農藥制劑生產的創新驅動與人工智能的融入

冷 陽

(上海市農藥研究所，上海 200032)

農藥制劑生產的創新驅動與人工智能的融入

冷 陽

(上海市農藥研究所，上海 200032)

以“中國制造2025”，邁入制造強國的發展戰略為指導，通過與世界農藥制造強國制劑產業化技術創新發展歷程的比較，歸納了中國農藥制劑生產技術發展成績，分析了存在的差距、壓力和發展的機遇。提出了中國農藥制劑生產要把第1次技術提升的后續工作和第2次提升的任務結合起來實施，融入智能、創新驅動、“彎道超車”、加速發展的觀點，并對一系列技術創新的啟動分類作了剖析和論述。

農藥；制劑生產；工程技術；智能；創新

1 第4次工業革命與農藥制劑生產

1.1 第4次工業革命與人工智能

近200多年來，人類通過3次工業革命使世界文明的發展的各項指數超越了數千年社會發展的總和。

第1次工業革命始于1775年瓦特改造蒸氣機，第2次始于19世紀末的電氣化革命，第3次始于20世紀50年代的自動化和計算機革命。而改變世界發展進程，助力全人類發展目標，席卷世界的第4次工業革命如海嘯一般已席卷而來了。

一般認為第4次工業革命始于21世紀初，是以數字技術融入一系列科學技術為基礎而掀起的，盡管對人類社會經濟發展的終極影響無法預測。但以下判斷已形成共識：⑴ 發展速度：非線性，呈現出指數級；⑵ 廣度與深度：給經濟、商業、社會和個人帶來前所未有的改變；⑶ 系統性影響：它包含國家、公司、行業之間(和內部)以及整個社會所有體系的變革；⑷ 核心驅動力：人工智能將成為經濟發展的新引擎。

1.2 智能制造將成為中國制造業發展的核心技術

目前面臨新一輪工業革命，制造業首當其沖。有人將此次工業革命簡稱為第4次工業革命，亦稱“網絡化”革命。為了搶抓人工智能發展的重大戰略機遇，構筑先發優勢，加快建設創新型國家和世界科技強國，2015年5月8日國務院印發了《中國制造2025》的通知，提出了到2050年前分“三步走”實現制造強國的戰略目標，并部署了我國實施制造強國戰略第1個10年的行動綱領。

第1步：2025年，邁入制造強國行列。第2步：2035年，達到世界制造強國陣營中等水平。第3步：新中國成立100周年時，綜合實力進入世界制造強國前列。

“中國制造2025”的主題是：創新驅動發展；發展主線是：信息化與工業化深度融合；主攻方向是：推進智能制造。

2017年7月8日國務院公開發布了《新一代人工智能發展規劃》，規劃的實施必將促使我國經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。

“中國制造2025”戰略必將會在人工智能同步發展的經濟社會環境中實施。

1.3 中國農藥制劑生產未來

中國制劑生產將迎來浴火重生般的轉型升級，制劑研發和加工技術成為企業發展的2個輪子同步創新驅動。車間將成為構建綠色制造體系的主戰場，人工智能將先后融入制造過程、企業管理、新品研發、營銷服務等。優勝劣汰，未來的農藥制劑加工業將是強者的組合。農藥原藥和有關助劑將會同步邁入制造強國的行列，并向目標世界制造強國前列繼續前進是我國農藥制造的發展目標。

2 世界農藥制劑產業化技術的發展

2.1 發展歷程

農藥工業誕生于20世紀40年代末期，農藥制劑加工技術的發展歷經了世界第3次工業革命的全過程，分為3個階段：⑴ 20世紀40年代末至70年代初：作坊式生產階段；⑵ 20世紀70年代初至20世紀末：流程型、自動化制造技術的開發和產業化階段；⑶ 21世紀初開始進入大數據等支撐下的智能化生產階段。

第1次提升由60年代末的全球環保風暴而引發。第2次提升因全球第4次工業革命而被推動。

2.2 農藥制劑流程型、自動化工程技術的發展

農藥制劑加工的流程型、自動化工程技術是第3次工業革命的成果，誕生于農藥制造強國。20世紀60年代末的世界環保風暴推進了新一代原藥、環境友好新劑型和制劑加工工程技術的科技創新。經歷了10多年的前期研發，20世紀80年代農藥制劑生產迎來了流程型、自動化升級改造的高峰。

2.2.1 在日本的發展

1983年日本農藥株式會社投資建設福島(二本松)制劑生產廠，到80年代末形成的生產能力為液劑(EC/SC) 6 000 t/年，粉劑(DP/WP) 23 000 t/年，制劑品種300個，1條SC生產線和7條粉體制劑生產線，流程的自動化程度很高。可濕性粉劑生產全流程采用計算機控制，包裝全過程自動化，由電腦控制機械手操作。粉塵、廢水的處理(包括生化處理)全部配套。

1988年7月，住友化學工業公司耗資80億日元(約合當時的6 300萬美元)建成了亞洲最具現代化的農藥安全評價中心，建筑面積22 000 m2(9層)，擁有130臺計算機終端全部聯網控制。

2.2.2 在美國的發展

孟山都公司于1984年投資1.5億美元建成了植物科學研究中心，配備了1 100名(280名博士)研究人員從事生物工程研發。樓頂設有26間大溫室，面積共計10 000 m2。總部附近還設有123間人工氣候室，采集了全球代表性的35種土壤，可模擬世界各地的氣候條件開展農藥應用研究。

同期，羅門哈斯(現陶農科公司)建成3 000 t/年噴霧干燥-高溫絡化加工代森錳鋅WP的自動化控制生產線。

當時，美國的農藥、化肥、種子等的銷售和耕作全過程服務已聯網到農戶電腦終端。

2.2.3 在歐洲的發展

英國ICI公司(后為捷利康，現為先正達)在20世紀70年代中期組織了實力雄厚的多專業專家合作隊伍，對SC、WG、CS等農藥新劑型從理論研究到試驗制備，從工程化開發到專用機械的科技創新，從工藝控制到廢水處理等進行了全方位的系統研究。20世紀80年代在倫敦郊區建立了全球聞名的YALDING技術中心，設有最早的水基化農藥劑型先導型工廠，其懸浮劑生產能力每年達萬噸，加工多個殺蟲、殺菌劑品種和種衣劑。通過10多年努力，使英國成為懸浮劑開發推廣最快的國家之一

20世紀90年代，國際農藥制劑加工業在80年代所獲成果的基礎上普遍開展了調整、完善、提高和推廣，到20世紀末，形成了現代農藥流程式、自動化加工技術體系。

2.3 21世紀以來，一系列具有第4次工業革命特征的技術創新已啟動

這些技術創新包括：⑴ 人工智能、生物工程技術等融入制劑加工的深度和廣度加速，例如：2000年，南歐某農藥加工中心，建成萬噸級連續化界面聚合制微囊懸浮劑生產線，并實現了加工過程數字化控制。這是該企業從20世紀90年代起，組織了多學科技術人員歷經8年多攻關才建成的。2001年歐洲中部某農藥加工中心與陶氏合作建成了4 500 t/年75%毒死蜱CS-WG(雙-系統噴霧干燥塔，)生產車間，將連續化界面聚合和噴霧造粒2個加工過程相結合，并實現了數字化控制。⑵ 高通量平臺用于制劑產品研發和加工過程的工藝條件篩選。⑶ 數字技術和清潔生產/防交叉污染技術的融合。⑷ 數字技術和種子/發芽及種衣劑加工技術的融合。⑸ 作物栽培/植保/農藥制劑加工與數字技術的融合。

2.4 伴生現象

世界農藥及制劑加工業的長期快速發展，產生了一系列伴生現象，有3點值得重視：⑴ 從20世紀末起，20多年來農藥公司的兼并和重組延續至今，愈演愈烈。⑵ 形成了一批技術先進的加工中心。⑶制劑加工向農藥使用地轉移和延伸。

3 中國農藥制劑產業化現狀

3.1 已成為制劑生產和出口大國

目前，中國農藥折百生產量已達到130萬t左右，占全球農藥折百使用量的約48%。制劑產能已超500萬t/年以上，年產各類制劑近250萬t，其中國內種植業：120萬t (折原藥30～35萬t)，國內非農：30萬t；出口：近100萬t。

21世紀初以來的環境友好新劑型的推廣和2010年以來制劑工程技術水平大規模的產業化提升推進了中國農藥制劑進入制造大國。2011年以來，出口農藥制劑呈逐年攀升而原藥呈逐年下降的勢頭(表1－2)。

表1 2011－2016中國農藥制劑出口比重上升

由表1可知，中國農藥制劑出口份額占比逐年攀升，數量增速快，出口金額占比穩步增長。2016年制劑出口數量和金額所占比重分別比2011年增加約10%和6%。

表2 2011－2016中國農藥原藥出口比重遞減

由表2可知，中國農藥原藥出口數量逐年減少，金額占比穩定在60%左右。2016年原藥出口數量和金額所占比重分別比2011年下降約10%和6%。

3.2 中國農藥制劑產業化技術發展歷程

2005年前，以作坊式生產為主，劑型以EC、WP等為主。2005年以來，逐步發展成以流程型生產為主導。伴隨著EW、SC、WG等環境友好農藥新劑型的推廣和普及，制劑產業化的技術進步快速發展。2010年以來，制劑產業化水平的提升進入高潮期，至今方興未艾。

3.3 制劑生產線技改和創新的主要成果

⑴ EC、SL、EW、ME等制劑生產線：革除了磅秤、高位槽等陳舊的進料系統，取消了勞動密集型的手工灌裝，簡化生產流程，使用計量模塊、積分式流量計等直接投料，生產線縱向布局并連接到自動或半自動包裝線。

⑵ SC、FS、OD等懸浮液制劑生產線：淘汰了球磨機、砂磨鍋等粗曠的濕磨裝備，設計和推廣了低溫連續化沙磨(硃磨)制劑生產線，匹配了相應的自動或半自動包裝線，普及了L形的生產線布局。

⑶ WP等粉體制劑生產線：革除了雷蒙機等粉碎系統和原始的手工包裝，普及了氣流粉碎制粉體制劑的連續化生產流程和除塵系統，配套了粉體自動包裝線或手動包裝機械。

⑷ WG制劑生產線：開發和新建了多套擠壓法連續化WG生產線。針對農藥類別單一、產量較大的WG生產，開發投產了一批從粉碎-制粒-干燥-包裝、跨多個工段的全流程連續化生產線。

⑸ 新制劑、新工藝制劑生產線：界面聚合或原位聚合制CS生產線、噴霧干燥制WG生產線、WG(泡騰制劑)生產線、GR(飄浮大粒劑)制粒-包裝連續化生產線、噴霧干燥-沸騰床造粒全流程智能操作制WG(或SG)生產線(國外引進并合作開發)。

⑹ 以安全和清潔生產為主線科學設計制劑工廠和車間布局的觀點，農藥制劑生產需要在工程技術水平上大幅度提升的觀點，生產管理中重視交叉污染防范的觀點等，已在多家制劑企業中得到體現。

3.4 壓力和機遇

3.4.1 差距和壓力

盡管2010年以來的加速發展使中國與國際先進水平的差距明顯縮短了，但應看到中國農藥制劑生產普遍技術提升的高潮期比國際農藥跨國公司晚了20年，現所獲成績只能算初戰告捷。目前多數企業仍面臨三大壓力：⑴ 環保風暴；⑵ 安全監管；⑶ 以產品質量、產品安全為核心的市場競爭。

3.4.2 抓住機遇，“彎道超車”

當前，國際農藥制劑生產正以人工智能融入為標志開展第2次提升，此為中國農藥的發展提供了1次重要的歷史機遇。抓住機遇就是要把當前第1次提升的后續工作和第2次提升的任務結合起來實施，“彎道超車”，加速發展。

4 目標“中國制造2025”，加速農藥制劑工程技術的創新

4.1 抓緊完善，加速人工智能的融入

近年來所設計投產的多條流程化、自動化生產線，顯著提升了我國農藥制劑的產業化水平。但應看到在工程技術方面依然較為粗糙，需要進行調整、完善。在此基礎上融入人工智能，才能真正成為工藝控制穩定、制造過程流暢、產出指標先進的智能生產。

目前已經暴露，需要調整、完善的問題有：⑴ 適合農藥制劑生產的粉體清潔投料裝置。⑵ 粉體制劑流程中旋風分離和袋式除塵的功能合理分配。⑶ 固體制劑流程中，粉體的移出、中轉、輸入的清潔化、自動化設計。⑷ WG、GR等制成品提升輸送的合理設計。⑸ 懸浮制劑投料釜中混合物料輸出結構及閥門、管道的防堵塞設計。⑹ 砂(硃)磨機料泵的配置及穩定料壓設計。⑺ 砂(硃)磨機產出量和效率的熱平衡和冷媒的匹配。⑻ 懸浮劑生產用均質機規格的合理配制。⑼ 懸浮制劑成品料罐、出料管與包裝線連接的合理設計。⑽ 其他。

4.2 智能制造創建的組合推進

根據農藥制劑生產的特點，可將其分成4個板塊分類開發，協調推進。

4.2.1 制劑產品的智能化包裝系統開發

此板塊包括建立液體制劑、粉體制劑、粒狀制劑、水溶性包裝等的各種包裝規格的瓶裝、袋裝智能包裝線。

4.2.2 流程型農藥制劑生產的智能制造線的開發

此板塊包括建立液體制劑(EC、SL、EW、ME等)連續化智能生產線；懸浮制劑(包括SC、SE、OD等)連續化(或分段連續化)智能生產線；粉體制劑(包括WP、DP等)的連續化智能生產線；WP-WG的水分散粒劑的連續化(或分段連續化)的智能生產線；SC-WG的連續化智能生產線；其他可實現流程型工藝的制劑加工智能生產線。

4.2.3 相關裝備的人工智能開發

此板塊包括分段連續化智能生產線中工段間物料銜接的人工智能器械的開發；車間安全生產、工業衛生、三廢處理等系統的數字化開發；涉及到上述4.1中對生產流程穩定性、流暢性和產出指標先進性有負面影響的關鍵裝備，需要改進、創新或更換。

4.2.4 離散型農藥制劑生產的人工智能開發

不能組建成流程型制造的小規模、多品種制劑生產，按離散型生產的特點對生產過程進行科學組合后，進行人工智能制造的開發。本文不作贅述。

以上第2板塊“流程型智能制造線的開發”是主體，是農藥制劑中國制造核心技術水平的體現。當前迫切需要一批企業成為智能制造的先行者，在業內建成相應的示范工程，推動中國農藥制劑加工整體水平的提高。第3板塊“相關裝備的人工智能開發”，需要與裝備制造企業合作開發，目標相應的世界名牌設備組織攻關，并融入人工智能控制，為實現農藥制劑中國制造2025的目標奠定裝備基礎。對有關裝備制造企業而言，是一次難得的創新發展機遇。

4.3 同步創建標準體系

編制相應的劑型生產標準是鞏固取得的工程化技術成果，推進技術進步的有力工具，也是企業技術水平、產品質量和信譽的重要標志。與制劑生產的技術創新同步創建標準體系將會有力推進中國農藥制劑邁入制造強國行列。

4.4 制劑加工業務布局調整的發展趨勢

隨著制劑加工科技進步的加速，科學和經濟規律將引導我國農藥加工業務布局的調整，主要表現在：⑴ 委托加工業務的興起。⑵ 制劑加工中心的形成和壯大。⑶ 專利技術、專有技術的有償轉讓。⑷ 優勝劣汰，企業兼并重組。

4.5 融入智能，加速關鍵技術的產業化開發

在世界農藥制劑領域，當今一系列具有國際領先水平的產業化成果都是通過將數字技術融入開發而得。我國要打造制劑加工強國，需要對準一系列關鍵技術，融入智能，加速開發。這些關鍵技術包括：

⑴ 針對制劑產出，設立進行個性化設計、加工的噴霧造粒制WG的裝備和生產控制軟件。⑵ 智能化噴霧干燥-沸騰床造粒連續化制WG無人現場操作系統的國產化生產裝置。⑶ 連續化界面聚合制微囊懸浮劑生產流程和智能控制系統。⑷ 連續化界面聚合制微囊懸浮劑-噴霧造粒制WG生產流程和智能控制系統。⑸ 連續化噴霧造粒生產乳粒劑及智能控制。⑹ 種子處理技術及種子丸粒化生產的智能控制系統。⑺ 構筑種子發芽與種衣劑配方、工藝條件智能篩選平臺。⑻ 高通量篩選平臺的建設和在制劑配方以及制備工藝研究方面的應用。

表3 1992年英國ICI公司YALDING農藥制劑技術中心(附中試工廠)人員組成

4.6 農藥制劑工程技術人才隊伍的建設

農藥制劑工程技術人才是中國農藥制劑業亟需的一支技術力量。20世紀90年代初，英國ICI公司(后為捷利康，現為先正達)的YALDING農藥制劑技術中心共有固定人員(年薪制)174人，其中劑型開發30人，工程研究22人(表3)，可見制劑工程技術對制劑加工技術進步所起的重要作用。

現今，需要造就的是同時掌握化學工程和數字技術，又熟悉農藥制劑的復合型人才隊伍。同時需要一批有眼光的企業家聯合有關高校通過實踐的磨練來培養。誰擁有這批技術力量，誰就有可能在邁進農藥制劑制造強國的征途中走得最快。

[1] 中華人民共和國國務院. 國發(2017)35號 國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[EB/OL]. (2017-07-20). http://www.gov.cn/zhengce/ content/ 2017-07/20/content_5211996.htm.

[2] 中華人民共和國國務院. 國發(2015)28號 國務院關于印發《中國制造2025》的通知[EB/OL]. (2015-05-19). http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[3] 克勞斯·施瓦布(Klaus Schwab). 第四次工業革命：轉型的力量[M].北京: 中信出版社,2016.

[4] 張文君. 拓寬需求端，助力中國農藥供給側改革[C]//貿促會化工行業分會. 第十一屆中國農藥工業發展國際論壇報告集. 上海: 貿促會化工行業分會,2017.

[5] 冷陽. 中國農藥制劑技術發展方向試析[J]. 世界農藥,2017,39(1): 1－8.

[6] 冷陽. 農藥固體制劑清潔生產流程的設計思路和實踐[C]//中國農藥工業協會. 第三屆環境友好農藥制劑加工技術及生產設備研討會報告集. 昆山：中國農藥工業協會，2012.

[7] 冷陽. 農藥制劑工程技術的現狀和開發[J]. 世界農藥,2011,33(5):49－53.

[8] 冷陽. 農藥制劑工廠總體布局的設計思路[C]//中國農藥工業協會.第二屆環境友好農藥制劑加工技術及生產設備研討會報告集. 蘇州,中國農藥工業協會,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

冷陽，教授級高工、國務院特貼專家、原聯合國南通農藥劑型開發中心主任，現任上海市農藥研究所顧問。長期從事精細化工、農藥、劑型及助劑研發，并就水基化農藥新劑型技術多次赴歐美深造、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場價值將達32.9億美元

據某美國市場研究機構最新發布的報告，全球生物刺激素市場的復合年增長率預計達10.43%，將從2017年的20億美元增至2022年的32.9億美元。為實現農業發展可持續性，生物刺激素因易于應用，靶向專一，對環境和人體健康危害小，能減少有害化學物質使用等特性而受到偏愛。從作物類型來看，2016年生物刺激素在行栽作物上的應用最多；從應用方式來看，2016年葉片噴灑占到了最大的市場份額；產品類型方面，2017年至2022年微生物改良產品的市場復合年增長率預計最高。

（世界農化網）