制药企业综合自动化系统的设计与实现

制药企业综合自动化系统的设计与实现

王子瑜

天津红日药业股份有限公司天津武清301700

摘要：制药企业多为小批量、多品种的生产经营模式、市场竞争也很激烈。如何适应市场不断变化的需求、在市场竞争中取胜，已成为制药企业生存、发展的关键。因此，采用以信息集成和综合处理为主要特征的综合自动化系统加强企业的生产管理与经营管理，增强企业对外部环境的应变能力具有十分重要的意义。本文介绍了综合自动化系统，分析了综合自动化系统在制药企业中的应用。

关键词：制药企业；综合自动化系统；应用

随着集散控制系统（DCS）在国内制药企业逐步推广应用，尤其是小型DCS在中、小制药企业的成功运用，对于经济效益的提高起到了重要作用。实现综合自动化系统的目的是通过软、硬件及信息的集成，将各自独立的生产装置计算机控制系统纳入全厂的生产调度与管理决策支持系统中，建立良好的信息存储、传送、处理环境，为实现全厂生产控制、调度、管理、决策一体化创造条件。综合自动化系统的建设是一个长期不断完善的过程，其实施不可能一步到位。如何适应动态变化的企业环境，保持系统的稳定性也是必须考虑的问题。

一、综合自动化系统

20世纪80年代后期，流程工业过程控制与生产管理发生了巨大变化，多学科间的相互渗透与结合，使过程控制与生产管理朝着一体化的方向发展，形成了企业综合自动化的发展新模式。综合自动化系统是应用计算机网络技术、数据通信技术、应用软件技术、多媒体技术和控制技术等，实现企业网络化、系统化、智能化和信息化综合管理和控制的系统，包括生产可视化、信息管理系统化、管理优化、计划优化和调度、操作优化和过程控制及智能优化管理与决策的技术环境。

二、制药行业自动化和信息化的重要性

对于在制药行业，“自动化和信息化的重要性的问题，是一个长期困惑着许多业内外人士的问题，其中包括企业的决策层和专业技术人员。由于制药行业的特殊性，许多企业的决策层认为：制药生产本来就是适用传统的生产方式，人力资源便宜，没有什么可值得花费投资搞自动化和信息化的。部分企业质量和生产管理人员，甚至有相当一部分GMP专家则简单地认为：自动化不但增加企业的投资，而且增加额外的验证麻烦和费用，为了应付验证，自动化的内容越少越好。行业内的自动化和信息化专业人员对自动化和信息化的认识也往往局限在自动化和信息化技术本身以及传统意义上的应用，很少有人感悟到自动化和信息化在制药行业的真正价值和广泛应用空间。目前各级药监部门的重要使命就是全面而严格地监控和确保我国药品各个环节的质量和安全。我相信还没有一个行业像医药行业那样，把质量放到如此重要的地位。因此，实际上药品的质量就是制药企业的生命线，医药行业自动化和信息化的重要性。

三、综合自动化系统在制药企业中的应用

基于MES的大中型制药企业智能ERP信息系统实施方案，整个网络以工业以太网和PROFIBUS现场总线为重要组成部分，可完成工厂通讯、数据通讯和过程/现场自动化通讯等不同层次、不同性能的复杂联网任务。

1、控制层（PCS）

控制层各子系统的功能。生产车间实时控制子系统，生产车间实时控制子系统的功能包括：

（1）工艺过程控制功能：根据工艺要求自动控制其作业流程、介质压力、温度、pH值和液位等。工艺流程中配液、油佐剂处理、投料、灭活、浓缩纯化等工序实现了管道化和自动化。

（2）人流、物流控制功能：GMP要求不同的人流、物流仅允许其在相应的洁净环境下活动，通过门禁控制，可使拥有不同权限和工作性质的工作人员只能活动在被允许的范围之内。

自动化立体仓库子系统。自动化立体仓库子系统主要由机械和控制2部分构成：机械部分包括货架、输送部分和码垛部分等，控制部分包括传感器、条码阅读器、计算机网络通讯数据库等。采用计算机控制和现代自动化机械，使出入库的效率和效益大幅度提高，可自动结算库存的货物种类和数量，并控制各种货物的流通速度。

设备状态监视与管理子系统。设备状态监视与管理子系统主要由现场的摄像系统构成。在工艺生产过程中，许多关键运行状态必须实时跟踪监控。为了确保无人管理的有效性，本系统采用了数字图像监视系统。此外，图像监视系统为客户展示了现代化工厂的风采，加大了企业的宣传力度。以上生产车间底层控制单元的监控台，可在图形监视器上完整、直观地动态显示各生产车间的生产过程的工艺流程总图、各工序设备运行状态、质量和工艺参数报表、实时趋势及历史趋势画面、故障及越限报警，可以利用在线数据和数据库中的数据可以计算出主要生产指标的完成情况，可以作为MES执行层监控、决策和动态调度的基础。

2、执行层（MES）

（1）执行层系统网络结构。MES系统主要由MES管理软件、MES数据库服务器、MES调度台、车间作业信息显示屏等构成，采用星形网络拓扑结构。这种结构接线方式简单，便于网络维护和资源配置以及系统的监控和管理。

（2）执行层系统的功能。MES为企业生产管理人员进行过程监控与管理、保证生产正常运行、控制产品质量和生产成本提供了灵活有力的工具。其主要包括以下功能：实时信息监控、生产计划与统计、生产调度综合协调、管理生产作业过程、质量管理、设备管理、能源管理、生产物流管理、批量生产管理、进销存管理等。以某制药产业基地项目为例，对于生产车间，可根据生产线人力和物力的资源信息对车间进行排产，安排相应的计划。执行层系统可以获取控制层的有关控制参数值，以实现协调管理。总之，基于实现车间生产统计的网络化，可自动编制生产进度、工时利用、产品实耗和质量统计等报表，并为产品生产成本的核算提供定量依据。根据控制层的实时监控和反馈数据及作业计划进度情况，提供直观、灵活的产品生产动态跟踪查询，并可进行生产进度的预测，以实现实时的生产指挥调度。

3、计划层（ERP）

（1）计划层系统的结构。计划层系统的结构采用基于Web的C/S与B/S混合结构的多层分布式信息平台。面向上层经营计划管理的ERP层主要采用C/S结构模式，只能由各功能模块管理人员使用，包括数据的录入、凭证和各种报表的打印、查询和分析等，增加了系统的安全性和可伸缩性。面向车间生产调度管理的MES层主要采用B/S结构模式，提供物料跟踪，成品半成品的状态、库存、价格、项目用料以及调度的实时跟踪等，这样既方便领导和一般客户的查询，又可发布企业的信息等。

（2）计划层系统的功能。计划层系统的功能主要包括：进行厂级的生产管理决策和绩效指标考核；人力资源管理；财务、销售管理；企业公共信息发布，电子商务服务管理；成品、半成品、原料的库存管理、为车间级管理提供物料信息支持、工厂维护；生产工艺规划设计管理；接受客户订单，制定周/日生产计划，向下传递给制造执行系统。基于MES的大中型制药企业智能ERP信息系统，加强了大中型制药企业生产经营计划的可执行性，可对生产车间数据信息进行自动采集和分析，可对整个车间的生产过程进行监控，实现了产品质量的在线监控，完成了生产计划和动态生产的调度，从而缩短生产经营周期，减少物料浪费，降低成品及在制品的库存，保证生产交货期。

目前，该厂的综合自动化系统已经建成，其中，生产过程优化系统已投入运行，管理信息系统已通过全面试运行，开始逐步投入运行。它的建成不仅改变原来各部门的信息封闭或信息传递滞后的状况，实现了企业内部信息共享，提高了工作效率，最终将实现柔性化生产和全厂的生产控制与优化，使得企业从全局的角度出发，保证生产过程的控制与管理处于最优状态，达到高质量、高效益的生产目标。

参考文献：

［1］朱菊红，吕拥军.DCS在发酵过程中的应用[J].化学工业与工程技术，2012，23（3）

［2］熊茂华，喻宏庆.基于MES制药企业智能ERP信息系统的研究［J］.计算机与现代化，2013（8）

［3］龙文，李祥全，吴义生，王宁生.药业ERP系统的研究与开发［J］.计算机与应用化学，2015（22）