新型工业化背景下的建材行业智能制造转型

赵少鑫

（用友网络科技股份有限公司，北京 100000）

一、新型工业化背景下的建材行业智能制造转型趋势分析

当前，新工业革命在全球深入推进，以数字技术为代表的科技进步对传统产业、传统经济规律、传统分工格局带来颠覆式的影响。党的二十大指出，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国，到2035 年要基本实现新型工业化。新型工业化的提出为我国工业在新时代的发展指明了方向。在新型工业化背景下，建材行业要适应新型工业化发展趋势，应以云计算、物联网、大数据、人工智能等先进技术为基础，通过数字化、网络化、智能化等手段，紧抓智能制造这一重要的发力点和突破口，实现生产方式和生产要素的深度优化，提高生产效率和产品质量。智能制造是建材行业在新型工业化背景下实现转型升级的必然趋势和主攻方向，根据工业和信息化部等八部门发布的《“十四五”智能制造发展规划》，智能制造是指基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，旨在提高制造业质量、效益和核心竞争力的先进生产方式[1]。

目前，数字技术已广泛应用到建材行业的各个业务环节中，包括产品设计、营销销售、生产制造、物流运输、采购供应、仓储库存和售后服务等。开展智能制造转型建设是新型工业化背景下建材行业实现高质量发展的必由之路。本文根据对建材行业数字化转型的研究和分析，得出未来建材行业智能制造主要存在以下应用趋势。

（1）自动化与数据驱动型生产：通过引入机器人和自动化控制设备，利用AIoT 和大数据分析技术，实时采集监测设备运行状态和生产数据，对生产过程进行实时调整和优化，实现向基于数据驱动的新型生产模式转变。

（2）个性化定制：市场消费者对建材产品的需求日趋多样化和个性化，利用数字化手段实现在线三维协同设计，缩短产品开发周期，快速响应市场和客户个性化定制需求，实现小批量快速定制和灵活生产。

（3）绿色环保低碳生产：利用生产过程智能控制，优化生产工艺，减少不合格产品、废品、废料的产生。强化能耗智能监控，优化能源消耗以提高能源利用率，减少生产过程的碳排放和环境污染，实现绿色环保低碳生产。

（4）兼具柔性和韧性的供应链协同：通过打造数字化供应链平台或对接产业互联网平台，强化与供应商、合作伙伴的线上紧密协同，实现供应链的全程可视与可控、资源共享和协同，建立支撑建材企业应对个性化定制、紧急订单等业务的柔性供应链，以及支撑企业业务可持续性和稳定性发展的韧性供应链，提升供应链响应速度和效率，提高整体供应链竞争力。

总体来说，智能制造赋能建材企业能有效缩短产品研制周期，提高生产效率和产品质量，降低运营成本和资源能源消耗，使其从“制造”转型升级为“智造”。本文主要针对建材行业中的水泥及玻璃两个细分行业，通过对其业务特点、生产工艺流程及管理模式的研究分析，洞察智能制造转型机会，同时结合用友智能制造相关产品平台，挖掘和设计智能制造应用场景，为水泥和玻璃行业在新型工业化背景下的智能制造转型建设提供洞察和指引。

二、水泥及玻璃行业业务特点

（一）水泥行业业务特点分析

水泥是一种重要的建筑工程胶凝材料，广泛应用于房地产、大型基建、国防建设等工程中。水泥按用途和性能可分为通用水泥、专用水泥和特种水泥。其中，根据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）[2]定义，通用水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。专用水泥是指具有专门用途的水泥，如机场专用水泥、铁路专用水泥、矿井专用水泥等。特种水泥是指某方面性能较为突出的水泥，其突出性能可以满足特定的施工场景或环境要求。如：用于紧急工程抢修的快硬硅酸盐水泥，防腐及耐磨性能较好；适用于化工行业的磷酸盐水泥等。水泥属于典型的流程制造型行业，具有以下特点。

（1）受上下游行业影响出现周期性变动：由于基建、房地产等行业受宏观经济和政策影响较大，水泥行业的市场情况也随着宏观经济和政策周期而变化。

（2）受运输成本及运输特性影响的区域性销售：水泥售价不高，对运费较为敏感，其陆路运输在200～300km、水路运输在500～700km，受有效运输距离等方面的影响，其销售区域性较强，具有“短腿”属性。同时，因各地原材料和人工成本不一，同一型号的水泥单价在不同地区也会有明显差异。

（3）受气候影响的季节性供应：水泥行业因下游施工节奏及季节性天气影响，具有季节性供应的特点。通常，我国每年4 月、5 月、9 月、10 月和11 月是施工黄金期，在以销定产的模式下，水泥在此阶段产量较高。同时，水泥易受潮结块、保质期较短，仅有2～3 个月，如遇潮湿的气候和环境则保质期更短。

（4）受产品属性影响的储存难度大：水泥遇水即硬化，易与空气中的水分反应，长期露天存放易受潮凝结，存放一般不超过30d。水泥的产量与市场供需关系紧密结合，难以长期大规模储存。水泥不易储存的特点决定了其不具备大货存储以抵抗市场价格波动的金融风险对抗属性。

（5）开停灵活、产能易控性：水泥产能的开停耗费成本较低，产能开停更加灵活，其调控相对容易，在“双碳”背景下适合通过错峰生产的模式来控制总产量，优化供需关系。

新型工业化背景下，水泥行业正处于利用新兴技术提升管理、优化工艺、升级生产制造模式的关键时期，但业内企业数字化建设水平参差不齐、数据资产利用率低，普遍存在原料多来源导致的议价能力差、生产控制精准性不足、质量检测及时性和准确性不高、质量水平波动大、生产操作缺乏标准化、物流运输协同管理难等痛点问题。运用新一代信息技术与水泥制造技术深度融合，推动水泥行业生产制造、运营管理和营销模式的变革，是我国水泥行业转型升级和高质量发展的关键。

（二）玻璃行业业务特点分析

玻璃是一种非结晶无机非金属材料，一般将多种无机矿物作为主要原料，如石英砂、硼酸、石灰石、纯碱、长石等，并根据性能用途要求添加各种辅料，经预加工、熔制、成型、退火、淬火等工艺（图1）生产而成。玻璃行业是传统高污染、高能耗行业，产线建设时间长、重资产属性较强，供应缺乏弹性，市场历来视其为典型的周期性行业。生产制造方面，玻璃行业具有连续性强、工艺柔性较小、产线开停较难、供给刚性等特点，玻璃生产包含以下核心工艺。

图1 玻璃详细生产流程

（1）原料预加工：将块状原料（包括石英砂、硼酸、石灰石、纯碱、长石等)破碎磨粉搅拌，利用高温干燥潮湿原料，并将含铁原料进行除铁处理。

（2）配合料制备：依据性能要求，对各类原料按配方要求进行称量和混合。制备配合料时，要准确地对多种原料进行称量、混合、输送和窑内投料。如出现差错，由于生产连续性强，一般无法在短时间内清除对后续生产的影响，造成的生产损失往往较大。

（3）熔制：玻璃配合料在熔窑内进行高温加热，形成均匀、无气泡并符合成型要求的玻璃液。熔制是玻璃生产的重要环节，在熔制过程中需要对温度、压强、水分进行严格控制。

（4）锅槽成型：将液态玻璃加工成所要求形状的制品，包括各类玻璃器皿、日用玻璃器具、门窗等。

（5）热处理：通过退火、淬火等玻璃工艺，消除和减少玻璃内部的热应力和机械应力，提升玻璃制品的强度和热稳定性。

（6）深加工：将原始玻璃通过切割、磨边、打孔、热弯、抛光等一系列加工处理，使玻璃具有不同的性能特点，以满足多样化应用场景。

当前，玻璃行业深陷高生产、高库存、低需求“两高一低”困局。在生产运营层面主要面临停产冷修难、复产壁垒高等核心痛点。同时，工艺参数无法做到准确检测和预测，生产过程质量控制存在滞后性，工艺参数调整依赖老员工经验判断，被动式管理、救火式管理、管理颗粒度较粗等管理问题也日益凸显。

三、建材行业智能制造总体解决方案

结合对水泥、玻璃等建材行业业务特点和数智化转型趋势的分析，以及多年来在建材行业的智能制造转型实践，用友推出智能制造总体解决方案（图2），支撑和赋能建材行业及流程制造行业的数字化转型。智能制造总体解决方案利用物联网、云计算、大数据、人工智能等技术，通过智能决策层、经营管控层、智能生产控制层、智能装备层和平台层5 个层面，帮助建材企业强化全价值链协同和整合，提升生产效率和质量水平，优化企业内外部资源调度，降低运营及管理成本，提高企业整体效益，实现生产制造的自动化、智能化、绿色化和低碳化。

图2 用友智能制造总体解决方案

四、智能制造应用场景设计

通过研究水泥和玻璃行业的业务特点和转型诉求，结合智能制造总体解决方案，设计智能制造应用场景，为水泥及玻璃企业的智能制造转型提供思路和建议。

（一）水泥行业智能制造应用场景

1.智能工厂管理

智能工厂解决方案（图3）是针对工厂级、生产领域的解决方案，智能工厂能有效支撑企业生产的智能调度和智能排程，实现敏锐精准优化生产、资源高效配置，提高生产过程的可控性、平稳性和整体效率，实现安、稳、长、满、优。核心应用价值包括以下几点。

图3 智能工厂解决方案

（1）高级生产计划排程：结合装置间协同、负荷、产线产能、品类偏好、原辅料供应情况、生产工艺约束等因素，按照成本最优、利润最大、交期满足度等多目标，实现多装置、多产线高级排程，提升企业经济效益。

（2）生产执行一体化智能控制：通过AIoT与PLC、DCS、WMS、AGV、地磅、自动物流、检验系统等智能设备的集成融合，利用手持PDA、叉车PDA、车间看板等智能终端，实现厂内生产执行的软硬件一体化智能控制，实现数据实时共享、业务高效协同。

（3）工厂透明可视化管理：通过车间运行情况的2D、3D 可视化展示，支持班组、车间、工厂和集团4 个层级的生产情况展示与分析，支持仓储、作业、质量、能源、设备、安环等生产数据的多维多角度环比、同比分析，实现工厂透明化精细化管理。

2.智慧设备管理

智慧设备管理解决方案（图4）是以各类静设备（生产设备、能源设备、安防设备、质检设备等）、主动设备（DCS、PLC、CNC 等）和传感器为数据采集/计算终端，利用AIoT 物联和大数据采集技术，实现对设备的实时监控、无人巡检、计划维修和事前故障预警，解决水泥企业设备规模大、技术复杂、运维成本高、非计划停机等痛点问题。其核心应用价值包括以下几点。

图4 智慧设备管理解决方案

（1）设备全生命周期的数字化、透明化管理，实时掌握设备全貌情况。

（2）通过核心设备的运行数据采集、运行状态监视和设备异常监控，减少计划外停机事件的发生。

（3）降低设备维修维护费用，减少设备紧急采购和检查维修，降低库存占用资金。

（4）提高资产使用率，延长设备运行寿命，提高设备可靠性，规范维修业务流程。

3.智慧能源管理

智慧能源管理是水泥智能制造的关键应用场景之一，通过能源调度、能效管理、智能监视、节能监督、运维管理等应用服务，推动能源管理的自动化、系统化、智能化，帮助企业在保障生产的同时，合理计划和利用能源，降低能源消耗，提高生产经营效益。智慧能源管理解决方案（图5）核心应用价值包括以下几点。

图5 智慧能源管理解决方案

（1）实时智能监视能源各项指标的异常和分析预警，及时发现上下游差异情况，减少跑冒滴漏及无效排空。

（2）辅助企业合理制定能源指标定额，合理安排运行负荷，对重点耗能设备进行能效管理，实时跟踪能源指标执行情况，支撑企业优化调度和制定技改决策，节约用能，辅助生产管理人员及时调整生产执行。

（3）支持企业从工厂到车间、车间到工段的能源差异平衡结算，促进能源管理精细化，提升管控力度和管理精准程度。

4.智能物流管理

智能物流管理解决方案（图6）支持对销售、仓库、物流运输等业务的整体协调、管控和优化，覆盖预约、登记、排队、进厂、称重、装卸、开票、出厂等业务场景，帮助水泥企业解决采购、销售、调拨、生产等业务环节中的运输车辆管控和实时称重需求，打造可视化、精细化、透明化的智能物流管理体系。通过软硬件结合，与ERP 供应链一体化实时联动，减少人为干扰，防止超信用发货，降低收发货过程中的舞弊行为，保证计量结果公正与准确，实现物流管理价值最大化。其核心应用价值包括以下几点。

图6 智慧物流解决方案

（1）消除“孤岛”：与业务系统（ERP、MES 等）集成，数据不落地，减少手工干预，提高效率，避免错误。

（2）规范流程：规范并统一身份验证、提送货、进出厂、计量、装卸货过程，优化单据流转等，这使业务环环相扣，标准规范，并堵塞漏洞。

（3）防止作弊：实现了自动身份识别、计量自助化和过程可视化、集中监控管理等功能，减少业务处理的人为差错和舞弊现象。

（4）提高效率：减少一次计量和二次计量时间，司机可在线上高效处理业务，车辆出入厂零等待。

（5）降本增效：利用流程无缝集成和物流数据互联互通，对开单、门岗、地磅人员等职能进行调整优化，实现降本增效。

（二）玻璃行业智能制造应用场景

1.精细化配料管理

玻璃配料是根据玻璃生产性能和用途，通过制定合理的配合比并将各种原料、辅料进行称重和搅拌混合的过程。每种原料由称重系统进行精确称重计量，通过皮带输送至混合机，经搅拌混合后再由皮带、提升机等传输设备输送到料仓。精细化配料管理解决方案主要由料仓系统、给料系统、电子称重系统、混合系统、输送系统和智能控制系统组成。其中，给料、电子称重和智能控制系统是实现配料管理精细化的关键。通过精细化配料管理解决方案（图7），结合AI 数据模型优化配比，实现快速准确计算，解决玻璃生产配料计算工作量大的问题，减轻配料负责人的工作负担，助力玻璃企业解决配料过程依赖于人工，配料过程协同难，配料人工纸质记录难以查询追溯，人工配料仅考虑成分约束难以考虑价格、库存、工艺约束等痛点问题。其应用价值包括以下几点。

图7 精细化配料管理解决方案

（1）智能配料替代人工配料，可根据玻璃品质特性精细化配供料，保障产品质量稳定。

（2）根据库存、品质、价格等多种约束条件，高效计算最优配比，实现科学配料。

（3）平台保存所有历史不同版本配料的数据，支持配料配方的随时查询和参考引用。

2.生产车间管理

玻璃的生产需经过一系列物理、化学反应，生产过程中许多参数之间相互关联、相互耦合，从生产控制角度看，玻璃生产是一个多变量、多回路的非线性系统。玻璃生产控制主要涉及窑炉温度控制、窑炉窑压控制、窑炉玻璃液位控制以及供料道温度控制等，智能生产控制的核心是利用数字化手段对生产过程中的温度、压力、液位等关键参数进行监控和干预。

生产车间管理解决方案（图8）可帮助玻璃企业打造生产控制精准、业务协同联动的新型生产模式。通过搭建生产控制指令流转体系，利用生产指令在线智能解析、自动分解、跟踪反馈，实现指令调度、物料移动、现场操作、生产过程监督管控的紧密协同和闭环管理。同时，在生产过程中融入指标、绩效、成本管理等先进管理理念，利用生产日志、台账、报表等方式将人机料法环有效融合，通过采集DCS、PLC生产线数据、填报移动应用APP 的方式将生产管理全过程数据进行汇聚、分析，实时反馈生产订单的产量、完成率、班组绩效。核心应用价值包括以下几点。

图8 生产车间管理解决方案

（1）准确有效的生产执行控制与监控有助于及时发现生产执行异常情况，指导工艺优化、材料控制和品质提升，实现生产过程质量稳定、全程质量追溯。

（2）实时掌握生产进度及现场状况。当市场或客户变化时，可供管理者迅速准确地响应调整，支撑柔性生产。

（3）细化现场作业用料需求和供给，防止多领、乱领，保持车间现场的整洁有序，降低物料流程管理成本。

3.全面质量管理

玻璃行业质量问题表现滞后、质量控制的长反馈周期将导致出现质量问题时涉及的产品范围广、影响大。在生产过程中，发现质量问题时，一般已经过去较长时间，且较难在短时间内迅速恢复品质，受影响的产品数量及造成的损失一般较大。例如，玻璃从投料到大量玻璃气泡产生有5～8h 的时间间隔，出现质量问题则会影响此段时间的产品质量。

全面质量管理解决方案（图9）基于大数据、物联网、5G、人工智能等技术的融合应用，搭建贯通产品全生命周期的来料检验、过程检验和成品检测应用，采集质量大数据并开展相关质量数据专题分析，如在线测试数据分析、关键设备参数监控分析、质量数据集成分析等，对质量控制过程指标偏差自动预警，做到事前有计划、事中有控制、事后有分析，促进玻璃企业质量大数据与智能制造的深度融合。其核心应用价值包括以下几点。

图9 全面质量管理解决方案

（1）业务质检协同：实现来料检验（采购到货、委外到货）、工序检验、产品检验、在库检验（周期复检、有效期检验、临时检验）、其他检验等不同场景质检的在线化协同，支持质量管理/第三方质检系统与前道各相关业务系统对接。

（2）质量数据分析智能化：支持不同管理维度下质检数据的记录和智能分析，通过质量数据分析，帮助企业有效解决产品研发管控能力弱、生产周期长、质量指标提升乏力、过程质量管理效率低、质量成本损失严重、全过程质量监测信息不完善、质量问题管理无序等问题。

4.智慧安防管理

智慧安防管理能够解决玻璃等建材企业生产管理中存在的现场协调难、员工设备管理难、信息共享和交流难、标准落地难、经验沉淀难、审批时间长、培训效果差等问题，帮助企业实现安全管理“连得上、看得清、管得住、防得准、走得稳”。其核心应用价值包括以下几点。

（1）连得上：基于工业互联网平台的AIoT服务，支持80 多种工业协议的自适配、自连接、自学习，保障安全设施设备连得上。

（2）看得清：通过视频集成、图像识别、轨迹跟踪、实时监测等技术的集成和应用，实现对重大安全设备、重要安全区域、重点安全行为的实时跟踪。

（3）管得住：帮助企业构建体系化的企业安全管理，包括风险分级管控与隐患排查治理双重预防体系，安全教育培训与在线学习体系，特种作业许可管理、技术监督体系等。

（4）防得准：通过智能化、自动化、可视化的设备管控及事前监测预警，对各类突发状况及变化趋势及时预测预警，实现主动安全。

（5）走得稳：支持与政府监管平台和公共信息平台互联互通，强化企业安全生产主体责任和政府监管责任落实，做到责任明晰。

五、建材行业智能制造典型应用案例

（一）天瑞水泥集团水泥智能工厂

天瑞水泥集团主要从事石灰岩开采利用和熟料、水泥、建筑集料等建材产品的生产与销售，熟料、水泥产能位居全国前列，是河南省及辽宁省领先的熟料水泥生产商，也是国家重点支持的12 家水泥企业（集团）之一[3]。为解决传统水泥生产面临的生产过程控制难、协同难度大、能耗高、产品质量不稳定等问题，天瑞水泥集团携手用友开展“水泥智能工厂”建设，着力推动公司由传统制造向智能制造转型。天瑞水泥集团水泥智能工厂建设范围包括生产计划管理、先进控制管理、全面能源管控、智能质量管理、数字化矿山、远程监控、智能点巡检、工厂无人值守地磅管理、互联网销售平台、物流平台等应用，实现了从原燃材料进场，到水泥生产及发运出厂的全流程线上化和自动化闭环作业。

通过智能工厂的建设，天瑞水泥集团水泥工厂自动化、智能化水平得到了质的提升。其中，仪器仪表、传感器采集率大于98%，自动控制系统投运率大于99%，控制系统人为干预率小于4.60%，劳动生产率提高15%，企业能源消耗减少2.50%，实现运营管理可视化、生产过程数字化、执行控制智能化、生产现场无人化，支撑公司高质量发展。（注：数据为2020 年的统计数据）

（二）四川峨胜水泥集团智慧物流协同创新应用平台

四川峨胜水泥集团是以水泥产业为主业，集物流、房地产、矿业、环境工程等多产业为一体的大型民营股份制企业，是四川省优秀民营企业[4]。“十四五”期间，四川峨胜水泥集团深化内部改革，坚持创新引领，大力开展智能制造转型升级建设。四川峨胜水泥集团携手用友，以工业互联网平台作为技术底座，构建面向水泥产业链智慧物流协同创新应用平台，解决了集团生产经营过程中面临的产业链协同难、需求多样多变、生产流程复杂、品控能力弱、运营成本高等痛点问题。

从转型效果和应用效益看，智慧物流协同创新应用平台解决了公司3000 车次/d 的通行称重、车牌识别、防作弊、信用额度扣减等高并发业务带来的高频数据实时采集难、读取难度高、运算分析复杂等技术问题，实现了业务高效协同和降本增效。其中，业务效率提升方面，车辆单次过磅时长由3～5min 降为20s，车辆在厂内装运综合滞留平均时长由40min 减半。降本增效方面，人员投入从客户服务到厂内管理直接减少31 人，人工投入减少372 万工时，实现了销售与生产计划的精准协同，提高转产效率并降低转产损耗460 万余元，优化机房和设备管理模式，降低设备运营成本22 万元，直接成本降低约854 万元。节能减排方面，每年减少碳排放约36t。（注：数据为2022 年统计数据）

六、对建材企业智能制造转型的建议

新型工业化背景下，建材企业智能制造转型势在必行，潜力巨大。结合对大型建材企业的智能制造转型实践和经验总结分析，建议建材企业，包括上文提到的水泥、玻璃行业，以及陶瓷、无机纤维及制品、墙体材料、混凝土与水泥制品、非金属矿及制品、防水材料等[5]智能制造转型需求较为迫切的细分领域行业，在转型过程中应避免通过盲目投资来获取点状效益，要开展系统、科学、全面的顶层规划，并在整体数字化框架的指引下，体系化开展智能制造转型工作，稳步推进变革。

（一）强化以业务价值为导向的顶层设计

在开展智能制造转型的过程中，不同业务体量、不同细分行业的企业对智能制造转型的诉求不同，建材企业应明确自身数字化转型路径和推进模式，紧贴业务发展战略，以业务价值为引领，做好顶层设计，采取“总体规划→分步实施→试点运行→全面推广”的方式，分类分阶段开展智能制造转型落地。

（二）打造智能制造转型所需的人才和组织基础

企业智能制造转型是一个系统性工程，既需要数字化技术、系统平台、数据等要素，也需要有良好的数字化组织和人才基础。建材企业需要强化数字化人才团队建设，注重对既懂业务又懂数字化的复合型人才的招募、培养、激励和留用，包括软硬件人才和大数据分析人才等，同时还需要强化数字化组织机制的建设和配套完善。

（三）注重业务的标准化和规范化建设

许多建材企业智能制造转型失败或者不能达到预期效果，其中的大问题是没有明确业务的执行标准和规范，缺乏业务标准化体系建设，导致流程执行不到位、业务效果不符合预期。建材企业应结合数智化转型进程，逐步构建符合企业实际的业务标准化体系，完善标准化管理手段，推动组织改善与变革，以适应新的业务发展需要，达成更好的转型效果。