关键词：间歇生产；多配方；批量生产；柔性自动化

1   流程行业间歇性生产的新挑战与转型必然性

间歇性生产广泛应用于制药、精细化工、特种化学品及食品饮料等流程行业，其特点是依据特定配方或工单，以批次为单位进行混合、反应、分离等操作，具有清晰的批次边界。传统间歇模式因能利用同一设备实现多品种、小批量的生产 [1] ，并保障工艺独立性与配方切换灵活性，长期以来在医药、电解液、涂料等领域占据重要地位。然而，随着“工业4.0”的深化与“中国制造2025”战略的实施，制造业竞争范式发生根本转变。市场对产品个性化与迭代速度的要求不断提升，叠加全球供应链的不确定性，企业必须构建更强的应变韧性，以更快速度、更低成本、更可持续地将新产品推向市场。

传统间歇生产存在的批次周期波动大、设备利用率低、质量稳定性不足、生产、包装、仓储、质检等系统间信息孤岛严重等问题，在当今环境下被进一步放大。推进自动化、数字化与数据基础设施建设，已成为企业实现可持续增长的必然选择。实现全价值链的柔性自动化与全局协同，不仅要求过程控制系统本身具备高灵活性，更需实现生产自动化、包装自动化、智能仓储及物流、质量管理系统与企业信息平台之间的无缝集成和全局协同。这不仅是技术层面的升级，更是企业面向未来、践行“以销定产”模式的关键战略抉择。

2   柔性自动化的核心架构

柔性自动化是一个融合多系统的生态体系，其成功的关键在于能够实现两个维度的深度融合：在物理架构上，打通从现场设备、自动化智能控制到管理决策的数据通道；在生产运营上，实现研发、中试、生产、包装、仓储、质检等业务环节的全面连接（如图1所示）。

图1 柔性自动化的生态体系的架构

该体系以DeltaV Batch批次控制系统为核心执行层，通过与现场智能设备及PLC等成套设备的无缝集成，实现从进料、生产到成品包装的全流程自动化控制。 Process MES作为运营枢纽，打通原料管理、生产计划下发、质量检验、成品包装等环节， 实现信息流与数据流的同步。将排产系统的订单与配方信息转化为生产订单，  一键下发至DCS，启动批次生产， 完成后按需联动切粒、包装等下游环节， 同时将生产数据实时反馈至关联系统。结合实时排产系统（Real-Time Scheduling， RTS），通过采集并分析来自DCS、PLC、MES等系统的全厂数据， 依据实际生产进度动态调整计划、自动处理冲突、快速响应偏差， 从而实现产能最大化与成本最优化。针对产品迭代迅速的生命科学等行业，流程与知识管理软件（Process and Knowledge Management， PKM）支持配方数字化管理与高效的工艺技术转移， 将研发成果快速、可靠地推向大规模生产， 显著缩短转移周期， 加速新产品上市。此外， 数字孪生技术被深度融入研发、中试、调试与培训等多个场景， 通过虚拟的数字工厂实现工艺建模、参数优化仿真及沉浸式操作培训， 赋能企业运营优化和人员升级。所有系统数据最终汇入企业数据湖， 通过可视化报表、“黄金批次”分析高级分析实现生产绩效的实时监测与预测优化， 形成数据驱动并持续改进闭环， 全面提升生产效率、质量与运营水平。

3   柔性自动化的关键使能技术及生产实践

本文结合艾默生过程控制有限公司的解决方案， 阐述间歇生产过程柔性自动化的关键技术与应用实践。通过批量生产自动化、订单自动下发、计划实时更新、 一键式技术转移等技术的集成， 赋能企业实现从间歇到敏捷的数字化转型，保障多品种、小批量生产的持续、高效与高质量运行。

3.1   批量控制系统

DeltaV Batch是集成于DeltaV DCS的批量控制

解决方案，与DCS统一的工程环境大幅缩短了编程与工程设计时间，并可整合工厂的实时历史数据、批次记录、事件与生产数据，易于实现满足cGMP规范项目执行[2] ；版本管理、权限控制与电子签名等功能极大地简化了变更管理流程[3] ；通过集成设备与工艺诊断机制， 能实时监测生产过程中的设备故障与工艺异常，避免非计划停车[4] ；提升工艺可靠性与生产效率；配合配方管理、动态单元选择与设备仲裁等功能， 实现灵活的生产排程与生产线分配，在无异常情况下可实现全流程自动化生产， 最大限度降低批次间差异。实践表明， DeltaV Batch已助力Elekeiroz[5]公司在五个生产区域实现产能提升5%并提高产品质量；帮助宜化集团灵活应对PVC生产复杂性，效率提升10%[6] ；使Harcros公司批次处理时间缩段，效率提高15%，总产能提升12%[7]。

3.2   DeltaV Batch实现系统间动态协同

3.2.1   生产过程防呆防错

针对需人工投料、倒料等环节，采用DeltaV Batch结合扫码枪的方案可实现精准防错：

• 将物料信息、批次号、生产产品等数据固化于DCS程序中；

• 在投料环节激活扫码枪，并将操作指令推送至现场手持终端；

• 通过扫码确认物料种类与数量，验证无误后方开启反应釜投料口，确保人工操作可控。

3.2.2   DeltaV Batch与Process MES的动态协同

传统批次生产中，操作员需手动创建批次、选择配方与设备。在多批次、快节奏场景下，仍依赖大量人工操作。 DeltaV Batch提供的生产计划集中管理功能支持批量创建与自动启动批次， 实现连续迭代生产， 减少人工干预与操作失误。针对多工厂、多产线的企业级调度需求， 系统支持通过开放接口实现配方与生产计划的自动导入、下发与执行。

3.3   Process MES

Process MES具备订单排产、转换、配方管理、状态跟踪与报表生成等功能，支持与ERP、DCS、PLC、仓储等系统的动态协同。

（1）与DCS协同：打通ERP至DeltaV DCS的数据通道，实现排产到生产的自动联动。生产计划可直接下发至DCS，触发“一键生产”，操作员仅需监控流程，避免手动调取配方导致的错料风险。计划变更时，系统自动触发审批与物料联动调整，实现物料平衡。某用户实践表明，集成后配方调用操作年减少15000次，邮件沟通降低80%，数据核对减少90%，工程师排产时间每周节约2小时。

（2）与仓储系统协同：通过MES与WMS集成，系统可根据生产计划提前调度AGV或堆垛机，在投料前将原料精准配送至线边仓或投料站。生产完成后，自动调度AGV运送成品至指定库位。

（3）与LIMS协同的一体化质量管控： MES依据SOP自动发起采样指令，关联批次与样品信息，检测结果通过LIMS自动回传至MES与DCS，大幅缩短样品测试与报告周期，加速批次处理。

3.4   实时排产系统（RTS）

为实现精益生产， 需依托柔性实时排产系统。传统排程工具难以动态响应插单、设备故障等突发状况。 RTS通过与DCS、MES、ERP等系统深度集成，实时采集与分析全厂数据，动态更新生产计划，快速响应突发事件并自动化解冲突，有效消除基于表格与手工操作带来的误差与延迟。

3.5   一键技术转移

PKM（流程与知识管理）平台支持从研发到商业化生产的全生命周期配方与工艺管理。其无代码、网页化界面提供拖拽式流程建模、参数计算与模板复用功能，减少对Excel与手工文档的依赖，提升数据完整性与合规性。 PKM可与ERP、MES、 LIMS、DCS等系统灵活集成，促进跨部门、跨地域协作，加速技术转移与新产品上市。

3.6   数据湖

数据湖平台集成生产、包装、实验室、维护等多系统数据，实现全流程数据的采集、存储、上下文关联与可视化。支持批次数据、报警事件、文件文档等多类数据，可与DCS、PLC、MES、LIMS等主流系统无缝对接，帮助企业构建符合ISA-S88等标

准的统一数据仓库与批次记录。通过高效数据采集与实时分析，提升生产透明度、支持批次追溯、异常分析与工艺优化，加速批次放行。平台具备扩展性与安全性，支持本地、云端或混合部署，助力企业全球数据统一管理与数字化转型。

3.7   数字孪生

数字孪生通过数字化模型动态映射物理资产、生产过程或全厂运行状态，支持工艺设计验证、自动化测试、虚拟调试、操作培训、生产优化与资产管理等场景。企业可在虚拟环境中提前测试控制策略、开展“虚拟投产”，缩短项目周期、降低风险；操作人员可通过仿真进行启停与异常工况培训，提升操作安全与技能。结合高级分析、机器学习与IoT传感技术，数字孪生还能实现预测性维护、能效优化与全生命周期管理，推动生产向更高效率、可靠性与可持续方向发展。

4   结论与展望

柔性自动化生态体系通过打通数据孤岛，实现了DCS、PLC、仓储、质检等多系统在企业层面的动态协同，赋能企业将研发与中试经验快速应用于生产，并通过动态调度与实时分析减少非计划停机、提升生产节拍与设备利用率，最终提高产品质量与产量。然而，实现企业级全局协同是一项复杂系统工程，建议企业遵循“整体规划、分步实施、价值驱动”的策略推进：

（1）奠定基础：统一部署智能现场设备与控制系统，实现核心过程控制DCS与MES的集成，打通生产主流程。

（2）扩展延伸：逐步集成LIMS与QMS， 构建数字化质量与实验室管理；联动WMS与包装PLC，优化物流与包装效率。

（3）智能优化：引入并深化高级分析应用，基于全量数据实现黄金批次分析、能效优化等智能场景。

从间歇到敏捷的转型， 是流程工业应对时代挑战的深刻变革。以DeltaV Batch为控制核心、Process MES为运营枢纽，深度融合包装PLC、智能仓储、LIMS、QMS及企业IT基础设施的柔性自动化生态，为企业奠定了坚实的数字化基础。该体系不仅实现了生产内部的柔性，更推动了生产与供应链、物流、质量管理的全局协同，从而在效率、质量、敏捷性与合规性上产生倍增效应。这标志着间歇性生产企业从自动化孤岛走向智能化网络，从成本中心转型为数据驱动的价值创造中心。

展望未来，随着人工智能、5G等技术的发展，柔性自动化系统将更加智能自主。 AI算法将深度融入生态，实现更复杂的调度优化；5G将支持海量IoT设备与移动机器人的高可靠连接；基于数字孪生的跨地域协同研发、远程运维与沉浸式培训将进一步拓展应用空间。面对未来，率先完成全方位数字化转型的企业，必将赢得可持续的竞争优势。

参考文献：

[1] 特伦斯·布莱文思, 马克·尼克松. 控制回路基础—批量过程和连续过程[M]. 北京: 清华大学出版社, 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《自动化博览》2026年3月刊