常彥松 范洵

華潤三九醫(yī)藥股份有限公司 廣東深圳 518000

隨著“中國制造2025”國家戰(zhàn)略[1]的不斷推進(jìn)，智能制造[2]在制藥行業(yè)中的應(yīng)用會更加廣泛和深入。在“兩化融合”方針的指引下制藥工業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，并進(jìn)一步向智能化發(fā)展。為促使制藥行業(yè)智能化工作的順利展開，通過運(yùn)用新的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)使制藥生產(chǎn)更加智能化、管理方式更加智慧化。華潤三九集團(tuán)觀瀾基地乳膏車間（簡稱“乳膏車間”）在智能制造升級前，生產(chǎn)線以孤立的控制設(shè)備為主，智能設(shè)備裝備率及使用率低，生產(chǎn)管理傳統(tǒng)。雖然已建設(shè)有MES 等信息化系統(tǒng)，但各個信息系統(tǒng)互相獨(dú)立，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用處于初級階段，無法為企業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)步、增加經(jīng)濟(jì)效益提供更多支持。同時，國家對藥品質(zhì)量要求日益嚴(yán)格，對過程質(zhì)量要求更為嚴(yán)格，故當(dāng)前需要充分利用智能制造時代新技術(shù)，提升信息化管理水平，以應(yīng)對當(dāng)前挑戰(zhàn)，構(gòu)建深度的行業(yè)解決方案，為行業(yè)發(fā)展賦能。

在新的“兩化融合”技術(shù)發(fā)展理念下，實(shí)施兩化深度融合、推進(jìn)智能制造的實(shí)踐。以SCADA 系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)集成的平臺，將OT數(shù)據(jù)通過模型化的方式與IT 系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)IT 和OT 的充分融合，解決生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)“數(shù)從何來”、“數(shù)存何處”、“數(shù)有何用”，為車間精益管理、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)提供支持，由原來的單純數(shù)據(jù)采集監(jiān)控建設(shè)為高度集成的數(shù)據(jù)集成運(yùn)營平臺，連接各個信息系統(tǒng)孤島、設(shè)備系統(tǒng)孤島，打通IT 系統(tǒng)和OT 系統(tǒng)之間的鴻溝，形成管控一體化的新型生產(chǎn)運(yùn)營能力。

1 智能化車間數(shù)據(jù)集成平臺建設(shè)的關(guān)鍵路徑

進(jìn)行車間建設(shè)整體戰(zhàn)略規(guī)劃，確定制造升級核心方向。在智能化技術(shù)的支持下，全面提升制造水平，打造自動化、信息化“兩化融合”的標(biāo)桿，以技術(shù)提升、裝備升級和信息化建設(shè)為突破口，實(shí)現(xiàn)制造升級[3]。首先在車間布局改造上，優(yōu)化工藝路線設(shè)計(jì)，做好生產(chǎn)加工的過程控制和產(chǎn)品質(zhì)量控制。其次，進(jìn)行設(shè)備自動化升級，在車輛投料、制造流程、在線稱重、自動傳輸、包裝刻碼、數(shù)據(jù)采集等多個方面提高乳膏車間設(shè)備的技術(shù)水平。最后是進(jìn)行信息化整合，運(yùn)用數(shù)據(jù)搜集、分析、處理系統(tǒng)，將系統(tǒng)縱向、橫向進(jìn)行整合，做到數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中控制，數(shù)據(jù)采集分析可視化。

以乳膏車間為例，主要痛點(diǎn)分析如下：

（1）數(shù)據(jù)斷層：部分設(shè)備數(shù)據(jù)沒有采集，生產(chǎn)制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）部分?jǐn)?shù)據(jù)依靠手工錄入，未做到實(shí)時采集，MES 系統(tǒng)和設(shè)備之間數(shù)據(jù)斷層。

（2）數(shù)據(jù)孤島：生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)、電子監(jiān)管碼、在線質(zhì)量檢測、能源管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、上層信息化等系統(tǒng)數(shù)據(jù)是彼此獨(dú)立的。

（3）數(shù)據(jù)空置：因?yàn)樾畔⒐聧u的存在，各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)難以進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，無法有效指導(dǎo)工藝、質(zhì)量的有效提升。

因此，數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、處理系統(tǒng)的建設(shè)是智能車間實(shí)施并且實(shí)現(xiàn)“兩化融合”的關(guān)鍵。

2 智能化車間數(shù)據(jù)集成平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 智能化車間數(shù)據(jù)集成平臺系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及原則

2.1.1 建設(shè)目標(biāo)

（1）數(shù)據(jù)采集及存儲。形成數(shù)據(jù)池：采集各生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)境、電子監(jiān)管碼、視頻監(jiān)控等實(shí)時數(shù)據(jù)；將實(shí)時數(shù)據(jù)用信息模型封裝，對IT 系統(tǒng)提供OT 數(shù)據(jù)服務(wù)。

（2）生產(chǎn)監(jiān)控。關(guān)鍵數(shù)據(jù)設(shè)置特定監(jiān)控界面，監(jiān)控視頻整合到數(shù)據(jù)集成平臺，直接和工藝聯(lián)動。生產(chǎn)設(shè)備可以通過平臺進(jìn)行啟停機(jī)。

（3）數(shù)據(jù)分析。對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理和挖掘，生成各種分析報(bào)表，為工藝優(yōu)化、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)、生產(chǎn)精益管理提供數(shù)據(jù)支持。

（4）可視化系統(tǒng)。建設(shè)一個展示中心，展示生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)分析指標(biāo)等，進(jìn)行全流程數(shù)據(jù)管理。

2.1.2 建設(shè)原則

（1）適用性。根據(jù)華潤三九觀瀾基地乳膏車間現(xiàn)狀和目標(biāo)，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，解決核心問題。

（2）易用性。復(fù)雜的機(jī)理模型，轉(zhuǎn)化為簡介的人機(jī)接口，簡單、方便、易操作，信息簡潔易懂，綜合性分析。

（3）安全性。嚴(yán)格遵循醫(yī)藥行業(yè)規(guī)范要求，保證數(shù)據(jù)安全性和完整性，保證信息系統(tǒng)安全。

（4）擴(kuò)展性。整體規(guī)劃，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可擴(kuò)展、易推廣。

2.2 智能化車間數(shù)據(jù)集成平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 軟件選型

從企業(yè)實(shí)力、產(chǎn)品技術(shù)實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目實(shí)施能力、售后服務(wù)能力、咨詢服務(wù)能力等方面進(jìn)行綜合考察，選擇了中國領(lǐng)先的自動化與信息技術(shù)解決方案供應(yīng)商和利時。選用和利時邊緣物聯(lián)平臺HiaSCADA4．0，此平臺為和利時的第四代產(chǎn)品，具有以下優(yōu)勢：

（1）技術(shù)先進(jìn)：采用先進(jìn)的 OPC UA 的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)；統(tǒng)一的系統(tǒng)訪問能力和被訪問能力。

（2）平臺安全性：功能方面：軟件平臺通過了德國TUV 萊茵SIL2 安全認(rèn)證；數(shù)據(jù)方面：采用基于數(shù)據(jù)庫的安全機(jī)制，阻斷非法訪問。

（3）快速實(shí)施能力：專業(yè)的實(shí)施團(tuán)隊(duì)；基于多個工廠的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，很多過程產(chǎn)出及設(shè)計(jì)都可以重復(fù)利用（3D 模型、數(shù)據(jù)分析算法等），具備快速推廣的條件。

2.2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

乳膏制造車間數(shù)據(jù)集成平臺系統(tǒng)主要有四部分組成：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、展示層。充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計(jì)有為大數(shù)據(jù)分析服務(wù)的分析數(shù)據(jù)庫。如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

HiaSCADA4．0 采用跨平臺的技術(shù)，支持Unix/Windows，同時支持C/S 架構(gòu)和B/S 架構(gòu)，可進(jìn)行虛擬化部署，故采用的了實(shí)體+虛擬部署方式，節(jié)約了服務(wù)器等硬件投資。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2 所示：

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 乳膏車間數(shù)據(jù)集成平臺功能設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集及存儲。全面采集乳膏車間內(nèi)的各生產(chǎn)設(shè)備、車間環(huán)境系統(tǒng)溫濕度等設(shè)備儀表的實(shí)時數(shù)據(jù)以及MES 系統(tǒng)、電子監(jiān)管碼系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。建立設(shè)備信息模型、產(chǎn)線模型、工藝模型，通過模型為MES 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，形成電子批記錄；質(zhì)量數(shù)據(jù)長期儲存，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持；設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為設(shè)備預(yù)防性維護(hù)提供指導(dǎo)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以連續(xù)壓縮存儲，自動備份到指定服務(wù)器，備份數(shù)據(jù)支持導(dǎo)入查詢。當(dāng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫存儲滿了的時候，數(shù)據(jù)可以覆蓋舊值，保證最新值的存儲不受影響。對于數(shù)據(jù)庫管理，至少保存10 年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分類保存并支持備份導(dǎo)出。當(dāng)通訊中斷或者傳輸故障發(fā)生的情況下，本地存儲的歷史數(shù)據(jù)和生產(chǎn)事件等，在恢復(fù)通訊后，可自動將數(shù)據(jù)恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫中，保證數(shù)據(jù)完整。存檔的記錄不可編輯，數(shù)據(jù)是可追溯的，并且在采集過程中，不能影響乳膏車間設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）生產(chǎn)監(jiān)控。對乳膏車間內(nèi)各個設(shè)備和子系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并可以遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)設(shè)備啟動和停機(jī)。溫濕度等環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在車間布局圖上，通過生產(chǎn)監(jiān)控畫面可以設(shè)置溫濕度等預(yù)警值，可查看趨勢曲線。按照工藝流程，設(shè)備界面可通過三維動態(tài)畫面生動展示設(shè)備運(yùn)行情況，包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行、故障、停止?fàn)顟B(tài)等相關(guān)信息。制定操作權(quán)限，有相應(yīng)授權(quán)的人員可以遠(yuǎn)程操作生產(chǎn)設(shè)備的開停機(jī)，參數(shù)設(shè)置等操作進(jìn)行嚴(yán)格權(quán)限管理。

（3）數(shù)據(jù)分析。針對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘處理，生成各類分析數(shù)據(jù)表，為工藝優(yōu)化、設(shè)備預(yù)防性維修、生產(chǎn)精益管理提供數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)可提取數(shù)據(jù)庫或者接受人工錄入數(shù)據(jù)以及Excel 導(dǎo)入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要生成各類分析表，并且通過圖表曲線等形式展示出來。通過結(jié)合實(shí)際需求，雙方共同進(jìn)行業(yè)務(wù)梳理，開發(fā)了個性化的數(shù)據(jù)分析模塊：設(shè)備效率分析、人工效率分析、物料耗用分析、能源耗用分析、質(zhì)量數(shù)據(jù)分析。通過大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，突破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)了處理方式。例如能源數(shù)據(jù)和消耗金額相關(guān)性分析，通過查詢年度各項(xiàng)能源耗用金額進(jìn)行去年及今天的費(fèi)用對比，把能源消耗轉(zhuǎn)換為財(cái)務(wù)指標(biāo)，為不同部門的決策提供了支持。如圖3所示。

（4）可視化系統(tǒng)。建設(shè)數(shù)據(jù)展示中心，展示乳膏車間全工藝流程圖和實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)、各類分析報(bào)表、視頻監(jiān)控畫面等。用戶可以自定義展示內(nèi)容，也可以拷貝展示內(nèi)容到移動設(shè)備，可展示用戶接入的各類文件，如Word、Excel、PPT、視頻等。屏幕可選用拼接屏，多塊屏幕顯示內(nèi)容可根據(jù)需要自由組合。展示系統(tǒng)可以與多個操作終端協(xié)同，支持單機(jī)雙屏操作。

2.3.2 智能化車間數(shù)據(jù)集成平臺建設(shè)效果

（1）產(chǎn)線數(shù)字化。對乳膏車間生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，將復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再基于這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型。

（2）過程可視化。對質(zhì)量、工藝、設(shè)備運(yùn)行等過程參數(shù)進(jìn)行分析和三維動態(tài)展示，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的透明可視。

（3）管理精細(xì)化。大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，為車間精益管理、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

（4）接口標(biāo)準(zhǔn)化。通過對項(xiàng)目的總結(jié)，形成了接口、服務(wù)、集成方式標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范。功能使用和展示分析標(biāo)準(zhǔn)化，為后續(xù)華潤三九集團(tuán)內(nèi)部智能工廠建設(shè)奠定了技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格GMP 規(guī)范性測試，已正式上線運(yùn)行。經(jīng)對比，總體工作效率提升10%，設(shè)備利用率提升了5%。同時取得了原創(chuàng)性成果，形成了軟件著作權(quán)：華潤三九數(shù)據(jù)采集與分析軟件V1．0。

圖3 數(shù)據(jù)分析

3 結(jié)語

綜上所述，智能制造車間通過基于智能化技術(shù)的數(shù)據(jù)集成平臺的建設(shè)，打通了IT 系統(tǒng)和OT 系統(tǒng)信息孤島，充分實(shí)現(xiàn)IT 和OT的融合，最終實(shí)現(xiàn)了“兩化融合”目標(biāo)，提升了價值，并形成了個性化的大數(shù)據(jù)分析解決方案，取得了軟件著作權(quán)等成果。實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，后續(xù)為不斷提高乳膏車間管理水平，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的信息化管理手段。同時為傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)車間向信息化、數(shù)字化、智能化車間轉(zhuǎn)型提供了參考與借鑒。