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1 項(xiàng)目背景

此項(xiàng)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。工廠的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，每天由全國(guó)各地的醫(yī)生開(kāi)具藥方，由生產(chǎn)管理系統(tǒng)接收這些藥方，再由生產(chǎn)管理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工廠的各個(gè)環(huán)節(jié)如倉(cāng)庫(kù)、生產(chǎn)等設(shè)施的自動(dòng)運(yùn)行，為每天數(shù)以萬(wàn)計(jì)的患者生產(chǎn)定制化的藥品，再由快遞送達(dá)患者手中。即以工業(yè)級(jí)的成本，實(shí)現(xiàn)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(guī)要求，為每個(gè)批次提供數(shù)據(jù)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(shè)備路徑、工藝參數(shù)都不相同，如何使數(shù)千種原料，在接收訂單后迅速挑選、稱重、轉(zhuǎn)運(yùn)至生產(chǎn)車間，并按照醫(yī)生處方要求的設(shè)備類型、生產(chǎn)流程、工藝參數(shù)進(jìn)行加工和包裝，同時(shí)迅速到達(dá)患者手中？這是對(duì)生產(chǎn)靈活性的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，也是人類制藥工業(yè)史上的一次重大創(chuàng)新。

2 項(xiàng)目原則

項(xiàng)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，把工廠融入物聯(lián)網(wǎng)，打破生產(chǎn)的黑盒子，實(shí)現(xiàn)從訂單、生產(chǎn)、到物流的全自動(dòng)高效流轉(zhuǎn)。二是合規(guī)。制藥工廠受行業(yè)法規(guī)的強(qiáng)制監(jiān)管，數(shù)據(jù)完整性是強(qiáng)制要求，所以數(shù)據(jù)需要全程追溯，并自動(dòng)生成電子批記錄。

3 解決方案

面對(duì)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，施耐德電氣向用戶提供了整體工廠的全面解決方案，包括訂單業(yè)務(wù)系統(tǒng)、訂單管理系統(tǒng)、設(shè)備集成平臺(tái)和批次控制系統(tǒng)，四個(gè)子系統(tǒng)緊密配合，實(shí)現(xiàn)了從客戶到生產(chǎn)再到客戶的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工廠高效，智能，柔性化運(yùn)行。四個(gè)子系統(tǒng)各自完成如下功能：

（1）訂單業(yè)務(wù)系統(tǒng)

從遠(yuǎn)程/移動(dòng)客戶端接收客戶訂單，并提供客戶信息、產(chǎn)品名稱、物料清單、提取工藝等數(shù)據(jù)給訂單管理系統(tǒng)。

（2）訂單管理系統(tǒng)

訂單管理系統(tǒng)接收來(lái)自訂單業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息，并按照優(yōu)先級(jí)排定生產(chǎn)順序，按照順序把訂單發(fā)送給設(shè)備集成平臺(tái)的訂單管理模塊；同時(shí)，訂單管理系統(tǒng)也接收來(lái)自設(shè)備集成平臺(tái)訂單管理模塊的數(shù)據(jù)，主要是訂單生產(chǎn)進(jìn)度，完成狀態(tài)，配送狀況等數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)發(fā)送給訂單業(yè)務(wù)系統(tǒng)，客戶就可以在遠(yuǎn)程/移動(dòng)客戶端查看訂單生產(chǎn)進(jìn)度，完成狀態(tài)，配送情況等信息。

（3）設(shè)備集成平臺(tái)

集成所有的生存設(shè)備，采集來(lái)自設(shè)備的過(guò)程數(shù)據(jù)，集成訂單管理系統(tǒng)和批次控制系統(tǒng)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(tǒng)的訂單信息，按照當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)排程；同時(shí)，實(shí)時(shí)更新訂單執(zhí)行狀態(tài)，并更新到訂單管理系統(tǒng)。

（4）批次控制系統(tǒng)

接收來(lái)自設(shè)備集成平臺(tái)的訂單管理模塊的訂單下達(dá)指令，并根據(jù)當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)排定生產(chǎn)計(jì)劃。當(dāng)有空閑提取設(shè)備時(shí)，啟動(dòng)使用相應(yīng)配方的生產(chǎn)批次，設(shè)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(shù)據(jù)庫(kù)中保存所有批次生產(chǎn)歷史。

3.1 數(shù)據(jù)集成平臺(tái)

本項(xiàng)目中，設(shè)備集成平臺(tái)采用施耐德電氣Wonderware System Platform軟件平臺(tái)，它集成配料系統(tǒng)，所有車間的生產(chǎn)和灌裝設(shè)備和設(shè)備的通信以采集數(shù)據(jù)，采用Modbus TCP協(xié)議。設(shè)備集成平臺(tái)統(tǒng)一建立設(shè)備和工廠模型，把上述所有子系統(tǒng)的全部設(shè)備集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，批次控制系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備集成平臺(tái)來(lái)控制設(shè)備按照工藝配方運(yùn)行。

3.2 批次控制與管理系統(tǒng)

批次控制系統(tǒng)是本項(xiàng)目生產(chǎn)控制與管理的核心軟件系統(tǒng)，它嚴(yán)格按照ISA88的規(guī)范搭建，在配方的控制下，根據(jù)當(dāng)前的設(shè)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(shè)備的效率，具有極大的柔性和靈活性，實(shí)現(xiàn)了個(gè)體定制化生產(chǎn)。

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

批次控制從設(shè)計(jì)、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(shè)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(xiàng)目中，設(shè)備集成平臺(tái)和批次控制系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，具有靈活的分布式部署架構(gòu)，結(jié)合實(shí)際的廠房和IT設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和部署架構(gòu)圖如圖1所示。

 圖1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和部署架構(gòu)圖

在此架構(gòu)中，設(shè)置了服務(wù)器用于數(shù)據(jù)采集、控件、批次控制、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)/批次歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等。每個(gè)車間，分別設(shè)立一臺(tái)終端電腦用于看板顯示。在集中監(jiān)控室，設(shè)置集中監(jiān)控站、工程師站、生產(chǎn)管理終端，功能分別為：

（1）數(shù)據(jù)采集/設(shè)備集成服務(wù)器

2臺(tái)，互為冗余，設(shè)備集成平臺(tái)主服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集，設(shè)備集成建模，所有SCADA監(jiān)控功能，也是批次控制服務(wù)器和設(shè)備之間的通信網(wǎng)關(guān)。

（2）批次控制服務(wù)器

2臺(tái)，冗余配置。批次控制引擎，管理、調(diào)度所有的配方運(yùn)行，控制設(shè)備控制器按照配方規(guī)定工藝過(guò)程工作，同時(shí)向批次歷史數(shù)據(jù)庫(kù)傳送批次運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（3）歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

2臺(tái)，冗余配置。保存所有來(lái)自設(shè)備集成服務(wù)器的過(guò)程數(shù)據(jù)，用于后續(xù)工藝分析和設(shè)備診斷。

（4）批次歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

1臺(tái)，保存所有來(lái)自批次控制服務(wù)器的批次生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括工藝、物料、設(shè)備、人員、時(shí)間等信息。

（5）車間看板

每個(gè)車間設(shè)備一臺(tái)，用于顯示本車間所有提取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)、批次執(zhí)行狀態(tài)、批次執(zhí)行進(jìn)度和報(bào)警信息以及灌裝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息等。

（6）集中監(jiān)控站

1~2臺(tái)，設(shè)置在集中監(jiān)控室。監(jiān)控整個(gè)工廠的運(yùn)行狀況，包括配料和所有車間的所有設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程，批次執(zhí)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(tái)，作為和訂單管理系統(tǒng)的接口，接收來(lái)自訂單管理系統(tǒng)的訂單信息，并且根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)車間設(shè)備狀態(tài)排定生產(chǎn)計(jì)劃。

（8）工程師站

1臺(tái)，系統(tǒng)維護(hù)工程師站，用于對(duì)本系統(tǒng)包括設(shè)備集成平臺(tái)和批次控制系統(tǒng)的維護(hù)。同時(shí)，它也作為配置服務(wù)器保存本系統(tǒng)所有的工程文件和系統(tǒng)設(shè)置信息。

3.3 設(shè)備控制
在批次控制與管理系統(tǒng)的下層，是每個(gè)車間與所有設(shè)備的具體控制系統(tǒng)。這些控制器，接受來(lái)自上級(jí)批次控制與管理系統(tǒng)的指令，完成所有設(shè)備的全自動(dòng)生產(chǎn)；并把生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)信息，反饋給上次批次控制與管理系統(tǒng)，供其生成電子批記錄之用；還會(huì)把設(shè)備的可用狀態(tài)信息反饋給上級(jí)批次控制與管理系統(tǒng)，供其實(shí)現(xiàn)智能調(diào)用設(shè)備之用。設(shè)備控制采用施耐德電氣的Modicon控制器。局部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  設(shè)備控制局部結(jié)構(gòu)

4 項(xiàng)目意義

批次控制系統(tǒng)是本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)智能柔性制造的核心系統(tǒng)，在批次控制系統(tǒng)的指揮和調(diào)度下，充分發(fā)揮設(shè)備和產(chǎn)線的生產(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(tǒng)的整合，自動(dòng)按照客戶的需求選擇不同的配方，工藝，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的調(diào)整，真正把訂單、工藝、物料、設(shè)備、物流結(jié)合起來(lái)，建立完全智能化、柔性、高效的智慧工廠。

作者簡(jiǎn)介：

蔣能群，博士，施耐德電氣（中國(guó)）有限公司制藥行業(yè)負(fù)責(zé)人，在制藥行業(yè)有18年的經(jīng)驗(yàn)，全程、全面參與了全球第一個(gè)工業(yè)4.0制藥項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)與落地，并長(zhǎng)期致力于以自動(dòng)化和信息化的手段，結(jié)合針對(duì)特定工藝的要求，適應(yīng)不斷升級(jí)的法規(guī)要求，推動(dòng)中國(guó)制藥行業(yè)從量到質(zhì)、從粗放到高效的進(jìn)步與升級(jí)。

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(gòu)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(qū)動(dòng)、伺服、配電產(chǎn)品等；

（2）Level 2：控制系統(tǒng)，包括設(shè)備和藥機(jī)的控制系統(tǒng)Modicon系列控制器、過(guò)程控制系統(tǒng)PES、樓宇自控和環(huán)境監(jiān)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(zhí)行系統(tǒng)，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(shì)是什么？

蔣能群：施耐德電氣把世界領(lǐng)先的智能制造平臺(tái)與深入落地的行業(yè)應(yīng)用充分結(jié)合，形成了高效、合規(guī)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、用戶合作共贏，為更多的用戶帶去價(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(xiàn)。我們針對(duì)制藥行業(yè)的各類工藝，遵循法規(guī)要求，搭建了各種解決方案模塊，具有成熟可靠的特點(diǎn)，可以幫助用戶迅速建設(shè)項(xiàng)目，達(dá)成制造的KPI要求。

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

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

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

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

（3）法規(guī)升級(jí)，嚴(yán)管藥品質(zhì)量，例如最近的熱點(diǎn)話題“數(shù)據(jù)完整性”，杜絕數(shù)據(jù)造假，造假數(shù)據(jù)就等于造假藥，是嚴(yán)重的違法行為，驅(qū)動(dòng)了制藥行業(yè)對(duì)自動(dòng)化整合層和電子批記錄的爆發(fā)式需求。

應(yīng)對(duì)這些機(jī)遇與挑戰(zhàn)，施耐德電氣早已準(zhǔn)備好相應(yīng)的解決方案，致力于與伙伴、用戶攜手面對(duì)，合作共贏，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(guī)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(zhǎng)，又有質(zhì)的提升，而且制藥行業(yè)是剛性需求、不受經(jīng)濟(jì)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(jī)會(huì)。施耐德電氣將繼續(xù)借助EcoStruxureTM領(lǐng)先平臺(tái)與成熟產(chǎn)品，大力培養(yǎng)行業(yè)生態(tài)圈，搭建行業(yè)應(yīng)用模塊，與有志于行業(yè)進(jìn)步的合作伙伴一起，為用戶提供更多、更好的解決方案。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年11月刊