一、項目概述

    隨著(zhù)企業(yè)規模不斷擴大及產(chǎn)品多樣化，完善工藝操作及工藝控制，充分挖掘技術(shù)及管理潛力，創(chuàng )造更佳經(jīng)濟效益，實(shí)現管理及決策的自動(dòng)化和科學(xué)化日益顯得重要，自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)的應用，是制藥企業(yè)發(fā)展的迫切需要。

    本項目針對生物化工過(guò)程關(guān)鍵工業(yè)設備或工業(yè)過(guò)程，如發(fā)酵罐、反應釜、提取罐、蒸發(fā)器等，進(jìn)行軟測量、過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、系統集成與工程應用的總結提煉與考核完善，最終形成生物化工過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統，并分品種按單元進(jìn)行應用實(shí)施，獲得單元設備最佳經(jīng)濟效益；隨后，構建生產(chǎn)調度與生產(chǎn)管理系統，實(shí)現處方管理、批次生產(chǎn)調度、生產(chǎn)線(xiàn)管理、批量跟蹤及安全管理，對單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現多品種協(xié)調，獲得整體最佳經(jīng)濟效益。最終，建立全廠(chǎng)信息管理系統，實(shí)現綜合自動(dòng)化。

    二、主要功能與技術(shù)指標

    1）生物發(fā)酵過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統。包括1）生物發(fā)酵過(guò)程參數測量系統：發(fā)酵罐溫度T、發(fā)酵罐壓力P、發(fā)酵液體積V、空氣流量FA、冷卻水進(jìn)出口溫度T1和T2、攪拌馬達轉速RPM、攪拌馬達電流I、泡沫高度H等發(fā)酵過(guò)程物理參數；pH值和溶解氧濃度Do等發(fā)酵過(guò)程化學(xué)參數；生物質(zhì)呼吸代謝參數、生物質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度、底物濃度以及生物比生長(cháng)速率、底物消耗速率和產(chǎn)物形成速率等發(fā)酵過(guò)程生物參數。2）生物發(fā)酵過(guò)程常規控制系統：消泡控制、罐溫控制、罐壓控制、pH控制、溶氧控制、補料控制等。3）生物發(fā)酵過(guò)程建模、先進(jìn)控制與優(yōu)化：pH、反應溫度的優(yōu)化曲線(xiàn)控制、培養基添加過(guò)程優(yōu)化策略、傳遞過(guò)程優(yōu)化策略等。

    2）合成反應過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統。以間歇生產(chǎn)過(guò)程綜合經(jīng)濟指標最優(yōu)為目標，集間歇生產(chǎn)管理和間歇生產(chǎn)過(guò)程控制為一體的間歇控制系統。它除了包括程序間歇控制系統的全部功能外，還有配方處理、過(guò)程優(yōu)化、在線(xiàn)或離線(xiàn)的統計過(guò)程控制、批量生產(chǎn)管理、計劃與調度、能量管理等功能。

    3）中藥提取過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統：現代中藥制備工藝包括：藥材->水洗->烘干->切碎->水提取三次->過(guò)濾->樹(shù)脂吸附->水洗滌->洗脫->減壓濃縮->醇沉->過(guò)濾->減壓濃縮->低溫干燥或噴霧干燥->成品；中藥提取生產(chǎn)過(guò)程，是依據GMP規范，按給定的配方，生產(chǎn)一定量產(chǎn)品的過(guò)程，是典型的間歇生產(chǎn)過(guò)程。其主要特點(diǎn)是：小批量、多品種，其特征是：物料流動(dòng)的不連續性、物料和設備的非穩態(tài)性、產(chǎn)品及其工藝的不確定性和設備資源的動(dòng)態(tài)調度分配。包括中藥提取過(guò)程順序控制、離散控制、調節控制、配方處理、設備管理、生產(chǎn)調度和跟蹤功能、操作優(yōu)化等。

    4）MES制造執行系統：在過(guò)程控制系統基礎上，基于非結構化數據管理系統的制藥企業(yè)集成信息平臺，構建生產(chǎn)調度與生產(chǎn)管理系統，實(shí)現處方管理、批次生產(chǎn)調度、生產(chǎn)線(xiàn)管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現多品種協(xié)調，獲得整體最佳經(jīng)濟效益。

    5）ERP企業(yè)資源管理系統：建立全廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現從傳感器到會(huì )議室的信息交流，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )由對象定位任何對象的數據，從過(guò)程參數檢測到商業(yè)信息系統，將工廠(chǎng)集成為一個(gè)統一整體；實(shí)現企業(yè)綜合自動(dòng)化，包括：辦公自動(dòng)化系統、配方管理系統、人力資源管理系統、綜合部管理系統、銷(xiāo)售管理系統、采購管理系統、庫存管理系統、套打設計系統、系統管理系統、安全管理系統、主生產(chǎn)計劃、粗能力計劃、物料需求計劃、細能力計劃、生產(chǎn)作業(yè)控制、分廠(chǎng)管理、過(guò)程控制系統數據集成應用系統。

    三、技術(shù)創(chuàng )新

    1）采用先進(jìn)控制、裝備建模、過(guò)程優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現生物發(fā)酵過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統、合成反應過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統、中藥提取過(guò)程成套專(zhuān)用控制系統；

    2）提供可定制擴展的制藥行業(yè)控制工程行業(yè)算法庫，通過(guò)設計院、設備制造商、工程公司、行業(yè)用戶(hù)，不斷提煉專(zhuān)家知識與工程經(jīng)驗，不斷豐富行業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識庫，以領(lǐng)域知識為主體，在資源可重用、系統可重構的架構平臺支撐下，在統一建模規范的基礎上，通過(guò)繼承、派生、重用、重構機制，顯著(zhù)提高項目工程設計與編程開(kāi)發(fā)效率；

    3）開(kāi)發(fā)實(shí)現多種網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)硬件模塊，通過(guò)開(kāi)放規范的OPC客戶(hù)端與服務(wù)器接口，采用透明網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)實(shí)現與第三方設備的數據通訊，構建分布式工程對象實(shí)時(shí)數據庫，實(shí)現系統數據與外部設備數據的全局一致與統一接口，滿(mǎn)足工業(yè)數據多實(shí)時(shí)性、多語(yǔ)義性、多時(shí)空性、多尺度性的信息集成與接口開(kāi)放要求；基于實(shí)時(shí)數據庫，實(shí)現制藥企業(yè)單元裝置與智能設備的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)與數據接口。

    四、應用領(lǐng)域與使用效果

           

    某制藥企業(yè)，采用UW500集散控制系統及其UWinTech控制工程應用軟件平臺實(shí)現綜合自動(dòng)化。首先，分品種按單元進(jìn)行過(guò)程控制：完成發(fā)酵罐和反應釜等重要生產(chǎn)單元的參數檢測與穩定控制，建立單元控制系統，使每臺工藝設備發(fā)揮最佳效益；包括發(fā)酵車(chē)間、合成車(chē)間、熱電廠(chǎng)自動(dòng)化改造、科研中心、三廢處理等；隨后，構建生產(chǎn)調度與生產(chǎn)管理系統，實(shí)現處方管理、批次生產(chǎn)調度、生產(chǎn)線(xiàn)管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現多品種協(xié)調；最后，實(shí)現企業(yè)綜合自動(dòng)化。綜合自動(dòng)化系統實(shí)施后，發(fā)酵與后提取生產(chǎn)水平大幅度提高；染菌率進(jìn)一步下降；主輔原材料消耗亦有所降低，產(chǎn)品綜合成本每年下降10%以上，原料采購成本每年下降6%以上，銷(xiāo)售收入每年增長(cháng)20%以上；經(jīng)濟效益顯著(zhù)。