建材行業智能化發展現狀及展望

秦松 沈雪

（1.中國建筑材料聯合會，北京 100083;2.建筑材料工業信息中心，北京 100083）

建材工業是我國國民經濟和社會發展的基礎性行業，是戰略性新興產業發展的重要保障，是改善人居條件、治理生態環境和發展循環經濟的重要支撐。加快推動建材行業智能化發展，是推動建材行業轉方式、調結構、增動力，加快實現高質量發展的必然選擇和重要途徑。

一、建材行業智能化發展總體情況

黨的十八大以來，黨中央、國務院高度重視智能制造和工業互聯網發展，將智能制造作為制造強國建設的主攻方向[1]。習近平總書記在全國新型工業化推進大會上作出重要指示指出，把高質量發展的要求貫穿新型工業化全過程，為中國式現代化構筑強大物質技術基礎。工業是綜合國力的根基、經濟增長的主引擎、技術創新的主戰場，也是建設制造強國、質量強國、數字中國等的重要支撐。建材行業按照新型工業化的要求，加快新一代信息技術與制造技術的深度融合，在智能制造數字轉型方面取得了積極進展。

（一）政策和組織不斷完善，引領促進智能化發展

為貫徹落實國家關于智能制造的相關政策和規劃，加快建材行業智能制造數字轉型步伐，工業和信息化部相繼出臺了《建材工業智能制造數字轉型行動計劃（2021—2023 年）》《建材行業智能制造標準體系建設指南（2021 版）》，指明了建材行業智能化發展的方向和實施路徑，有力推動建材行業智能制造邁上新臺階。為推動相關政策落實，形成共促行業智能制造發展合力，構建完善的建材行業智能制造發展生態，建材行業智能制造推進聯盟、中國智能制造系統解決方案供應商聯盟建材行業分盟、建材行業工業互聯網聯盟、建材工業智能制造標準化工作組等組織機構先后成立，共同為建材行業智能化轉型升級提供重要保障。

（二）重視程度不斷提升，智能化發展步伐加快

在相關政策的引導和支持下，建材行業對智能制造的認識和重視程度達到前所未有的高度，重點骨干企業紛紛將智能制造作為重要發展戰略，認為智能化發展是必答題，不是選擇題，推進智能制造的意愿和動力空前高漲，實施智能制造步伐不斷加快。同時，智能制造系統解決方案供應商也為建材行業智能制造發展提供了強有力的支撐，共同加快建材行業智能化發展步伐。其中，水泥以中國建材、海螺水泥、冀東水泥、華新水泥、華潤水泥等為代表，玻璃以凱盛科技、南玻集團、信義玻璃、金晶玻璃、福耀玻璃等為代表，建筑衛生陶瓷以新明珠陶瓷、九牧衛浴、蒙娜麗莎、箭牌家居等為代表，混凝土與水泥制品以中建西部、建華建材、三一筑工等為代表，玻璃纖維以泰山玻纖、巨石集團等為代表，其智能化發展速度不斷加快并取得較好成效。

（三）試點示范引領效應凸顯，推廣應用不斷加快

從國家層面，工業和信息化部等相關部門持續開展智能制造試點示范行動，建材行業多家企業先后入選，截至2023 年11 月，2 家企業入選智能制造標桿企業，12 家企業入選智能制造試點示范，8 家企業入選智能制造示范工廠，27 家企業入選智能制造示范典型場景。從行業層面，中國建筑材料聯合會組織開展包括“零一線員工”在內的“六零工廠”揭榜掛帥科技攻關，其中有5 個團隊揭榜“零一線員工”的攻關任務。建筑材料工業信息中心支撐工業和信息化部開展建材行業智能制造數字轉型典型案例遴選工作，2022 年和2023 年發布了兩批共110 個典型案例。試點示范企業和項目發揮了較好的標桿引領作用，有效促進了行業的智能化發展。

（四）智能化技術應用逐步深入，智能化水平逐漸提高

通過加強關鍵技術研發應用、培育系統解決方案等行動，數字化、智能化和工業互聯網在建材行業應用場景不斷豐富和延展，數字化礦山系統、無人駕駛礦卡、先進過程控制系統、一體化計劃調度系統、質量在線檢測系統、設備管理及輔助巡檢系統、能源管理系統、智能倉儲系統、智慧物流系統、安環管理系統等推廣應用不斷加快，關鍵工藝流程數控化率大大提高，數字礦山、數字化車間、智能工廠、工業互聯網平臺加快涌現，有效提升了建材行業智能化發展水平。

二、建材行業智能化發展取得的成效

建材行業加快推進智能制造數字轉型，對建材行業勞動生產率的提升起到愈發關鍵的作用并取得了顯著效果，已成為建材行業發展質量變革、效率變革、動力變革，加快轉方式、調結構、增動力的重要途徑。2022 年，建材規模以上企業人均技術裝備比2012 年增長87%，人均產值比2012 年增長78%，其中智能制造發揮了關鍵作用。

（一）水泥行業智能化成效

水泥行業通過應用生產工藝優化、智能質量控制、智能發運、智能設備運維、智能安全管理、智能礦山等系統，能夠實現關鍵過程控制參數波動變化率保持在3%～5%，質量檢測準確率提升3%～5%，能源利用率提升3%，日產5000t 生產線定員60～80 人。

（二）玻璃行業智能化成效

玻璃行業通過應用運營管理系統、生產管理系統、質量在線檢測系統、物流倉儲系統、智能理片系統等，能夠實現生產效率提升20%，中間庫存降低30%，設備稼動率提升10%，工廠人員減少10%。

（三）建筑衛生陶瓷行業智能化成效

建筑衛生陶瓷行業通過應用數據采集與監控系統、制造執行系統、智能倉儲物流系統、能源管理系統、產品在線檢測系統、企業資源計劃系統、實驗室信息管理系統等，能夠實現一線人員數量減少50%，生產效率提高20%以上，能源利用率提高15%以上。

三、建材行業智能化發展趨勢

（一）智能化裝備發展趨勢

圍繞建材行業裝備智能化發展需求及生產工藝要求，以研制數字化、網絡化、智能化、集成化的制造裝備為重點，建材行業需加強上下游企業、科研院所與配套企業之間的聯合攻關力度，加大智能裝備研發投入，加強數字技術與裝備深度融合，加快行業現有生產裝備智能化升級改造[2]。

加快行業通用、專用裝備智能化升級，進一步提升智能裝備產業化應用水平。建材行業將進一步夯實智能傳感器、分布式控制系統（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、安全儀表系統等行業通用裝備的應用，加速研制在線全元素分析儀、近紅外光譜分析儀、粒度分析儀、在線檢測設備等智能質檢設備，智能多層多向穿梭車、智能大型立體倉庫等智能倉儲裝備，智能一體化環保鉆機、智能裝藥車、智能鏟裝機、智能運輸車等智能采礦裝備。針對勞動力密集、勞動強度大等環節，大力推進智能巡檢機器人、施釉機器人、噴涂機器人、搬運機器人、AGV等行業專用工業機器人的應用；攻克新型干法水泥全流程智能化生產線、玻璃纖維池窯智能化低碳化生產裝備、玻璃纖維制品智能化生產裝備、玻璃制造智能化成套裝備等建材工業細分領域專用智能制造裝備及產線，加大行業傳統落后產線智能化升級改造力度。

加深制造裝備與新技術的融合應用程度，持續提升行業生產裝備智能化水平。建材行業將進一步推動數字孿生、人工智能等新技術與煅燒、均化、熔化、退火、成型、燒結、磨邊等關鍵生產工藝裝備的創新融合，深化生產制造裝備與智能感知、知識挖掘、工藝分析、系統仿真、人工智能等技術的集成應用，專項研發以智能感知、智能控制、智能執行、智能檢驗為主的單元裝備，研制一批融合數字孿生、大數據、人工智能、邊緣計算、5G 等新技術的智能工控系統、智能工作母機、協作機器人、自適應機器人等，進一步提升我國建材行業自動化、網絡化、智能化技術裝備成套能力。

（二）智能化技術創新發展趨勢

建材行業將進一步加強產學研用的融合創新，重點圍繞設計、生產、管理、服務等制造全過程，推進科研院所、高校、龍頭企業等科研力量優化配置、促進資源共享，全面提升建材行業技術創新水平，開展重點領域前沿技術攻關和儲備。

（1）加強智能化核心技術攻關。突破建材產品優化設計與全流程仿真、基于機理和數據驅動的混合建模、多目標協同優化等基礎技術，研發并推廣原料和配料控制、窯爐控制、冷端控制、現場多維智能感知、基于人機協作的生產過程優化、裝備與生產過程質量在線精密檢測、生產過程精益管控、裝備故障診斷與預測性維護、復雜環境動態生產計劃與調度、生產全流程智能決策、供應鏈協同優化等共性技術及建材行業適用的研發設計類、生產管控類、能源管理類、生命周期管理類、決策支持類等關鍵核心工業軟件[3]。

（2）加快新興技術的推廣應用。持續推動5G、大數據、人工智能、工業互聯網等新一代信息技術與原料配制、成型、固化、加工和包裝等生產工藝的深度融合，進一步探索5G、人工智能、大數據、邊緣計算等技術在建材行業智能礦山、質量在線檢測、過程控制、工藝優化、計劃調度、設備運維、能源管控、管理決策等環節的融合應用[4]。

（3）加速系統集成技術開發。行業重點企業需要強化與供應商的合作，重點開發基于信息模型和標準接口的可復用數據集成技術，制造裝備、產品設計軟件、管控軟件、業務管理軟件等之間的業務互聯技術，面向產業鏈供應鏈協同的包含訂單、質量、生產等內容的企業信息交互技術，公有云、混合云和邊云協同的靈活云化部署技術，涵蓋設計、生產、管理、服務等制造全過程的復雜系統建模技術，基于模型的價值流分析和優化技術，全面提升產業上下游、企業間及企業內部協同能力。

（三）智能化推廣應用發展趨勢

智能制造屬于一項系統性、復雜性工程，不同規模、不同細分領域企業實施路徑均存在一定差異，其智能化推廣應用發展趨勢略有不同，主要呈現以下特點。

（1）集團型企業智能化應用趨勢主要是從單個或局部應用開始試點，試點成熟后向集團內部全面推廣，搭建集團級運營管控平臺、工業互聯網平臺，實現跨部門、跨系統高效協同，切實提升集約管控能力。

（2）生產企業（工廠）智能化應用趨勢主要是面向生產過程關鍵環節開展智能化改造，針對繁重危險、高精度崗位實施“機器換人”，加快窯爐優化控制、智能倉儲物流、設備巡檢維護、質量智能在線檢測等智能制造場景建設，并逐步實現全流程智能化管控。

（3）中小企業智能化應用趨勢主要以數字化改造為主，應用現有成熟的解決方案開展裝備聯網、關鍵工序數控化、業務系統云化等改造，推動工藝流程優化、技術裝備升級。

四、建材行業智能化發展存在的不足

雖然建材行業智能化發展取得了較大進步，但是和行業國際先進水平以及其他智能化發展領先行業相比，還存在一定的差距，主要表現在以下方面。

（一）行業智能化發展不平衡

建材行業智能化發展不平衡體現在兩個方面：一是細分行業智能化發展不平衡，建材行業細分產業眾多，水泥、玻璃等行業智能化發展較快，成效也較為明顯，但混凝土與水泥制品、墻材、非金屬礦等行業大多還處在自動化發展階段；二是企業智能化發展不平衡，重點骨干企業對智能制造高度重視，智能化升級投入動力和能力較強，智能化發展水平和效果較好，但建材行業眾多中小企業對智能制造的重視程度不夠，智能化升級改造投入動力不足，智能化發展較為緩慢。

（二）智能制造關鍵技術自主研發能力不強

雖然建材行業智能化發展取得長足進步，但是在智能化裝備、工業軟件等關鍵技術方面仍存在自主研發能力不強的突出問題，制約了建材行業智能化發展水平，也不利于行業的安全高質量發展。

（三）行業數字化基礎有待加強

一方面，現有數字基建無法完全滿足智能工廠改造需求，網絡安全工作開展相對緩慢，網絡的高實時性、高穩定性有待進一步提升；另一方面，部分企業仍未建立統一的數據集成和管理平臺，數據未實現全面分析與利用，無法為企業各層級的管理和決策提供有針對性的數據支撐。

（四）既懂OT 又懂ICT 技術的復合型人才不足

隨著智能化發展的不斷深入，行業對人才的要求也越來越高。目前，建材行業既具備行業專業知識技能又懂信息技術的復合型人才缺失，制約了行業智能化發展水平的進一步提升。

五、加快建材行業智能化發展的建議

（一）加快突破一批關鍵核心技術

依托建材骨干企業推動關鍵共性技術研究以及智能部件、裝備、系統研發。引導各類企業加大研發投入，開展適用于建材工業的智能傳感器、神經網絡芯片等基礎元器件以及工業機器人、智能交互系統等智能產品的研發與應用，加快突破智能控制與優化、數據采集與分析、故障診斷與維護等一批核心技術，夯實建材工業智能制造硬件和軟件基礎。

（二）加強智能制造試點示范和推廣應用

加快實施建材行業窯爐優化控制、智能倉儲物流、設備巡檢維護、在線監測檢測等先進技術方案，培育一批集智能生產、智能運維和智能管理為一體的建材行業智能工廠，打造一批安全、高效、綠色的數字礦山，在行業內大規模復制推廣，發揮智能制造標桿企業的示范引領作用。

（三）積極推動工業互聯網應用

鼓勵建材企業積極探索“5G+工業互聯網”，應用大數據、數字孿生、人工智能等新一代信息技術，加快無人駕駛、安全生產、質量追溯、虛擬工廠等特定場景與工業互聯網深度融合；加快建材行業工業互聯網標識解析二級節點的應用；大力發展建材行業工業互聯網創新應用平臺，加快開發建材工業APP，推動建材企業和設備上云上平臺，實現制造資源和制造能力互聯互通。

（四）加快形成一批智能制造系統解決方案

鼓勵供應商與建材企業加強供需對接、聯合創新，結合窯爐控制、物流倉儲、在線檢測等關鍵環節智能化需求，針對生產計劃優化、設備運維、質量管控、能源管理等典型場景，提煉形成若干套輕量化、易維護、低成本的解決方案。加快建材行業智能制造系統解決方案供應商培育，提供專業化、高水平、一站式集成服務，滿足建材行業智能化發展需求。

（五）持續推進智能制造標準化工作

動態優化建材行業智能制造標準體系，加快開展水泥、玻璃、建筑衛生陶瓷等領域智能裝備、智能礦山、智能工廠等關鍵技術標準的研制。加強智能工廠、智能礦山建設、新技術應用等重點標準的試驗驗證力度與應用試點廣度，推動試點成果在行業企業的推廣應用。