關鍵詞：間歇生產；多配方；批量生產；柔性自動化

1   流程行業間歇性生產的新挑戰與轉型必然性

間歇性生產廣泛應用于制藥、精細化工、特種化學品及食品飲料等流程行業，其特點是依據特定配方或工單，以批次為單位進行混合、反應、分離等操作，具有清晰的批次邊界。傳統間歇模式因能利用同一設備實現多品種、小批量的生產 [1] ，并保障工藝獨立性與配方切換靈活性，長期以來在醫藥、電解液、涂料等領域占據重要地位。然而，隨著“工業4.0”的深化與“中國制造2025”戰略的實施，制造業競爭范式發生根本轉變。市場對產品個性化與迭代速度的要求不斷提升，疊加全球供應鏈的不確定性，企業必須構建更強的應變韌性，以更快速度、更低成本、更可持續地將新產品推向市場。

傳統間歇生產存在的批次周期波動大、設備利用率低、質量穩定性不足、生產、包裝、倉儲、質檢等系統間信息孤島嚴重等問題，在當今環境下被進一步放大。推進自動化、數字化與數據基礎設施建設，已成為企業實現可持續增長的必然選擇。實現全價值鏈的柔性自動化與全局協同，不僅要求過程控制系統本身具備高靈活性，更需實現生產自動化、包裝自動化、智能倉儲及物流、質量管理系統與企業信息平臺之間的無縫集成和全局協同。這不僅是技術層面的升級，更是企業面向未來、踐行“以銷定產”模式的關鍵戰略抉擇。

2   柔性自動化的核心架構

柔性自動化是一個融合多系統的生態體系，其成功的關鍵在于能夠實現兩個維度的深度融合：在物理架構上，打通從現場設備、自動化智能控制到管理決策的數據通道；在生產運營上，實現研發、中試、生產、包裝、倉儲、質檢等業務環節的全面連接（如圖1所示）。

圖1 柔性自動化的生態體系的架構

該體系以DeltaV Batch批次控制系統為核心執行層，通過與現場智能設備及PLC等成套設備的無縫集成，實現從進料、生產到成品包裝的全流程自動化控制。 Process MES作為運營樞紐，打通原料管理、生產計劃下發、質量檢驗、成品包裝等環節， 實現信息流與數據流的同步。將排產系統的訂單與配方信息轉化為生產訂單，  一鍵下發至DCS，啟動批次生產， 完成后按需聯動切粒、包裝等下游環節， 同時將生產數據實時反饋至關聯系統。結合實時排產系統（Real-Time Scheduling， RTS），通過采集并分析來自DCS、PLC、MES等系統的全廠數據， 依據實際生產進度動態調整計劃、自動處理沖突、快速響應偏差， 從而實現產能最大化與成本最優化。針對產品迭代迅速的生命科學等行業，流程與知識管理軟件（Process and Knowledge Management， PKM）支持配方數字化管理與高效的工藝技術轉移， 將研發成果快速、可靠地推向大規模生產， 顯著縮短轉移周期， 加速新產品上市。此外， 數字孿生技術被深度融入研發、中試、調試與培訓等多個場景， 通過虛擬的數字工廠實現工藝建模、參數優化仿真及沉浸式操作培訓， 賦能企業運營優化和人員升級。所有系統數據最終匯入企業數據湖， 通過可視化報表、“黃金批次”分析高級分析實現生產績效的實時監測與預測優化， 形成數據驅動并持續改進閉環， 全面提升生產效率、質量與運營水平。

3   柔性自動化的關鍵使能技術及生產實踐

本文結合艾默生過程控制有限公司的解決方案， 闡述間歇生產過程柔性自動化的關鍵技術與應用實踐。通過批量生產自動化、訂單自動下發、計劃實時更新、 一鍵式技術轉移等技術的集成， 賦能企業實現從間歇到敏捷的數字化轉型，保障多品種、小批量生產的持續、高效與高質量運行。

3.1   批量控制系統

DeltaV Batch是集成于DeltaV DCS的批量控制

解決方案，與DCS統一的工程環境大幅縮短了編程與工程設計時間，并可整合工廠的實時歷史數據、批次記錄、事件與生產數據，易于實現滿足cGMP規范項目執行[2] ；版本管理、權限控制與電子簽名等功能極大地簡化了變更管理流程[3] ；通過集成設備與工藝診斷機制， 能實時監測生產過程中的設備故障與工藝異常，避免非計劃停車[4] ；提升工藝可靠性與生產效率；配合配方管理、動態單元選擇與設備仲裁等功能， 實現靈活的生產排程與生產線分配，在無異常情況下可實現全流程自動化生產， 最大限度降低批次間差異。實踐表明， DeltaV Batch已助力Elekeiroz[5]公司在五個生產區域實現產能提升5%并提高產品質量；幫助宜化集團靈活應對PVC生產復雜性，效率提升10%[6] ；使Harcros公司批次處理時間縮段，效率提高15%，總產能提升12%[7]。

3.2   DeltaV Batch實現系統間動態協同

3.2.1   生產過程防呆防錯

針對需人工投料、倒料等環節，采用DeltaV Batch結合掃碼槍的方案可實現精準防錯：

? 將物料信息、批次號、生產產品等數據固化于DCS程序中；

? 在投料環節激活掃碼槍，并將操作指令推送至現場手持終端；

? 通過掃碼確認物料種類與數量，驗證無誤后方開啟反應釜投料口，確保人工操作可控。

3.2.2   DeltaV Batch與Process MES的動態協同

傳統批次生產中，操作員需手動創建批次、選擇配方與設備。在多批次、快節奏場景下，仍依賴大量人工操作。 DeltaV Batch提供的生產計劃集中管理功能支持批量創建與自動啟動批次， 實現連續迭代生產， 減少人工干預與操作失誤。針對多工廠、多產線的企業級調度需求， 系統支持通過開放接口實現配方與生產計劃的自動導入、下發與執行。

3.3   Process MES

Process MES具備訂單排產、轉換、配方管理、狀態跟蹤與報表生成等功能，支持與ERP、DCS、PLC、倉儲等系統的動態協同。

（1）與DCS協同：打通ERP至DeltaV DCS的數據通道，實現排產到生產的自動聯動。生產計劃可直接下發至DCS，觸發“一鍵生產”，操作員僅需監控流程，避免手動調取配方導致的錯料風險。計劃變更時，系統自動觸發審批與物料聯動調整，實現物料平衡。某用戶實踐表明，集成后配方調用操作年減少15000次，郵件溝通降低80%，數據核對減少90%，工程師排產時間每周節約2小時。

（2）與倉儲系統協同：通過MES與WMS集成，系統可根據生產計劃提前調度AGV或堆垛機，在投料前將原料精準配送至線邊倉或投料站。生產完成后，自動調度AGV運送成品至指定庫位。

（3）與LIMS協同的一體化質量管控： MES依據SOP自動發起采樣指令，關聯批次與樣品信息，檢測結果通過LIMS自動回傳至MES與DCS，大幅縮短樣品測試與報告周期，加速批次處理。

3.4   實時排產系統（RTS）

為實現精益生產， 需依托柔性實時排產系統。傳統排程工具難以動態響應插單、設備故障等突發狀況。 RTS通過與DCS、MES、ERP等系統深度集成，實時采集與分析全廠數據，動態更新生產計劃，快速響應突發事件并自動化解沖突，有效消除基于表格與手工操作帶來的誤差與延遲。

3.5   一鍵技術轉移

PKM（流程與知識管理）平臺支持從研發到商業化生產的全生命周期配方與工藝管理。其無代碼、網頁化界面提供拖拽式流程建模、參數計算與模板復用功能，減少對Excel與手工文檔的依賴，提升數據完整性與合規性。 PKM可與ERP、MES、 LIMS、DCS等系統靈活集成，促進跨部門、跨地域協作，加速技術轉移與新產品上市。

3.6   數據湖

數據湖平臺集成生產、包裝、實驗室、維護等多系統數據，實現全流程數據的采集、存儲、上下文關聯與可視化。支持批次數據、報警事件、文件文檔等多類數據，可與DCS、PLC、MES、LIMS等主流系統無縫對接，幫助企業構建符合ISA-S88等標

準的統一數據倉庫與批次記錄。通過高效數據采集與實時分析，提升生產透明度、支持批次追溯、異常分析與工藝優化，加速批次放行。平臺具備擴展性與安全性，支持本地、云端或混合部署，助力企業全球數據統一管理與數字化轉型。

3.7   數字孿生

數字孿生通過數字化模型動態映射物理資產、生產過程或全廠運行狀態，支持工藝設計驗證、自動化測試、虛擬調試、操作培訓、生產優化與資產管理等場景。企業可在虛擬環境中提前測試控制策略、開展“虛擬投產”，縮短項目周期、降低風險；操作人員可通過仿真進行啟停與異常工況培訓，提升操作安全與技能。結合高級分析、機器學習與IoT傳感技術，數字孿生還能實現預測性維護、能效優化與全生命周期管理，推動生產向更高效率、可靠性與可持續方向發展。

4   結論與展望

柔性自動化生態體系通過打通數據孤島，實現了DCS、PLC、倉儲、質檢等多系統在企業層面的動態協同，賦能企業將研發與中試經驗快速應用于生產，并通過動態調度與實時分析減少非計劃停機、提升生產節拍與設備利用率，最終提高產品質量與產量。然而，實現企業級全局協同是一項復雜系統工程，建議企業遵循“整體規劃、分步實施、價值驅動”的策略推進：

（1）奠定基礎：統一部署智能現場設備與控制系統，實現核心過程控制DCS與MES的集成，打通生產主流程。

（2）擴展延伸：逐步集成LIMS與QMS， 構建數字化質量與實驗室管理；聯動WMS與包裝PLC，優化物流與包裝效率。

（3）智能優化：引入并深化高級分析應用，基于全量數據實現黃金批次分析、能效優化等智能場景。

從間歇到敏捷的轉型， 是流程工業應對時代挑戰的深刻變革。以DeltaV Batch為控制核心、Process MES為運營樞紐，深度融合包裝PLC、智能倉儲、LIMS、QMS及企業IT基礎設施的柔性自動化生態，為企業奠定了堅實的數字化基礎。該體系不僅實現了生產內部的柔性，更推動了生產與供應鏈、物流、質量管理的全局協同，從而在效率、質量、敏捷性與合規性上產生倍增效應。這標志著間歇性生產企業從自動化孤島走向智能化網絡，從成本中心轉型為數據驅動的價值創造中心。

展望未來，隨著人工智能、5G等技術的發展，柔性自動化系統將更加智能自主。 AI算法將深度融入生態，實現更復雜的調度優化；5G將支持海量IoT設備與移動機器人的高可靠連接；基于數字孿生的跨地域協同研發、遠程運維與沉浸式培訓將進一步拓展應用空間。面對未來，率先完成全方位數字化轉型的企業，必將贏得可持續的競爭優勢。

參考文獻：

[1] 特倫斯·布萊文思, 馬克·尼克松. 控制回路基礎—批量過程和連續過程[M]. 北京: 清華大學出版社, 2017: 229 - 230.

[2] Contract Manufacturer Cedarburg Pharmaceuticals Taps DeltaV? System's "Built For Batch" Flexibility[EB/OL]. https://www. emerson.com/documents/automation/case-study-contract-manufacturer-cedarburg-pharmaceuticals-taps-deltav-system-s-built- for-batch-flexibility-en-56814.pdf.

[3] Anti-cancer Compound Maker Indena Chooses DeltaV? System for Batch Process Automation Results[EB/OL]. https://www. emerson.com/documents/automation/proven-results-indena-deltav-en-6569514.pdf.

[4] DeltaV? and PlantWeb?Architecture Delivers Plant Flexibility, Performance at Carlton and United Breweries[EB/OL]. https:// www.emerson.com/documents/automation/case-study-deltav-plantweb-architecture-delivers-plant-flexibility-performance-at- carlton-united-breweries-en-56794.pdf.

[5] Scalable Digital Automation System Integrates Multiple Processes in Elekeiroz ' Plastic/Polyester Resin Plant[EB/OL]. https://www.emerson.com/documents/automation/scalable-digital-automation-system-integrates-multiple-processes-in- elekeiroz%E2%80%99-plastic-polyester-resin-plant-en-us-37280.pdf.

[6] Hubei Yihua improves operational efficiency and stability[EB/OL]. https://www.emerson.com/documents/automation/hubei- yihua-improves-operational-efficiency-stability-en-us-190124.pdf.

[7] Harcros Chemicals Increases Plant Performance and Safety with Migration to Integrated Control, Safety Solution[EB/OL]. https://www.emerson.com/documents/automation/case-study-harcros-chemicals-increases-plant-performance-safety-migration- to-integrated-control-safety-solution-deltav-en-56770.pdf.

摘自《自動化博覽》2026年3月刊