术包括：

⑴ 针对制剂产出，设立进行个性化设计、加工的喷雾造粒制WG的装备和生产控制软件。⑵ 智能化喷雾干燥-沸腾床造粒连续化制WG无人现场操作系统的国产化生产装置。⑶ 连续化界面聚合制微囊悬浮剂生产流程和智能控制系统。⑷ 连续化界面聚合制微囊悬浮剂-喷雾造粒制WG生产流程和智能控制系统。⑸ 连续化喷雾造粒生产乳粒剂及智能控制。⑹ 种子处理技术及种子丸粒化生产的智能控制系统。⑺ 构筑种子发芽与种衣剂配方、工艺条件智能筛选平台。⑻ 高通量筛选平台的建设和在制剂配方以及制备工艺研究方面的应用。

表3 1992年英国ICI公司YALDING农药制剂技术中心(附中试工厂)人员组成

4.6 农药制剂工程技术人才队伍的建设

农药制剂工程技术人才是中国农药制剂业亟需的一支技术力量。20世纪90年代初，英国ICI公司(后为捷利康，现为先正达)的YALDING农药制剂技术中心共有固定人员(年薪制)174人，其中剂型开发30人，工程研究22人(表3)，可见制剂工程技术对制剂加工技术进步所起的重要作用。

现今，需要造就的是同时掌握化学工程和数字技术，又熟悉农药制剂的复合型人才队伍。同时需要一批有眼光的企业家联合有关高校通过实践的磨练来培养。谁拥有这批技术力量，谁就有可能在迈进农药制剂制造强国的征途中走得最快。

[1] 中华人民共和国国务院. 国发(2017)35号 国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL]. (2017-07-20). http://www.gov.cn/zhengce/ content/ 2017-07/20/content_5211996.htm.

[2] 中华人民共和国国务院. 国发(2015)28号 国务院关于印发《中国制造2025》的通知[EB/OL]. (2015-05-19). http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[3] 克劳斯·施瓦布(Klaus Schwab). 第四次工业革命：转型的力量[M].北京: 中信出版社,2016.

[4] 张文君. 拓宽需求端，助力中国农药供给侧改革[C]//贸促会化工行业分会. 第十一届中国农药工业发展国际论坛报告集. 上海: 贸促会化工行业分会,2017.

[5] 冷阳. 中国农药制剂技术发展方向试析[J]. 世界农药,2017,39(1): 1－8.

[6] 冷阳. 农药固体制剂清洁生产流程的设计思路和实践[C]//中国农药工业协会. 第三届环境友好农药制剂加工技术及生产设备研讨会报告集. 昆山：中国农药工业协会，2012.

[7] 冷阳. 农药制剂工程技术的现状和开发[J]. 世界农药,2011,33(5):49－53.

[8] 冷阳. 农药制剂工厂总体布局的设计思路[C]//中国农药工业协会.第二届环境友好农药制剂加工技术及生产设备研讨会报告集. 苏州,中国农药工业协会,2010.

Innovation Driving of Pesticide Formulation Production with Artificial Intelligence

LENG yang
(Shanghai Pesticide Research Institute,Shanghai 200032,China)

The achievements,disadvantages,developmental pressure and opportunities of China pesticide formulation industry are reviewed by contrast with technology innovation of pesticide formulation industrialization of some countries.The future work of the first technology advancement for China pesticide formulation production and the second advancement can carried out simultaneously,integrating with artificial intelligence and innovation driving,realizing leaping and accelerating development. And a series of technology innovations are also analyzed in this paper.

pesticide; formulation production; engineering technology; artificial intelligence; innovation

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.06.01

TQ450

A

1009-6485(2017)06-0001-05

冷阳，教授级高工、国务院特贴专家、原联合国南通农药剂型开发中心主任，现任上海市农药研究所顾问。长期从事精细化工、农药、剂型及助剂研发，并就水基化农药新剂型技术多次赴欧美深造、交流和合作研究。E-mail: ntlengyang@126.com。

2017-10-19。

2022年全球生物刺激素市场价值将达32.9亿美元

据某美国市场研究机构最新发布的报告，全球生物刺激素市场的复合年增长率预计达10.43%，将从2017年的20亿美元增至2022年的32.9亿美元。为实现农业发展可持续性，生物刺激素因易于应用，靶向专一，对环境和人体健康危害小，能减少有害化学物质使用等特性而受到偏爱。从作物类型来看，2016年生物刺激素在行栽作物上的应用最多；从应用方式来看，2016年叶片喷洒占到了最大的市场份额；产品类型方面，2017年至2022年微生物改良产品的市场复合年增长率预计最高。

（世界农化网）