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1 項目背景

此項目是全球首個為個體患者定制藥品的全自動、智能制造工廠。工廠的設計目標是，每天由全國各地的醫生開具藥方，由生產管理系統接收這些藥方，再由生產管理系統驅動工廠的各個環節如倉庫、生產等設施的自動運行，為每天數以萬計的患者生產定制化的藥品，再由快遞送達患者手中。即以工業級的成本，實現高度個性化的定制生產；在確保靈活性的同時，還要符合制藥行業的法規要求，為每個批次提供數據完整可追溯的電子批記錄。

每個患者藥品的原料配比、生產設備路徑、工藝參數都不相同，如何使數千種原料，在接收訂單后迅速挑選、稱重、轉運至生產車間，并按照醫生處方要求的設備類型、生產流程、工藝參數進行加工和包裝，同時迅速到達患者手中？這是對生產靈活性的一個巨大挑戰，也是人類制藥工業史上的一次重大創新。

2 項目原則

項目要符合兩個基本原則：一是智能制造的核心價值——低成本的定制；透明工廠，把工廠融入物聯網，打破生產的黑盒子，實現從訂單、生產、到物流的全自動高效流轉。二是合規。制藥工廠受行業法規的強制監管，數據完整性是強制要求，所以數據需要全程追溯，并自動生成電子批記錄。

3 解決方案

面對創新與挑戰，施耐德電氣向用戶提供了整體工廠的全面解決方案，包括訂單業務系統、訂單管理系統、設備集成平臺和批次控制系統，四個子系統緊密配合，實現了從客戶到生產再到客戶的整個過程，實現工廠高效，智能，柔性化運行。四個子系統各自完成如下功能：

（1）訂單業務系統

從遠程/移動客戶端接收客戶訂單，并提供客戶信息、產品名稱、物料清單、提取工藝等數據給訂單管理系統。

（2）訂單管理系統

訂單管理系統接收來自訂單業務系統的信息，并按照優先級排定生產順序，按照順序把訂單發送給設備集成平臺的訂單管理模塊；同時，訂單管理系統也接收來自設備集成平臺訂單管理模塊的數據，主要是訂單生產進度，完成狀態，配送狀況等數據，并把這些數據發送給訂單業務系統，客戶就可以在遠程/移動客戶端查看訂單生產進度，完成狀態，配送情況等信息。

（3）設備集成平臺

集成所有的生存設備，采集來自設備的過程數據，集成訂單管理系統和批次控制系統來進行生產排程和生產狀態的管理。訂單管理模塊接收來自訂單管理系統的訂單信息，按照當前設備狀態進行生產排程；同時，實時更新訂單執行狀態，并更新到訂單管理系統。

（4）批次控制系統

接收來自設備集成平臺的訂單管理模塊的訂單下達指令，并根據當前設備狀態排定生產計劃。當有空閑提取設備時，啟動使用相應配方的生產批次，設備在批次控制服務器的控制下全自動完成所有生產動作。同時，在批次數據庫中保存所有批次生產歷史。

3.1 數據集成平臺

本項目中，設備集成平臺采用施耐德電氣Wonderware System Platform軟件平臺，它集成配料系統，所有車間的生產和灌裝設備和設備的通信以采集數據，采用Modbus TCP協議。設備集成平臺統一建立設備和工廠模型，把上述所有子系統的全部設備集成到一個統一的平臺，批次控制系統通過設備集成平臺來控制設備按照工藝配方運行。

3.2 批次控制與管理系統

批次控制系統是本項目生產控制與管理的核心軟件系統，它嚴格按照ISA88的規范搭建，在配方的控制下，根據當前的設備和物料狀態，完全自動化地完成生產過程，充分發揮設備的效率，具有極大的柔性和靈活性，實現了個體定制化生產。

在本項目中，批次控制軟件采用施耐德電氣Wonderware InBatch，它把配料系統、物流系統、生產車間的所有設備結合在一起，在工藝配方的控制和協調下，自動化地完成整個提取過程。

批次控制從設計、開發到生產，包括以下幾個部分：

（1）建立過程模型；

（2）設備集成；

（3）建立配方；

（4）生產排程；

（5）生產看板；

（6）電子批記錄。

在本項目中，設備集成平臺和批次控制系統是一個有機的整體，具有靈活的分布式部署架構，結合實際的廠房和IT設計，設計系統網絡和部署架構圖如圖1所示。

 圖1  系統網絡和部署架構圖

在此架構中，設置了服務器用于數據采集、控件、批次控制、歷史數據庫/批次歷史數據庫等。每個車間，分別設立一臺終端電腦用于看板顯示。在集中監控室，設置集中監控站、工程師站、生產管理終端，功能分別為：

（1）數據采集/設備集成服務器

2臺，互為冗余，設備集成平臺主服務器。數據采集，設備集成建模，所有SCADA監控功能，也是批次控制服務器和設備之間的通信網關。

（2）批次控制服務器

2臺，冗余配置。批次控制引擎，管理、調度所有的配方運行，控制設備控制器按照配方規定工藝過程工作，同時向批次歷史數據庫傳送批次運行數據。

（3）歷史數據庫服務器

2臺，冗余配置。保存所有來自設備集成服務器的過程數據，用于后續工藝分析和設備診斷。

（4）批次歷史數據庫服務器

1臺，保存所有來自批次控制服務器的批次生產數據，包括工藝、物料、設備、人員、時間等信息。

（5）車間看板

每個車間設備一臺，用于顯示本車間所有提取設備的運行狀態和生產數據、批次執行狀態、批次執行進度和報警信息以及灌裝設備運行狀態、生產數據和報警信息等。

（6）集中監控站

1~2臺，設置在集中監控室。監控整個工廠的運行狀況，包括配料和所有車間的所有設備和生產過程，批次執行情況，物料和產品等生產信息。

（7）生產管理工作站

1臺，作為和訂單管理系統的接口，接收來自訂單管理系統的訂單信息，并且根據當前生產車間設備狀態排定生產計劃。

（8）工程師站

1臺，系統維護工程師站，用于對本系統包括設備集成平臺和批次控制系統的維護。同時，它也作為配置服務器保存本系統所有的工程文件和系統設置信息。

3.3 設備控制
在批次控制與管理系統的下層，是每個車間與所有設備的具體控制系統。這些控制器，接受來自上級批次控制與管理系統的指令，完成所有設備的全自動生產；并把生產過程的數據信息，反饋給上次批次控制與管理系統，供其生成電子批記錄之用；還會把設備的可用狀態信息反饋給上級批次控制與管理系統，供其實現智能調用設備之用。設備控制采用施耐德電氣的Modicon控制器。局部結構如圖2所示。

圖2  設備控制局部結構

4 項目意義

批次控制系統是本項目實現智能柔性制造的核心系統，在批次控制系統的指揮和調度下，充分發揮設備和產線的生產能力，最大限度地提高生產效率。通過與訂單管理系統的整合，自動按照客戶的需求選擇不同的配方，工藝，可實現個性化的調整，真正把訂單、工藝、物料、設備、物流結合起來，建立完全智能化、柔性、高效的智慧工廠。

作者簡介：

蔣能群，博士，施耐德電氣（中國）有限公司制藥行業負責人，在制藥行業有18年的經驗，全程、全面參與了全球第一個工業4.0制藥項目的頂層設計與落地，并長期致力于以自動化和信息化的手段，結合針對特定工藝的要求，適應不斷升級的法規要求，推動中國制藥行業從量到質、從粗放到高效的進步與升級。

精彩問答

自動化博覽：施耐德電氣為制藥行業提供哪些產品或解決方案？

蔣能群：施耐德電氣為制藥行業提供遵循ISA95架構的完整的產品和解決方案，包括以下方面：

（1）Level 1：儀表、傳感器、驅動、伺服、配電產品等；

（2）Level 2：控制系統，包括設備和藥機的控制系統Modicon系列控制器、過程控制系統PES、樓宇自控和環境監控等；

（3）Level 2.5：自動化整合層，包括Wonderware System Platform，Wonderware InBatch等；

（4）Level 3：生產管理與制造執行系統，例如Wonderware MES等。

自動化博覽：施耐德電氣在制藥行業的主要特點和優勢是什么？

蔣能群：施耐德電氣把世界領先的智能制造平臺與深入落地的行業應用充分結合，形成了高效、合規的解決方案。在創造一個又一個成功案例的同時，與合作伙伴、用戶合作共贏，為更多的用戶帶去價值。

施耐德電氣擁有眾多的明星產品，例如上述提到的Modicon、Wonderware、PES等品牌，在各行各業均有出色的表現。我們針對制藥行業的各類工藝，遵循法規要求，搭建了各種解決方案模塊，具有成熟可靠的特點，可以幫助用戶迅速建設項目，達成制造的KPI要求。

自動化博覽：您感受到我國制藥市場正在發生著哪些變化，呈現出哪些特點？

蔣能群：中國制藥工業正在經歷一個發展與挑戰十分巨大的時代，涵蓋以下特點：

（1）人口基數巨大，老齡化趨勢，使得制藥行業的體量增長十分迅速；

（2）智能制造的大環境，對制藥行業提出了新的品質與效率的要求；

（3）法規升級，嚴管藥品質量，例如最近的熱點話題“數據完整性”，杜絕數據造假，造假數據就等于造假藥，是嚴重的違法行為，驅動了制藥行業對自動化整合層和電子批記錄的爆發式需求。

應對這些機遇與挑戰，施耐德電氣早已準備好相應的解決方案，致力于與伙伴、用戶攜手面對，合作共贏，共謀制藥市場的發展。

自動化博覽：在您看來，制藥行業的發展前景如何？施耐德電氣在此方面有何規劃？

蔣能群：制藥行業的發展前景十分廣闊，既有量的增長，又有質的提升，而且制藥行業是剛性需求、不受經濟波動的影響，這都為我們創造了很好的發展空間和機會。施耐德電氣將繼續借助EcoStruxureTM領先平臺與成熟產品，大力培養行業生態圈，搭建行業應用模塊，與有志于行業進步的合作伙伴一起，為用戶提供更多、更好的解決方案。

摘自《自動化博覽》2018年11月刊