做好中藥前處理生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)

文/林志展 劉杰

隨著“智能制造”概念的提出，制藥企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式正不斷遭受沖擊——傳統(tǒng)的中藥生產(chǎn)也亟需向信息化、智能化的方向進行轉(zhuǎn)型升級。本文提出了一種信息化管理方案，旨在通過將中藥前處理數(shù)控設(shè)備與工藝設(shè)計系統(tǒng)、生產(chǎn)組織系統(tǒng)及其他管理系統(tǒng)進行集成，從整體上改善生產(chǎn)組織與管理，提高制造系統(tǒng)的柔性，提升生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

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概述

本文提出做好數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）建設(shè)的主要目的是為了實現(xiàn)以下目標：

1.工藝流程數(shù)字化：實現(xiàn)系統(tǒng)后臺對加工工序、產(chǎn)品工藝流程的數(shù)字化配置管理，提高生產(chǎn)制造過程中工藝流程的規(guī)范性和精確性，減少客服傳統(tǒng)操作引起的人為差錯，提升生產(chǎn)執(zhí)行管理效率。

2.作業(yè)可視化：提供工位看板，實現(xiàn)車間作業(yè)的可視化，具體包括工藝加工過程、工序、作業(yè)安排的可視化；實現(xiàn)車間管理與計劃調(diào)度的可視化，具體包括工序、物料、進度、產(chǎn)量及質(zhì)量等的可視化。

3.生產(chǎn)資源識別自動化：對車間/功能區(qū)（門禁）、物料、人員、設(shè)備等生產(chǎn)資源進行賦碼（條碼/二維碼/RFID等），實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中各類資源的自動化管理。

4.設(shè)備運行/預(yù)警管理自動化：通過設(shè)備管理的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備運行、維護、預(yù)報警控制的數(shù)字化、實時化、自動化管理。

5.數(shù)據(jù)標準化、結(jié)構(gòu)化：應(yīng)用主數(shù)據(jù)描述規(guī)范以及主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程中的KPI（關(guān)鍵績效指標）數(shù)據(jù)，包括設(shè)備、人員、物料、抽樣、檢測、記錄等數(shù)據(jù)的標準化、結(jié)構(gòu)化。

6.記錄電子化：實現(xiàn)車間現(xiàn)場記錄特別是批生產(chǎn)記錄、質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)的數(shù)字化、實時化，提供生產(chǎn)作業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備運行、人效、物料平衡等生產(chǎn)過程所涉及的運行分析的數(shù)字化報表。

總體設(shè)計

為了提高中藥前處理生產(chǎn)制造過程的現(xiàn)代化管理水平，本文中的方案將在中藥前處理已有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行前處理車間的MES與SCADA系統(tǒng)建設(shè)，旨在通過將信息化和自動化緊密結(jié)合的手段，建立中藥前處理車間生產(chǎn)現(xiàn)代化和經(jīng)營管理體系，建立一個集生產(chǎn)控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和經(jīng)營于一體的綜合信息化管控系統(tǒng)，建設(shè)自動化、信息化、數(shù)字化生產(chǎn)示范車間，具體建設(shè)思路如下：

1.中藥前處理生產(chǎn)信息化整體規(guī)劃

根據(jù)中藥前處理的管理現(xiàn)狀和戰(zhàn)略發(fā)展需求，按照“整體規(guī)劃”原則，為中藥前處理規(guī)劃生產(chǎn)信息化建設(shè)藍圖，在充分分析需求及約束因素后，合理有序地組織并規(guī)劃管理信息化建設(shè)項目的進程，加強企業(yè)對變革進度和成本管理的控制。

2.中藥前處理生產(chǎn)信息化基礎(chǔ)平臺建設(shè)

基礎(chǔ)平臺的搭建至關(guān)重要，一般由企業(yè)信息部主導(dǎo)負責，進行包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、信息機房、智能展示、信息化平臺在內(nèi)的多方面建設(shè)。基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)結(jié)合藍圖設(shè)計，規(guī)劃未來5到10年的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)情況，保證未來上線的系統(tǒng)有一個安全的網(wǎng)絡(luò)和流程運行環(huán)境。

3.建立基于信息化集成的生產(chǎn)管理平臺

建立SCADA系統(tǒng)、MES與企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）及底層設(shè)備控制系統(tǒng)等集成管理平臺。

4.建設(shè)前處理車間生產(chǎn)信息化管理中心

建設(shè)中藥生產(chǎn)車間信息化管理中心，實現(xiàn)車間數(shù)字化監(jiān)控。配置電子看板、生產(chǎn)監(jiān)控大屏等可視化硬件，用于生產(chǎn)過程的監(jiān)控、展示，提高企業(yè)信息化建設(shè)水平，加強企業(yè)參觀效果。

5.系統(tǒng)驗證

提交一套標準的計算機系統(tǒng)驗證文檔，并為中藥企業(yè)提供定制化客戶培訓(xùn)與資料交付，保證客戶可接收、使用和維護整套系統(tǒng)。

建設(shè)方案

1.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方案

本文中的系統(tǒng)采用的是中有信科技根據(jù)國內(nèi)制藥行業(yè)特點定制開發(fā)的MES與SCADA系統(tǒng)，以中藥前處理車間為主要實施對象，設(shè)計了由過程控制層、制造執(zhí)行層和資源計劃層組成的飲片生產(chǎn)信息化管理平臺。在過程控制層，系統(tǒng)主要實現(xiàn)了產(chǎn)地藥材和中藥飲片加工生產(chǎn)線的自動化控制，實現(xiàn)了關(guān)鍵生產(chǎn)工藝參數(shù)的在線測量與數(shù)據(jù)采集；在制造執(zhí)行層，系統(tǒng)通過SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、分類展示等一系列功能；通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)了配方管理、生產(chǎn)管理、物料管理、質(zhì)量管理、電子批記錄管理、設(shè)備管理、賬號管理、報表管理、排產(chǎn)排程、倉庫管理、信息顯示、工藝參數(shù)、系統(tǒng)通信、遠程監(jiān)控等功能；在資源計劃層，系統(tǒng)通過ERP系統(tǒng)實現(xiàn)銷售管理、采購管理、財務(wù)管理和成本核算等功能；通過WMS系統(tǒng)實現(xiàn)進貨管理、庫存管理、訂單管理和配送管理等功能；通過實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）實現(xiàn)樣品管理、儀器管理、報告管理及統(tǒng)計分析等功能。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信端口的開發(fā)，實現(xiàn)了資源計劃層和制造執(zhí)行層之間的數(shù)據(jù)交互，達成了ERP、WMS、LIMS與MES的集成和DCS/PLC（分散控制系統(tǒng)/可編程邏輯控制器）與MES的集成，從而實現(xiàn)了企業(yè)核心業(yè)務(wù)（產(chǎn)、供、銷）的綜合集成，建立起了現(xiàn)代化的經(jīng)營管理體系。

2.制藥SCADA系統(tǒng)建設(shè)

中藥前處理車間各生產(chǎn)設(shè)備均自帶控制系統(tǒng)，項目可通過SCADA系統(tǒng)對底層各單機設(shè)備進行數(shù)據(jù)的采集，并上傳到SCADA系統(tǒng)。系統(tǒng)按照GMP計算機化系統(tǒng)驗證規(guī)范，對生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了全方位的整體覆蓋。

SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，底層為車間各單機設(shè)備，單機設(shè)備的控制系統(tǒng)需進行改造或增加通信模塊，以便通過以太網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)支持多種協(xié)議通信，同時支持接口開發(fā)，可以實現(xiàn)單機設(shè)備的集成。各網(wǎng)關(guān)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、腳本編輯等工作會在工程師站完成，然后這些工作的數(shù)據(jù)會被下載到服務(wù)器，服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可通過終端網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到各系統(tǒng)終端，如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務(wù)器及遠程終端等。

圖1 中藥前處理車間SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)以各產(chǎn)線為PLC控制器數(shù)據(jù)采集單元，通過標準協(xié)議將各個PLC實時數(shù)據(jù)匯總到通信網(wǎng)關(guān)上，通信網(wǎng)關(guān)會通過OPC（用于過程控制的對象連接與嵌入）接入SCADA系統(tǒng)服務(wù)器。在數(shù)據(jù)中心設(shè)有兩臺SCADA系統(tǒng)服務(wù)器，每臺服務(wù)器具備兩塊網(wǎng)卡，一塊用于連接采集交換機，另一塊用于監(jiān)控交換機，監(jiān)控站（SCADA客戶端）會通過監(jiān)控交換機與服務(wù)器連接。本SCADA系統(tǒng)共設(shè)有三層：設(shè)備層、采集層、應(yīng)用層，詳細說明如下：

設(shè)備層：車間各單機設(shè)備、公用工程設(shè)備，傳統(tǒng)的單機設(shè)備控制系統(tǒng)需進行改造或增加通信協(xié)議模塊，以便通過以太網(wǎng)接入SCADA系統(tǒng)集成網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)支持多種協(xié)議通信，可連接不同廠家、品牌的單機設(shè)備，同時支持接口開發(fā)，以實現(xiàn)單機設(shè)備的集成。

采集層：各網(wǎng)關(guān)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接到SCADA系統(tǒng)服務(wù)器，SCADA系統(tǒng)配置冗余服務(wù)器和WEB服務(wù)器，兩臺服務(wù)器同時運行、存儲數(shù)據(jù)。若其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，客戶端便會自動切換連接另外一臺服務(wù)器，系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、腳本編輯等工作會在工程師站完成，然后數(shù)據(jù)會被下載到服務(wù)器。

應(yīng)用層：服務(wù)器上的數(shù)據(jù)會通過終端網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到各系統(tǒng)終端，如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務(wù)器、大數(shù)據(jù)中心、遠程終端等。

3.MES應(yīng)用設(shè)計

本文中的項目是以中藥生產(chǎn)新建前處理車間中的產(chǎn)地藥材&飲片一體化加工、包裝生產(chǎn)線為基礎(chǔ)實施的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，實施品種為2個， MES項目實施具體內(nèi)容如下：

（1）原料、包材、輔材管理；

（2）領(lǐng)料、篩選、加工、包裝、入庫生產(chǎn)線管理；

（3）成品入庫管理。

對 接 系 統(tǒng)：ERP、WMS、SCADA、MDMS（主數(shù)據(jù)管控系統(tǒng)）等。

涉及部門：生產(chǎn)部、倉庫/物流、設(shè)備部、質(zhì)檢部、信息部、研發(fā)部、采購部以及財務(wù)部等部門。

根據(jù)工藝流程， MES可在整個生產(chǎn)過程中進行應(yīng)用，MES可將整個生產(chǎn)流程設(shè)置為一個工單。

針對這一工單，本文將以圖片的形式進行介紹：其中，MES軟件開發(fā)流程如圖2所示；另外，根據(jù)中藥前處理飲片加工車間的生產(chǎn)工藝、系統(tǒng)需求，以及對業(yè)務(wù)流程的規(guī)劃，結(jié)合筆者對行業(yè)、信息化的理解，本文中的 MES功能范圍可整理為如圖3所示。

圖2 MES軟件開發(fā)流程（飲片生產(chǎn)線）

圖3 MES功能模塊設(shè)計

MES包括工廠主數(shù)據(jù)管理、配方管理、生產(chǎn)管理、電子批記錄、物料管理、設(shè)備管理、過程控制集成、數(shù)據(jù)采集等功能模塊，并與ERP系統(tǒng)、自動化物流系統(tǒng)、電子看板系統(tǒng)進行了集成。MES的總體框架中還預(yù)留了系統(tǒng)擴展的實現(xiàn)接口，可方便企業(yè)持續(xù)擴展信息化建設(shè)。

結(jié)語

中藥前處理生產(chǎn)車間信息化建設(shè)項目涉及到銷售、采購、財務(wù)、計劃、生產(chǎn)、倉庫、設(shè)備、質(zhì)量以及信息等全廠各部門，涉及到ERP、MES、WMS、SCADA、DCS、PLC、前處理裝備及公用系統(tǒng)等軟件。由于項目覆蓋范圍大，合理的業(yè)務(wù)流程梳理是項目成功實施的基礎(chǔ)，需要經(jīng)過詳盡的需求調(diào)研分析確認、項目架構(gòu)建設(shè)和編程調(diào)試、GMP計算機化系統(tǒng)驗證，配以完善的項目實施團隊，才可實現(xiàn)信息化系統(tǒng)的建設(shè)預(yù)期目標，為制藥企業(yè)帶來理想的經(jīng)濟和社會收益。