模塊類型包的應用實踐

文/Sabine Mühlenkamp

模塊類型包（Module Type Package，MTP）是一種非常有吸引力的概念——模塊化工廠的優勢顯而易見，它不僅能使生產更加靈活，還能縮短藥品上市時間，但MTP 真的已經成熟到可以用于實際生產了嗎？

MTP 是助力模塊化設備實現即插即用的最后一塊基石

多年來，流程工業領域一直在推行模塊化工廠的概念，以應對行業內的新挑戰。在設想中，預先經過自動化處理的模塊單元能夠根據實際生產的需要，以添加、排列的方式集成到藥品生產過程中；大部分智能控制和調節裝置都安裝在模塊中，通信關聯者可以通過一個統一的接口調取所需的模塊功能。MTP 就像辦公室的打印機驅動程序，同時具備自動識別、下載文件以及啟動打印機的功能，而人們可以通過個人計算機（PC）進行控制。

MTP 是針對加工模塊和模塊包而提出的標準，與設備供應商無關，目的是使設備能夠高效集成于自動化系統中。MTP 處于工業模塊和編排層之間，依照循序漸進的原則，首先會促成人機界面（HMI）、過程監測和控制等單元實現標準化，然后才會進行維護、診斷及建檔。

采用MTP 的優勢在于，不再需要將每個單獨的信號都傳送至控制系統。生產過程中許多極為重要的控制和調節功能都可直接由模塊接管，然后由模塊與控制系統進行通信，這樣便可節省用于擴展或改裝的費用，且系統運行速度會更快，從而有效降低生命周期成本。

有專家預測，實行MTP 模式或將縮短50%的藥品上市時間。除制藥行業外，精細化工或電子化學品企業也能從這一概念中獲益，這一概念能夠使其更加迅速和靈活地應對市場需求，進而從激烈的國際競爭中脫穎而出。

智能編排

不過，僅依靠MTP 是無法實現模塊化工廠的，因為不同生產商的設備無法在同一個系統中同時運行，如果想要高效運行一個模塊化系統，還必須使用工藝設備組裝（Process Equipment Assembly，PEA）工具，對模塊進行調節，使它們以合適的方式相連，相互間保持協調。Enpro 2.0-Orca 便是實現模塊化設備高效編排的有力工具。

通過在流程編排層（POL）中將模塊的狀態信息匯總，即可將PEA 集成于系統中。MTP 確保了模塊和流程編排層之間的順利連接，借助開放式體系結構（NOA），可將其連接到物聯網。Orca 則進一步促進了系統的可擴展性。

將想法付諸實踐

2018 年夏天，位于新加坡的贏創工廠率先啟動了MTP 項目。這個工廠是世界六大DL-蛋氨酸生產基地之一。為了將制冷單元集成至其傳統的生產設備中，贏創邀請了Engie、西門子及橫河電機共同參與項目。

在項目的實施過程中，幾家公司多次探討了集成模塊化單元的技術條件以及實施過程中面臨的挑戰。MTP 與HMI 的組合可實現80% 的過程自動化，但仍有20%的部分需要手動調節。在實際合作中，橫河電機負責提供MTP 導入工具，將分布式控制系統（DCS）通過OPC UA 通信協議連接到西門子的可編程邏輯控制器（PLC）中；而由PLC 模擬的制冷過程，可在DCS 的MTP操作界面上實時顯示。最終，整個系統會在贏創的生產基地進行調試和驗收。

即插即用

同時，默克也在為智能工廠的設計絞盡腦汁。他們目前正在收集學習與MTP 相關的案例，特別是模塊化設計、集成和編排方面的經驗?！拔覀儜撉宄卣J識到，新冠肺炎疫情已經影響了藥品的生產，制藥行業亟需靈活的設備方案扭轉局勢?！蹦说腗anfred Eckert 這樣說道，并表示模塊方案是構建智能工廠的重要基石。“我們希望借助模塊化設備將靈活與高效結合在一起，并在提高產量和質量的同時，大幅降低生產成本，以此快速響應客戶的需求。我們非常愿意借助模塊化的手段將批量生產轉換為連續生產。”Manfred Eckert表示。

“若想實現即插即用的生產模式，那么采用不同類型的模塊是必不可少的。它們或是存放在倉庫里備用，或是可以通過產品目錄訂購獲得?！盡anfred Eckert 描述道，“通過管線即可將模塊相連，并在POL 中進行編排。僅需制定好預設方案，系統便可開始運行?！边@時控制方式已不再重要，只需與MTP 匹配即可。

不過，Manfred Eckert 也指出，在MTP 的實際應用中還需特別關注幾個問題。一是審批流程，通常新系統的審批需要花費1 年左右的時間，而使用模塊化系統僅需兩周就能將設備組裝完畢，那么這時企業將無法再忍受漫長的等待，因此審批速度勢必要加快；二是系統的擴展，現在的擴展速度也有待加快，不過這是模塊化的長項，實現并不會太困難；另外，目前系統供應商能為模塊制造商提供的技術支持還是太少。

截至目前，默克已多次從MTP 集成組件中獲益，它曾有一個較大的實驗設備（年產量為5 t），其薄膜蒸餾、膜過濾設備的擴展都是通過MTP 實現的。Manfred Ecker 強調，未來，默克無論如何都會持續推進MTP 項目：“我們在MTP 項目中看到了巨大的發展前景，它可以幫助制藥行業降低生產成本、縮短上市時間?！?/p>