Deepseek+机器人：化工的时代大考

证券研究报告 行业研究|行业深度研究|石油石化 Deepseek+机器人：化工的时代大考 请务必阅读报告末页的重要声明 2025年02月14日 证券研究报告 |报告要点 AI+机器人正深刻变革化工行业，有望带来效率革命。传统化工研发依赖“试错法”，周期长成本高，而AI与机器人技术融合后，从分子模拟到材料基因组学的全链条效率将被重新定义既能降低传统材料成本，又能缩短新材料研发周期。面对化工新材料研发的“多尺度复杂性与“实验验证滞后”痛点，AI通过跨尺度建模、分子动力学加速等方案实现突破。在生产流程中，AI结合高通量机器人实验优化生产，降低损耗与故障率。但AI也在瓦解传统技术壁垒，“白痴指数”高的材料受冲击大。化工企业需加强AI研发、引进人才、推动数字化转型以应对挑战，把握发展机遇。 |分析师及联系人 许隽逸 张玮航 陈律楼 黄楷 SAC：S0590524060003SAC：S0590524090003SAC：S0590524080002SAC：S0590522090001 陈康迪 请务必阅读报告末页的重要声明1/29 行业研究|行业深度研究 2025年02月14日 石油石化 Deepseek+机器人：化工的时代大考 投资建议： 强于大市（维持） 上次建议：强于大市 相对大盘走势 石油石化 30% 沪深300 17% 3% -10% 2024/22024/62024/102025/2 相关报告 1、《石油石化：对美关税反制如何影响能化？》2025.02.05 2、《石油石化：2025：大化工大有可为——大化工行业2025年度投资策略》2024.12.18 扫码查看更多 AI+机器人重构化工研发范式：从实验室到工业化的效率革命 我们认为AI+机器人大概率将带来化工行业的效率革命，尤其是类似Deepseek这样的顶尖AI工具的广泛应用，或驱动化工行业的研发和生产流程发生数量级层面的跃迁，在不久的将来，很可能呈现“AI驱动者胜出，迟疑者淘汰出局”的两极分化格局。传统化工研发依赖“试错法”，周期长、成本高。如果以第一性原理为基础，一旦将人工智能（AI）和机器人技术融合，化工研发大概率将经历一场范式革命——从分子模拟到高通量实验，再到材料基因组学全链条效率被重新定义，不但可能大幅降低传统材料的生产成本，也很可能使得新材料研发周期大幅缩短。化工企业应当充分认识到：当前的产品壁垒已经不是壁垒，当前的产品利润随时面临挑战。 新材料预测的挑战与AI的破局方案：数据+算法的双重赋能 我们认为：化工新材料研发面临“多尺度复杂性”与“实验验证滞后”两大痛点。类似Deepseek 等顶尖AI工具有望通过以下方案突破瓶颈： 1.跨尺度建模误差控制：微观层面，从每个原子之间相互作用力的计算误差；到介观层面，微小的孔洞结构或者材料密度变化对材料强度带来影响；再到宏观层面，在实验室小试成功但是规模化生产却完全失败，此类风险与跨尺度误差累积紧密相关。目前的最新研究显示，类似Deepseek这类AI工具可以在粗糙尺度、中间尺度以及全原子尺度建模，在耗时和精准性上相较于传统方法显示出显著优势。 2.分子动力学加速：分子动力学需要模拟分子在不同条件下的行为，比如温度、压力下的动态变化，AI可以通过不仅限于机器学习力场（MLFFs）、增强采样方法、粗粒化模型等手段大幅加速分子动力学的研究。例如AI2BMD系统在精度相同的情况下，实现了超过100万倍的模拟加速，并将误差减少了10倍以上。 3.小样本强化学习：在有限的实验次数、原材料等条件下，AI通过机器强化学习以及推理，使得能够在少量实验数据的基础上，快速学习到如何调整配方和条件以提高反应效率。比如Wen等在Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni系统中搜索高硬度的HEAs时，仅用155个初始样本，经7轮主动学习迭代，就获得了硬度提升显著的合金。 4.高通量机器人验证：传统化工材料的研发，科学家需要从成千上万种化合物的效果进行筛选，可能需要研究人员手动对每个化合物进行测试，这不仅耗时耗力，而且可能会因为人为因素出现遗漏或错误。而高通量筛选技术可以在短时间内对大量化合物进行自动测试，例如阿姆斯特丹大学开发了一种集成人工智能机器学习单元的机器人RoboChem，一周内，RoboChem可以优化大约10到20个分子的合成，而对于研究人员手动来说，这通常需要几个月的时间。 5.产业知识图谱构建：AI可以自动从互联网、企业数据库等多个数据源中抓取相关的化工数据。接下来通过机器学习，可以对收集到的数据进行清洗和修复。通过建立数据模型，算法可以识别出数据中的错误、重复和异常值，并进行自动纠正，找出可能存在错误的记录，甚至通过推理发现数据之间的逻辑关系，补充缺失的数据。比如潘锋教授团队构建了锂离子电池正极材料知识图谱，并预测出潜在的正极材料Li₂TiMn₃O₈。 高通量机器人+AI驱动的生产流程革命：成本与精度双突破 AI可以对生产流程进行全方位的“管理”和优化。比如原材料的成分、用量，生产设备的运行参数，环境温度、湿度等，进而通过机器强化学习结合高通量机器人实验，相比“人工试错法”，找到生产过程中的最优解，精确地控制生产过程中的各个参数的能力或呈指数级提升，生产过程的损耗也有望大幅降低的同时产品合格率也有望得到大幅提升。AI还可以实时监测设备的状态，提前发现潜在的故障隐患显著降低化工设备的故障率和企业的事故率。例如LGCNS利用AutoMLVisionEdge创建制造智能解决方案，可检测装配线上从LCD屏幕和光学薄膜到汽车面料等所有物品的缺陷。AutoMLVisionEdge将缺陷检测准确率提高了6%，并将设计和训练ML模型的时间从七天缩短到几个小时。 AI驱动的材料创新正在打破传统技术壁垒 我们认为，在AI+机器人时代，“白痴指数”越高的化工材料面临AI+机器人的冲击或越严峻产品的成本相比制造该产品的原材料成本的比例即为马斯克提出的“白痴指数”，在AI+机器人时代，高“白痴指数”意味着其生产过程有很大的优化空间，AI技术更容易在这些材料的研发和生产中发挥作用，找到低成本的替代品。而对于一些白痴指数较低的化工材料，如部分成熟化工产品或者已近处于严重过剩的化工品，其生产工艺已经相对成熟，生产过程简单高效，受到AI冲击或相对较轻。例如谷歌DeepMind利用材料探索图形网络(GNoME)，使得稳定晶体发现数较过往提升一个数量级；美国加州大学伯克利分校团队利用自动实验室系统，在17天内成功合成41种目标材料，成功率超7成。 化工企业的时代大考：如何应对AI+机器人大时代？ 我们认为：AI+机器人大时代给传统化工企业带来了巨大的生存挑战，但同时也蕴含着无限的发展机遇。只有通过加强AI技术的应用与研发投入、培养和引进AI人才、推动企业数字化转型以及关注行业动态等措施，化工企业才能够在这场时代大考中实现转型升级，实现可持续发展。在未来的化工行业竞争中，只有积极拥抱变革，勇于创新的企业才能立于不败之地。 投资建议：捕捉AI+机器人时代的化工投资机遇 我们认为AI+机器人大概率将带来化工行业的效率革命，化工行业在不久的将来，很可能呈现“AI驱动者胜出，迟疑者淘汰出局”的两极分化格局。建议重点关注两类企业：一是积极搭建AI研发团队、投入大量资源探索AI与化工融合路径的企业；二是已经将AI+机器人应用于生产，实现成本显著降低、产能明显提升的企业。 风险提示：技术发展不及预期；数据风险共享偏差；市场竞争加剧；政策不确定性。 正文目录 1.新材料预测的挑战与AI的破局方案：数据+算法的双重赋能5 1.1跨尺度建模误差控制6 1.2分子动力学加速10 1.3小样本强化学习11 1.4高通量机器人验证：大幅提升新产品的研发速度14 1.5产业知识图谱构建16 2.高通量机器人+AI驱动的生产流程革命：成本与精度双突破19 2.1AI优化生产流程，降低成本与损耗19 2.2AI赋能制造环节，提升精度与效率19 3.AI驱动的材料创新正在打破传统技术壁垒20 3.1通过深度学习发现新材料21 3.2根据应用需求直接生成新材料23 3.3AI+机器人结合开发自动实验室系统25 3.4AI驱动的材料创新正在打破传统技术壁垒26 4.投资建议：捕捉AI+机器人时代的化工投资机遇27 5.风险提示28 图表目录 图表1：AI+机器人效率革命示意图6 图表2：AI+机器人效率革命示意图6 图表3：基于机器学习的跨尺度技术：分子动力学与有限元（FEM）的耦合7 图表4：有限元结构和分子动力学上的初始原子构型示意图8 图表5：石墨烯薄片分析动力学仿真的研究示意图9 图表6：跨尺度建模系统MuMMI示意图9 图表7：ML-AIMD方法流程示意图10 图表8：AI2BMD系统流程示意图11 图表9：材料科学中机器学习的发展趋势和小数据集12 图表10：小样本学习方法及相关案例13 图表11：基于RL的拓扑优化可以根据特定应用需求预测改进的超材料设计14 图表12：近距离展示了单个光反应器小瓶从机器人底座转移到光反应器块的过程 .....................................................................15 图表13：近距离展示了NMR样品架从Chemspeed转移到台式NMR的过程15 图表14：RoboChem试验流程16 图表15：材料知识图谱的架构17 图表16：材料知识图谱在锂电池材料预测中的应用（以LiFePO4的发展里程碑为例） .....................................................................18 图表17：材料知识图谱用于锂电池正极材料的发现18 图表18：人工智能在制造生产过程中的运用19 图表19：AI在工业中的各类运用20 图表20：科学方法的进展21 图表21：GNoME利用图形网络进行材料探索22 图表22：GNoME使材料发现实现数量级突破22 图表23：材料设计筛选方法和生成方法示意图23 图表24：MatterGen可根据不同设计要求对模型进行微调24 图表25：MatterGen明显优于传统筛选方法25 图表26：AI指导机器人制造新材料25 图表27：A-Lab合成成功率可超7成26 图表28：技术驱动加速发现周期27 1.新材料预测的挑战与AI的破局方案：数据+算法的双重赋能 化工新材料研发面临“多尺度复杂性”与“实验验证滞后”两大痛点： 多尺度复杂性：材料的特性往往源于跨多个尺度的相互作用——从电子在量子层面的行为到我们在宏观层面观察到的性质（例如强度、电导率）。准确建模这些相互作用在计算上十分困难。材料在宏观层面所表现出的特性（如在应力下的弯曲程度）是其微观结构（原子排列、键合方式），甚至更细致的亚微观特征（电子分布）共同作用的涌现性质。要正确捕捉各个尺度之间的相互影响，以及它们如何在整体上决定最终材料性能，仍然是巨大的难题。传统方法往往将不同尺度割裂开来进行处理，容易导致误差或不精确。 实验验证滞后：在过去，一种新材料从理论上提出（通常基于理论计算）到实际合成并进行测试，需要耗费很长的周期。这是一个反复迭代的过程，合成本身可能十分困难，需要特定的设备与专业技能；材料特性表征（测量材料性能）也需要多种手段，每一种都需要时间和资源。如果发现材料的实际性能达不到预期，就必须重新开始新一轮设计与试验，导致周期冗长、成本高企。 通过以类似Deepseek这类顶尖人工智能（AI）技术与机器人技术相结合，正在从根本上改变传统的化学研发流程。这场变革贯穿整个研发管线——从小规模实验室中最初的假设生成与分子设计，到工业规模生产中的工艺优化和质量控制。关键在于通过数据驱动洞察与自动化实验及制造的协同整合，实现研发效率与成果的飞跃。 图表1：AI+机器人效率革命示意图 资料来源：《Anautonomouslaboratoryforthea