1 方案背景與目標

當前化工、醫藥等領域的傳統實驗室面臨多重瓶頸：人力成本居高不下，大量科研人員被束縛于重復取樣、加樣等基礎操作；實驗數據散落于各設備系統，形成“數據孤島”難以高效利用；危險試劑操作依賴人工，安全風險防控存在短板；實驗流程標準化不足，導致結果重現性差。與此同時，《人工智能賦能產業高質量發展行動方案》等政策明確推動科研設施智能化升級，AI與自動化技術的成熟為實驗室轉型提供了技術支撐。在此背景下，構建以自動化合成工作站為核心的智能無人實驗室，成為突破行業痛點的必然選擇。

2 方案詳細介紹

以自動化合成工作站為核心，聯動智能復合移動機器人、反應評價平臺等五大系統，形成“操作-流轉-檢測-管理-決策”的全閉環智能體系，各系統功能及協同機制如下：

（1）核心系統：自動化合成工作站

作為實驗執行核心，采用模塊化設計，集成全自動加樣、控溫、攪拌、分離等功能，支持多組分平行合成。配備高精度傳感器與視覺識別系統，實現固體試劑毫克級精準加樣和液體試劑微升級移液。通過預設程序可自動完成從反應投料到產物初步處理的全流程，兼容有機合成、催化劑制備等多場景，支持多種標準反應模板調用，同時預留定制化程序接口滿足特殊實驗需求。

（2）流轉中樞：智能復合移動機器人

采用激光SLAM導航技術，適配實驗室復雜環境。搭載機械臂與智能夾持裝置，可完成樣品瓶、試劑瓶的自動取放與轉運，負載能力滿足不同規格容器需求。通過科學實驗室操作系統調度，實現合成工作站與反應評價平臺間的樣品自動傳遞，轉運效率較人工提升4倍。內置試劑識別模塊，可通過RFID標簽驗證試劑信息，防止錯拿誤用，同時具備障礙物自動規避功能，保障運行安全。

（3）質量關口：反應評價平臺

集成高效液相色譜、氣相色譜等檢測模塊，實現產物純度、組分含量的快速分析，與合成工作站實時聯動，實驗產物完成合成后可立即被轉運至平臺進行檢測，檢測數據自動同步至軟件系統。支持多參數并行檢測，可同時分析純度、熔點、分子量等關鍵指標，并自動生成標準化檢測報告，替代人工數據記錄與整理工作。

（4）控制核心：科學實驗室操作系統軟件平臺

作為實驗室“神經中樞”，采用B/S架構設計，支持電腦、手機等多終端訪問。具備三大核心功能：一是設備聯動控制，可統一調度合成工作站、機器人等設備，實現實驗流程自動化編排與執行；二是數據管理，構建標準化數據庫，整合實驗方案、操作過程、檢測結果等全鏈條數據，支持數據一鍵追溯；三是流程可視化，通過3D數字孿生技術還原實驗室場景，實時監控設備運行狀態與實驗進度，異常情況自動彈窗預警。

（5）決策大腦：AI智慧分析決策平臺

基于百萬級化學實驗數據訓練的垂類AI模型，實現三大核心能力。在實驗設計階段，可根據目標產物自動推薦最優合成路線，預測反應成功率與關鍵參數，減少無效實驗；在實驗執行中，實時分析檢測數據與設備參數，動態調整反應條件，如自動優化反應溫度、攪拌速率等，提升產物收率；實驗結束后，通過數據挖掘識別實驗規律，為新實驗方案提供科學支撐，形成“預測-執行-分析-優化”的智能閉環。

3代表性及推廣價值

代表性成果為榆林中科潔凈能源創新研究院“復合氧化物研發平臺”項目，該項目打造了以化學合成工作站為核心，結合智能復合移動機器人、反應評價平臺、科學實驗室操作系統軟件平臺、AI智慧分析決策平臺等各個系統的智慧催化無人實驗室，實現了復合氧化物催化劑制備、反應、評價、結果分析、建模預測等全流程無人化。其具有實驗過程高精度、高可靠性、高安全性、可重復、可追溯、微型化、并行化、自動化、智能化、集約化的特點，使研發人員提高開發速度，降低開發成本，大幅度提升實驗效率，同時快速積累實驗全過程數據，構建催化劑篩選與推薦系統，從而提出新的可被驗證的假設，加速新一代催化劑的研發過程。人工智能和自動化技術與催化劑制備的深度融合，助力傳統化工行業的轉型、升級，為榆林市煤化工行業的高質量發展提供有效的智力支持。與此同時，項目所建設的AI催化劑實驗室受到了中科院張濤副院長，以及陜西省省委書記、兩任省長等領導的現場考察調研，在陜西省級電視媒體進行報道。

本方案極具推廣價值：

（1）行業賦能：推動化工、醫藥等領域實驗室從“人力密集型”向“智能驅動型”轉型，提升生產效率，降低成本。

（2）政策契合：響應國家“人工智能+科學技術”行動要求，助力科研設施智能化升級，符合地方政府對智能實驗室的補貼政策導向，推廣阻力小。

（3）生態構建：方案可帶動上下游產業協同發展，如推動實驗室自動化設備國產化替代，促進AI算法在科研領域的深度應用，形成完整的智能實驗室產業生態。