建材行业智能化发展现状及展望

2024-04-12秦松沈雪

新型工业化 2024年2期

秦松沈雪

（1.中国建筑材料联合会，北京 100083;2.建筑材料工业信息中心，北京 100083）

建材工业是我国国民经济和社会发展的基础性行业，是战略性新兴产业发展的重要保障，是改善人居条件、治理生态环境和发展循环经济的重要支撑。加快推动建材行业智能化发展，是推动建材行业转方式、调结构、增动力，加快实现高质量发展的必然选择和重要途径。

一、建材行业智能化发展总体情况

党的十八大以来，党中央、国务院高度重视智能制造和工业互联网发展，将智能制造作为制造强国建设的主攻方向[1]。习近平总书记在全国新型工业化推进大会上作出重要指示指出，把高质量发展的要求贯穿新型工业化全过程，为中国式现代化构筑强大物质技术基础。工业是综合国力的根基、经济增长的主引擎、技术创新的主战场，也是建设制造强国、质量强国、数字中国等的重要支撑。建材行业按照新型工业化的要求，加快新一代信息技术与制造技术的深度融合，在智能制造数字转型方面取得了积极进展。

（一）政策和组织不断完善，引领促进智能化发展

为贯彻落实国家关于智能制造的相关政策和规划，加快建材行业智能制造数字转型步伐，工业和信息化部相继出台了《建材工业智能制造数字转型行动计划（2021—2023 年）》《建材行业智能制造标准体系建设指南（2021 版）》，指明了建材行业智能化发展的方向和实施路径，有力推动建材行业智能制造迈上新台阶。为推动相关政策落实，形成共促行业智能制造发展合力，构建完善的建材行业智能制造发展生态，建材行业智能制造推进联盟、中国智能制造系统解决方案供应商联盟建材行业分盟、建材行业工业互联网联盟、建材工业智能制造标准化工作组等组织机构先后成立，共同为建材行业智能化转型升级提供重要保障。

（二）重视程度不断提升，智能化发展步伐加快

在相关政策的引导和支持下，建材行业对智能制造的认识和重视程度达到前所未有的高度，重点骨干企业纷纷将智能制造作为重要发展战略，认为智能化发展是必答题，不是选择题，推进智能制造的意愿和动力空前高涨，实施智能制造步伐不断加快。同时，智能制造系统解决方案供应商也为建材行业智能制造发展提供了强有力的支撑，共同加快建材行业智能化发展步伐。其中，水泥以中国建材、海螺水泥、冀东水泥、华新水泥、华润水泥等为代表，玻璃以凯盛科技、南玻集团、信义玻璃、金晶玻璃、福耀玻璃等为代表，建筑卫生陶瓷以新明珠陶瓷、九牧卫浴、蒙娜丽莎、箭牌家居等为代表，混凝土与水泥制品以中建西部、建华建材、三一筑工等为代表，玻璃纤维以泰山玻纤、巨石集团等为代表，其智能化发展速度不断加快并取得较好成效。

（三）试点示范引领效应凸显，推广应用不断加快

从国家层面，工业和信息化部等相关部门持续开展智能制造试点示范行动，建材行业多家企业先后入选，截至2023 年11 月，2 家企业入选智能制造标杆企业，12 家企业入选智能制造试点示范，8 家企业入选智能制造示范工厂，27 家企业入选智能制造示范典型场景。从行业层面，中国建筑材料联合会组织开展包括“零一线员工”在内的“六零工厂”揭榜挂帅科技攻关，其中有5 个团队揭榜“零一线员工”的攻关任务。建筑材料工业信息中心支撑工业和信息化部开展建材行业智能制造数字转型典型案例遴选工作，2022 年和2023 年发布了两批共110 个典型案例。试点示范企业和项目发挥了较好的标杆引领作用，有效促进了行业的智能化发展。

（四）智能化技术应用逐步深入，智能化水平逐渐提高

通过加强关键技术研发应用、培育系统解决方案等行动，数字化、智能化和工业互联网在建材行业应用场景不断丰富和延展，数字化矿山系统、无人驾驶矿卡、先进过程控制系统、一体化计划调度系统、质量在线检测系统、设备管理及辅助巡检系统、能源管理系统、智能仓储系统、智慧物流系统、安环管理系统等推广应用不断加快，关键工艺流程数控化率大大提高，数字矿山、数字化车间、智能工厂、工业互联网平台加快涌现，有效提升了建材行业智能化发展水平。

二、建材行业智能化发展取得的成效

建材行业加快推进智能制造数字转型，对建材行业劳动生产率的提升起到愈发关键的作用并取得了显著效果，已成为建材行业发展质量变革、效率变革、动力变革，加快转方式、调结构、增动力的重要途径。2022 年，建材规模以上企业人均技术装备比2012 年增长87%，人均产值比2012 年增长78%，其中智能制造发挥了关键作用。

（一）水泥行业智能化成效

水泥行业通过应用生产工艺优化、智能质量控制、智能发运、智能设备运维、智能安全管理、智能矿山等系统，能够实现关键过程控制参数波动变化率保持在3%～5%，质量检测准确率提升3%～5%，能源利用率提升3%，日产5000t 生产线定员60～80 人。

（二）玻璃行业智能化成效

玻璃行业通过应用运营管理系统、生产管理系统、质量在线检测系统、物流仓储系统、智能理片系统等，能够实现生产效率提升20%，中间库存降低30%，设备稼动率提升10%，工厂人员减少10%。

（三）建筑卫生陶瓷行业智能化成效

建筑卫生陶瓷行业通过应用数据采集与监控系统、制造执行系统、智能仓储物流系统、能源管理系统、产品在线检测系统、企业资源计划系统、实验室信息管理系统等，能够实现一线人员数量减少50%，生产效率提高20%以上，能源利用率提高15%以上。

三、建材行业智能化发展趋势

（一）智能化装备发展趋势

围绕建材行业装备智能化发展需求及生产工艺要求，以研制数字化、网络化、智能化、集成化的制造装备为重点，建材行业需加强上下游企业、科研院所与配套企业之间的联合攻关力度，加大智能装备研发投入，加强数字技术与装备深度融合，加快行业现有生产装备智能化升级改造[2]。

加快行业通用、专用装备智能化升级，进一步提升智能装备产业化应用水平。建材行业将进一步夯实智能传感器、分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、安全仪表系统等行业通用装备的应用，加速研制在线全元素分析仪、近红外光谱分析仪、粒度分析仪、在线检测设备等智能质检设备，智能多层多向穿梭车、智能大型立体仓库等智能仓储装备，智能一体化环保钻机、智能装药车、智能铲装机、智能运输车等智能采矿装备。针对劳动力密集、劳动强度大等环节，大力推进智能巡检机器人、施釉机器人、喷涂机器人、搬运机器人、AGV等行业专用工业机器人的应用；攻克新型干法水泥全流程智能化生产线、玻璃纤维池窑智能化低碳化生产装备、玻璃纤维制品智能化生产装备、玻璃制造智能化成套装备等建材工业细分领域专用智能制造装备及产线，加大行业传统落后产线智能化升级改造力度。

加深制造装备与新技术的融合应用程度，持续提升行业生产装备智能化水平。建材行业将进一步推动数字孪生、人工智能等新技术与煅烧、均化、熔化、退火、成型、烧结、磨边等关键生产工艺装备的创新融合，深化生产制造装备与智能感知、知识挖掘、工艺分析、系统仿真、人工智能等技术的集成应用，专项研发以智能感知、智能控制、智能执行、智能检验为主的单元装备，研制一批融合数字孪生、大数据、人工智能、边缘计算、5G 等新技术的智能工控系统、智能工作母机、协作机器人、自适应机器人等，进一步提升我国建材行业自动化、网络化、智能化技术装备成套能力。

（二）智能化技术创新发展趋势

建材行业将进一步加强产学研用的融合创新，重点围绕设计、生产、管理、服务等制造全过程，推进科研院所、高校、龙头企业等科研力量优化配置、促进资源共享，全面提升建材行业技术创新水平，开展重点领域前沿技术攻关和储备。

（1）加强智能化核心技术攻关。突破建材产品优化设计与全流程仿真、基于机理和数据驱动的混合建模、多目标协同优化等基础技术，研发并推广原料和配料控制、窑炉控制、冷端控制、现场多维智能感知、基于人机协作的生产过程优化、装备与生产过程质量在线精密检测、生产过程精益管控、装备故障诊断与预测性维护、复杂环境动态生产计划与调度、生产全流程智能决策、供应链协同优化等共性技术及建材行业适用的研发设计类、生产管控类、能源管理类、生命周期管理类、决策支持类等关键核心工业软件[3]。

（2）加快新兴技术的推广应用。持续推动5G、大数据、人工智能、工业互联网等新一代信息技术与原料配制、成型、固化、加工和包装等生产工艺的深度融合，进一步探索5G、人工智能、大数据、边缘计算等技术在建材行业智能矿山、质量在线检测、过程控制、工艺优化、计划调度、设备运维、能源管控、管理决策等环节的融合应用[4]。

（3）加速系统集成技术开发。行业重点企业需要强化与供应商的合作，重点开发基于信息模型和标准接口的可复用数据集成技术，制造装备、产品设计软件、管控软件、业务管理软件等之间的业务互联技术，面向产业链供应链协同的包含订单、质量、生产等内容的企业信息交互技术，公有云、混合云和边云协同的灵活云化部署技术，涵盖设计、生产、管理、服务等制造全过程的复杂系统建模技术，基于模型的价值流分析和优化技术，全面提升产业上下游、企业间及企业内部协同能力。

（三）智能化推广应用发展趋势

智能制造属于一项系统性、复杂性工程，不同规模、不同细分领域企业实施路径均存在一定差异，其智能化推广应用发展趋势略有不同，主要呈现以下特点。

（1）集团型企业智能化应用趋势主要是从单个或局部应用开始试点，试点成熟后向集团内部全面推广，搭建集团级运营管控平台、工业互联网平台，实现跨部门、跨系统高效协同，切实提升集约管控能力。

（2）生产企业（工厂）智能化应用趋势主要是面向生产过程关键环节开展智能化改造，针对繁重危险、高精度岗位实施“机器换人”，加快窑炉优化控制、智能仓储物流、设备巡检维护、质量智能在线检测等智能制造场景建设，并逐步实现全流程智能化管控。

（3）中小企业智能化应用趋势主要以数字化改造为主，应用现有成熟的解决方案开展装备联网、关键工序数控化、业务系统云化等改造，推动工艺流程优化、技术装备升级。

四、建材行业智能化发展存在的不足

虽然建材行业智能化发展取得了较大进步，但是和行业国际先进水平以及其他智能化发展领先行业相比，还存在一定的差距，主要表现在以下方面。

（一）行业智能化发展不平衡

建材行业智能化发展不平衡体现在两个方面：一是细分行业智能化发展不平衡，建材行业细分产业众多，水泥、玻璃等行业智能化发展较快，成效也较为明显，但混凝土与水泥制品、墙材、非金属矿等行业大多还处在自动化发展阶段；二是企业智能化发展不平衡，重点骨干企业对智能制造高度重视，智能化升级投入动力和能力较强，智能化发展水平和效果较好，但建材行业众多中小企业对智能制造的重视程度不够，智能化升级改造投入动力不足，智能化发展较为缓慢。

（二）智能制造关键技术自主研发能力不强

虽然建材行业智能化发展取得长足进步，但是在智能化装备、工业软件等关键技术方面仍存在自主研发能力不强的突出问题，制约了建材行业智能化发展水平，也不利于行业的安全高质量发展。

（三）行业数字化基础有待加强

一方面，现有数字基建无法完全满足智能工厂改造需求，网络安全工作开展相对缓慢，网络的高实时性、高稳定性有待进一步提升；另一方面，部分企业仍未建立统一的数据集成和管理平台，数据未实现全面分析与利用，无法为企业各层级的管理和决策提供有针对性的数据支撑。

（四）既懂OT 又懂ICT 技术的复合型人才不足

随着智能化发展的不断深入，行业对人才的要求也越来越高。目前，建材行业既具备行业专业知识技能又懂信息技术的复合型人才缺失，制约了行业智能化发展水平的进一步提升。

五、加快建材行业智能化发展的建议

（一）加快突破一批关键核心技术

依托建材骨干企业推动关键共性技术研究以及智能部件、装备、系统研发。引导各类企业加大研发投入，开展适用于建材工业的智能传感器、神经网络芯片等基础元器件以及工业机器人、智能交互系统等智能产品的研发与应用，加快突破智能控制与优化、数据采集与分析、故障诊断与维护等一批核心技术，夯实建材工业智能制造硬件和软件基础。

（二）加强智能制造试点示范和推广应用

加快实施建材行业窑炉优化控制、智能仓储物流、设备巡检维护、在线监测检测等先进技术方案，培育一批集智能生产、智能运维和智能管理为一体的建材行业智能工厂，打造一批安全、高效、绿色的数字矿山，在行业内大规模复制推广，发挥智能制造标杆企业的示范引领作用。

（三）积极推动工业互联网应用

鼓励建材企业积极探索“5G+工业互联网”，应用大数据、数字孪生、人工智能等新一代信息技术，加快无人驾驶、安全生产、质量追溯、虚拟工厂等特定场景与工业互联网深度融合；加快建材行业工业互联网标识解析二级节点的应用；大力发展建材行业工业互联网创新应用平台，加快开发建材工业APP，推动建材企业和设备上云上平台，实现制造资源和制造能力互联互通。

（四）加快形成一批智能制造系统解决方案

鼓励供应商与建材企业加强供需对接、联合创新，结合窑炉控制、物流仓储、在线检测等关键环节智能化需求，针对生产计划优化、设备运维、质量管控、能源管理等典型场景，提炼形成若干套轻量化、易维护、低成本的解决方案。加快建材行业智能制造系统解决方案供应商培育，提供专业化、高水平、一站式集成服务，满足建材行业智能化发展需求。