建立知識管理系統，提高藥廠生產效率

文 / Matthias Markus Andre Schult Markus Windisch

本文作者Matthias Markus系拜耳公司工廠技術經理；Andre Schult、Markus Windisch均系Peerox GmbH首席執行官兼創始人。

經驗是成功的重要因素之一——擁有經驗豐富的員工能夠大幅減少停機時間。那么，在實際生產中，員工要如何分享這些經驗？制藥企業又如何才能高效地完成對員工的培訓？自學輔助系統為這些問題提供了答案。

平板電腦上的自學輔助系統界面

自動化生產線很少能完全無故障地運行。事實上，生產不得不中斷、出現計劃外微小停機的現象還是很常見的，這樣累積下來的總的停機時間會很長，并會導致廢品率升高以及相關的整體設備效率 (OEE)降低。

盡管為了防止故障發生，許多創新的生產和包裝設備都配備了多種診斷工具，但經驗豐富的員工還是能比沒有經驗的員工達成更高的生產效率。這通常是因為在許多情況下機器只能檢測到導致停機的癥狀。

但如果沒有查明導致微小停機的真正原因而僅解決了表面癥狀，那么故障通常會在很短的時間內再次出現。對于這種平時出現的微小停機，如果公司很少進行分析或根本不進行分析，那么它們對生產效率造成的影響將會非常大。德累斯頓弗勞恩霍夫加工與包裝技術研究所 (IVV) 的研究表明，超過70%的生產中斷時間不到2 min。

在藥品包裝領域，跟蹤和追溯過程被公認為是特別敏感且容易出錯的環節。維持這些過程的零差錯非常重要，而這要求生產和技術員工具備極高水平的實踐知識。

為員工提供支持與訓練，而非取代

目前，一個完全自動化的無人生產工廠無論是在技術上還是在經濟上都并不可行。因此，高效的藥品生產仍然依賴于先進的生產技術以及訓練有素、經驗豐富的員工。雖然隨著技術的不斷進步，生產線的自動化程度也在不斷提高，但員工結構的變化、波動以及熟練工人的短缺使得很多制藥公司難以建立起一支經驗豐富的生產團隊。

尤其是在制藥行業的GxP環境中，員工培訓是一個非常特別的挑戰，因為一點輕微的操作失誤就可能會帶來嚴重的后果。為了更好地進行員工培訓，拜耳位于德國勒沃庫森的制藥包裝分公司建立了一個數字培訓中心，并因此獲得了集團的終身榮譽獎。該培訓中心使用了先進的增強現實和虛擬現實（AR和VR）技術，員工可以在各種模擬環境中操作包裝機，而無需使用昂貴的測試材料。

這一技術能夠用于對員工的培訓之中，幫助他們事先演練生產中的重要工作步驟。不過，它依然不能取代同事之間的交流，也不能取代對生產中斷原因的經驗積累。

知識管理系統在生產環境中難以應用

積累和交流經驗至關重要。雖然知識管理系統 (Wikis)已成為私人應用和職業生活等許多領域日常的一部分，但它在藥廠中的應用仍非常稀少。因此，藥廠的信息通常非常零散，分散在各個Word文檔、Excel表格、SAP消息或電子郵件中。所以在出現生產中斷的時候，負責的員工很難訪問到這些信息。而正由于這些可用信息很少被使用，許多員工便缺乏詳細記錄的動力。

但即便是擁有一個維護良好、完整的知識管理系統也會存在一個核心問題：搜索。為了找到適合當前情況的條目，必須選擇正確的關鍵字。尤其是在具有眾多同義詞（如傳送帶和輸送帶）的生產環境中，搜索可能非常繁瑣且難以成功。此外，只有通過合適的關鍵字（標簽）才能找到相關的照片及視頻等多媒體內容。最終，搜索困難也會導致內容使用頻次較少，進而增加系統維護的難度。

自學輔助系統解決難題

Peerox GmbH 推出的自學輔助系統“MADDOX”解決了這一問題。該軟件能通過與藥廠的數據接口相連，使用機器學習算法分析過程和機器數據；通過使用監督學習方法，集成知識數據庫中的條目，將具有相似數據模式的條目關聯在一起。

當出現生產中斷的情況時，系統能夠計算當前情況與現存模式類的相似性，并在平板電腦或觸摸屏上顯示相關的數據庫條目，即形成數字知識卡。

克服心理層面的挑戰

該產品創意來自德累斯頓IVV的一個研究項目。在系統開發過程中，開發人員不僅面臨了算法、軟件穩定性以及確定軟件功能范圍等多方面的技術問題，而且還在早期階段遇到了嚴重的來自心理層面的挑戰。很多測試對象表示，他們對于被監視、控制或被機器替代懷有不小的恐懼。許多受試者拒絕分享他們的知識，因為他們害怕自己會被機器取代。

出于這個原因，開發人員早在2016年就開始與德累斯頓工業大學的工程心理學家展開了密切合作。他們在各種項目中研究了人們恐懼的動機、人們會在什么樣的場景下產生害怕或信任。現在，這些研究成果已被納入到了MADDOX的開發中。

拜耳的數字培訓中心采用了先進的AR和VR技術，能夠幫助員工模擬各種環境

正因如此，MADDOX系統現在受到了廣大用戶的歡迎，并且生成的數據兼具數量與質量。在使用過程中，MADDOX系統會不斷地主動提供曾經記錄的知識，無需員工進行費力的搜索。與使用其他文檔系統（如 Microsoft Word）時相比，員工可以更強烈地感受到公司為記錄知識而做出的努力。所以這種輔助系統已作為一種簡單的輪班記錄和SAP消息創建工具，被廣泛地融入到了日常生產之中。

用戶訓練系統提升系統價值

MADDOX系統的優勢還在于能夠自動、自適應地學習搜索知識管理系統中適合情境的數據庫條目。實現這一功能需要建立一個接口，如OPC UA。此外，通過不斷地對系統進行訓練，用戶可以將高精度的機器數據（即實時操作數據）與原因映射（如“折疊盒壓痕不良”）關聯起來。

這種關聯數據對于公司的運營來說非常有價值。通過創建經過驗證的SAP界面，員工可以根據現有數據輕松快速地生成詳細的SAP消息。此外，還能根據數據進行精確的生產優化分析。例如，可以量化個別供應商的質量問題、技術問題或內部流程造成的影響。

雖然MADDOX是一個本地系統，生成的數據都會被存儲在用戶的服務器上，但是用戶也可以選擇在公司其他地點登錄或以匿名形式與機器制造商共享機器的培訓和知識數據。

經受實際生產的洗禮

自2019年初以來，拜耳便一直關注著MADDOX系統的開發。也是自那時以來，系統開發人員便不斷根據實際的生產操作改良著軟件的功能，并逐步將其推向市場。

2021年 3月，該輔助系統在拜耳勒沃庫森包裝廠的3條包裝線上投入生產使用。目前正在其他5條包裝線和1個運輸系統上運行。拜耳在使用該系統的幾周內便創建了一個廣泛的知識數據庫。此外，他們還集成了一個易于使用的輪班手冊，生成了可用的培訓數據。通過這些數據，他們能夠準確地確定絕大多數生產中斷的正確原因。這一實際應用案例，證明了MADDOX有助于提高藥廠的生產效率，縮短新員工的培訓時間。不過由于OEE的影響因素眾多，因此還很難量化其帶來的直接影響。

通過MADDOX系統，拜耳已經能夠更快、更可持續地解決故障。MADDOX系統賦予了用戶輕松編寫SAP消息的能力，大幅提高了信息的質量和數量。這些生成的數據為拜耳勒沃庫森包裝廠的生產優化奠定了基礎。