1 項目背景

此項目是全球首個(gè)為個(gè)體患者定制藥品的全自動(dòng)、智能制造工廠(chǎng)。工廠(chǎng)的設計目標是，每天由全國各地的醫生開(kāi)具藥方，由生產(chǎn)管理系統接收這些藥方，再由生產(chǎn)管理系統驅動(dòng)工廠(chǎng)的各個(gè)環(huán)節如倉庫、生產(chǎn)等設施的自動(dòng)運行，為每天數以萬(wàn)計的患者生產(chǎn)定制化的藥品，再由快遞送達患者手中。即以工業(yè)級的成本，實(shí)現高度個(gè)性化的定制生產(chǎn)；在確保靈活性的同時(shí)，還要符合制藥行業(yè)的法規要求，為每個(gè)批次提供數據完整可追溯的電子批記錄。

每個(gè)患者藥品的原料配比、生產(chǎn)設備路徑、工藝參數都不相同，如何使數千種原料，在接收訂單后迅速挑選、稱(chēng)重、轉運至生產(chǎn)車(chē)間，并按照醫生處方要求的設備類(lèi)型、生產(chǎn)流程、工藝參數進(jìn)行加工和包裝，同時(shí)迅速到達患者手中？這是對生產(chǎn)靈活性的一個(gè)巨大挑戰，也是人類(lèi)制藥工業(yè)史上的一次重大創(chuàng )新。

2 項目原則

項目要符合兩個(gè)基本原則：一是智能制造的核心價(jià)值——低成本的定制；透明工廠(chǎng)，把工廠(chǎng)融入物聯(lián)網(wǎng)，打破生產(chǎn)的黑盒子，實(shí)現從訂單、生產(chǎn)、到物流的全自動(dòng)高效流轉。二是合規。制藥工廠(chǎng)受行業(yè)法規的強制監管，數據完整性是強制要求，所以數據需要全程追溯，并自動(dòng)生成電子批記錄。

3 解決方案

面對創(chuàng )新與挑戰，施耐德電氣向用戶(hù)提供了整體工廠(chǎng)的全面解決方案，包括訂單業(yè)務(wù)系統、訂單管理系統、設備集成平臺和批次控制系統，四個(gè)子系統緊密配合，實(shí)現了從客戶(hù)到生產(chǎn)再到客戶(hù)的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現工廠(chǎng)高效，智能，柔性化運行。四個(gè)子系統各自完成如下功能：

（1）訂單業(yè)務(wù)系統

從遠程/移動(dòng)客戶(hù)端接收客戶(hù)訂單，并提供客戶(hù)信息、產(chǎn)品名稱(chēng)、物料清單、提取工藝等數據給訂單管理系統。

（2）訂單管理系統

訂單管理系統接收來(lái)自訂單業(yè)務(wù)系統的信息，并按照優(yōu)先級排定生產(chǎn)順序，按照順序把訂單發(fā)送給設備集成平臺的訂單管理模塊；同時(shí)，訂單管理系統也接收來(lái)自設備集成平臺訂單管理模塊的數據，主要是訂單生產(chǎn)進(jìn)度，完成狀態(tài)，配送狀況等數據，并把這些數據發(fā)送給訂單業(yè)務(wù)系統，客戶(hù)就可以在遠程/移動(dòng)客戶(hù)端查看訂單生產(chǎn)進(jìn)度，完成狀態(tài)，配送情況等信息。

（3）設備集成平臺

集成所有的生存設備，采集來(lái)自設備的過(guò)程數據，集成訂單管理系統和批次控制系統來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)排程和生產(chǎn)狀態(tài)的管理。訂單管理模塊接收來(lái)自訂單管理系統的訂單信息，按照當前設備狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)排程；同時(shí)，實(shí)時(shí)更新訂單執行狀態(tài)，并更新到訂單管理系統。

（4）批次控制系統

接收來(lái)自設備集成平臺的訂單管理模塊的訂單下達指令，并根據當前設備狀態(tài)排定生產(chǎn)計劃。當有空閑提取設備時(shí)，啟動(dòng)使用相應配方的生產(chǎn)批次，設備在批次控制服務(wù)器的控制下全自動(dòng)完成所有生產(chǎn)動(dòng)作。同時(shí)，在批次數據庫中保存所有批次生產(chǎn)歷史。

3.1 數據集成平臺

本項目中，設備集成平臺采用施耐德電氣Wonderware System Platform軟件平臺，它集成配料系統，所有車(chē)間的生產(chǎn)和灌裝設備和設備的通信以采集數據，采用Modbus TCP協(xié)議。設備集成平臺統一建立設備和工廠(chǎng)模型，把上述所有子系統的全部設備集成到一個(gè)統一的平臺，批次控制系統通過(guò)設備集成平臺來(lái)控制設備按照工藝配方運行。

3.2 批次控制與管理系統

批次控制系統是本項目生產(chǎn)控制與管理的核心軟件系統，它嚴格按照ISA88的規范搭建，在配方的控制下，根據當前的設備和物料狀態(tài)，完全自動(dòng)化地完成生產(chǎn)過(guò)程，充分發(fā)揮設備的效率，具有極大的柔性和靈活性，實(shí)現了個(gè)體定制化生產(chǎn)。

在本項目中，批次控制軟件采用施耐德電氣Wonderware InBatch，它把配料系統、物流系統、生產(chǎn)車(chē)間的所有設備結合在一起，在工藝配方的控制和協(xié)調下，自動(dòng)化地完成整個(gè)提取過(guò)程。

批次控制從設計、開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)，包括以下幾個(gè)部分：

（1）建立過(guò)程模型；

（2）設備集成；

（3）建立配方；

（4）生產(chǎn)排程；

（5）生產(chǎn)看板；

（6）電子批記錄。

在本項目中，設備集成平臺和批次控制系統是一個(gè)有機的整體，具有靈活的分布式部署架構，結合實(shí)際的廠(chǎng)房和IT設計，設計系統網(wǎng)絡(luò )和部署架構圖如圖1所示。

 圖1  系統網(wǎng)絡(luò )和部署架構圖

在此架構中，設置了服務(wù)器用于數據采集、控件、批次控制、歷史數據庫/批次歷史數據庫等。每個(gè)車(chē)間，分別設立一臺終端電腦用于看板顯示。在集中監控室，設置集中監控站、工程師站、生產(chǎn)管理終端，功能分別為：

（1）數據采集/設備集成服務(wù)器

2臺，互為冗余，設備集成平臺主服務(wù)器。數據采集，設備集成建模，所有SCADA監控功能，也是批次控制服務(wù)器和設備之間的通信網(wǎng)關(guān)。

（2）批次控制服務(wù)器

2臺，冗余配置。批次控制引擎，管理、調度所有的配方運行，控制設備控制器按照配方規定工藝過(guò)程工作，同時(shí)向批次歷史數據庫傳送批次運行數據。

（3）歷史數據庫服務(wù)器

2臺，冗余配置。保存所有來(lái)自設備集成服務(wù)器的過(guò)程數據，用于后續工藝分析和設備診斷。

（4）批次歷史數據庫服務(wù)器

1臺，保存所有來(lái)自批次控制服務(wù)器的批次生產(chǎn)數據，包括工藝、物料、設備、人員、時(shí)間等信息。

（5）車(chē)間看板

每個(gè)車(chē)間設備一臺，用于顯示本車(chē)間所有提取設備的運行狀態(tài)和生產(chǎn)數據、批次執行狀態(tài)、批次執行進(jìn)度和報警信息以及灌裝設備運行狀態(tài)、生產(chǎn)數據和報警信息等。

（6）集中監控站

1~2臺，設置在集中監控室。監控整個(gè)工廠(chǎng)的運行狀況，包括配料和所有車(chē)間的所有設備和生產(chǎn)過(guò)程，批次執行情況，物料和產(chǎn)品等生產(chǎn)信息。

（7）生產(chǎn)管理工作站

1臺，作為和訂單管理系統的接口，接收來(lái)自訂單管理系統的訂單信息，并且根據當前生產(chǎn)車(chē)間設備狀態(tài)排定生產(chǎn)計劃。

（8）工程師站

1臺，系統維護工程師站，用于對本系統包括設備集成平臺和批次控制系統的維護。同時(shí)，它也作為配置服務(wù)器保存本系統所有的工程文件和系統設置信息。

3.3 設備控制
在批次控制與管理系統的下層，是每個(gè)車(chē)間與所有設備的具體控制系統。這些控制器，接受來(lái)自上級批次控制與管理系統的指令，完成所有設備的全自動(dòng)生產(chǎn)；并把生產(chǎn)過(guò)程的數據信息，反饋給上次批次控制與管理系統，供其生成電子批記錄之用；還會(huì )把設備的可用狀態(tài)信息反饋給上級批次控制與管理系統，供其實(shí)現智能調用設備之用。設備控制采用施耐德電氣的Modicon控制器。局部結構如圖2所示。

圖2  設備控制局部結構

4 項目意義

批次控制系統是本項目實(shí)現智能柔性制造的核心系統，在批次控制系統的指揮和調度下，充分發(fā)揮設備和產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)能力，最大限度地提高生產(chǎn)效率。通過(guò)與訂單管理系統的整合，自動(dòng)按照客戶(hù)的需求選擇不同的配方，工藝，可實(shí)現個(gè)性化的調整，真正把訂單、工藝、物料、設備、物流結合起來(lái)，建立完全智能化、柔性、高效的智慧工廠(chǎng)。

作者簡(jiǎn)介：

蔣能群，博士，施耐德電氣（中國）有限公司制藥行業(yè)負責人，在制藥行業(yè)有18年的經(jīng)驗，全程、全面參與了全球第一個(gè)工業(yè)4.0制藥項目的頂層設計與落地，并長(cháng)期致力于以自動(dòng)化和信息化的手段，結合針對特定工藝的要求，適應不斷升級的法規要求，推動(dòng)中國制藥行業(yè)從量到質(zhì)、從粗放到高效的進(jìn)步與升級。

精彩問(wèn)答

自動(dòng)化博覽：施耐德電氣為制藥行業(yè)提供哪些產(chǎn)品或解決方案？

蔣能群：施耐德電氣為制藥行業(yè)提供遵循ISA95架構的完整的產(chǎn)品和解決方案，包括以下方面：

（1）Level 1：儀表、傳感器、驅動(dòng)、伺服、配電產(chǎn)品等；

（2）Level 2：控制系統，包括設備和藥機的控制系統Modicon系列控制器、過(guò)程控制系統PES、樓宇自控和環(huán)境監控等；

（3）Level 2.5：自動(dòng)化整合層，包括Wonderware System Platform，Wonderware InBatch等；

（4）Level 3：生產(chǎn)管理與制造執行系統，例如Wonderware MES等。

自動(dòng)化博覽：施耐德電氣在制藥行業(yè)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢是什么？

蔣能群：施耐德電氣把世界領(lǐng)先的智能制造平臺與深入落地的行業(yè)應用充分結合，形成了高效、合規的解決方案。在創(chuàng )造一個(gè)又一個(gè)成功案例的同時(shí)，與合作伙伴、用戶(hù)合作共贏(yíng)，為更多的用戶(hù)帶去價(jià)值。

施耐德電氣擁有眾多的明星產(chǎn)品，例如上述提到的Modicon、Wonderware、PES等品牌，在各行各業(yè)均有出色的表現。我們針對制藥行業(yè)的各類(lèi)工藝，遵循法規要求，搭建了各種解決方案模塊，具有成熟可靠的特點(diǎn)，可以幫助用戶(hù)迅速建設項目，達成制造的KPI要求。

自動(dòng)化博覽：您感受到我國制藥市場(chǎng)正在發(fā)生著(zhù)哪些變化，呈現出哪些特點(diǎn)？

蔣能群：中國制藥工業(yè)正在經(jīng)歷一個(gè)發(fā)展與挑戰十分巨大的時(shí)代，涵蓋以下特點(diǎn)：

（1）人口基數巨大，老齡化趨勢，使得制藥行業(yè)的體量增長(cháng)十分迅速；

（2）智能制造的大環(huán)境，對制藥行業(yè)提出了新的品質(zhì)與效率的要求；

（3）法規升級，嚴管藥品質(zhì)量，例如最近的熱點(diǎn)話(huà)題“數據完整性”，杜絕數據造假，造假數據就等于造假藥，是嚴重的違法行為，驅動(dòng)了制藥行業(yè)對自動(dòng)化整合層和電子批記錄的爆發(fā)式需求。

應對這些機遇與挑戰，施耐德電氣早已準備好相應的解決方案，致力于與伙伴、用戶(hù)攜手面對，合作共贏(yíng)，共謀制藥市場(chǎng)的發(fā)展。

自動(dòng)化博覽：在您看來(lái)，制藥行業(yè)的發(fā)展前景如何？施耐德電氣在此方面有何規劃？

蔣能群：制藥行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，既有量的增長(cháng)，又有質(zhì)的提升，而且制藥行業(yè)是剛性需求、不受經(jīng)濟波動(dòng)的影響，這都為我們創(chuàng )造了很好的發(fā)展空間和機會(huì )。施耐德電氣將繼續借助EcoStruxureTM領(lǐng)先平臺與成熟產(chǎn)品，大力培養行業(yè)生態(tài)圈，搭建行業(yè)應用模塊，與有志于行業(yè)進(jìn)步的合作伙伴一起，為用戶(hù)提供更多、更好的解決方案。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年11月刊