制藥工廠OEE系統(tǒng)的應用

陳有亮

0 引言

工廠系統(tǒng)實施前的狀況：

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，Manufacturing Execution System）是最近國內外研究的非常熱門的領域之一。目前不同的工廠根據(jù)自身的情況，對這一領域有不同的應用側重點。

我們工廠希望解決以下問題：（基本的MES功能共11個方面[1][2]）

a.生產(chǎn)線和加工設備有多少時間在生產(chǎn)，多少時間在停轉和空轉？影響設備生產(chǎn)潛能的最主要原因是：設備故障？調度失誤？材料供應不及時？工人培訓不夠？還是工藝指標不合理？

b.能否對產(chǎn)品的質量檢測數(shù)據(jù)自動進行統(tǒng)計和分析，將質量隱患消滅于萌芽之中？

c.能否廢除人工報表，自動統(tǒng)計每個過程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？

同時，

a.自動統(tǒng)計全面設備效率--OEE（Overall Equipment Effectiveness）。

b.按批次班次統(tǒng)計績效。

c.幫助尋找生產(chǎn)設備瓶頸，提供決策依據(jù)。

因此，需要設計實施一套系統(tǒng)，以便很好地實現(xiàn)上述功能。

1 系統(tǒng)架構

該系統(tǒng)采用WINDOWS為操作平臺，.net為開發(fā)平臺，后臺數(shù)據(jù)庫為MICROSOFT SQL SERVER 2005，這種架構易于實現(xiàn)和擴展。具體架構，如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)架構

在高速包裝線上，如果采用直接讀取PLC（Programmable Logic Circuit）設備信號的方式，將涉及原有的設備驗證。所以，綜合考慮，采用傳感器（電眼）探測計數(shù)。在其它瓶頸區(qū)域，采用觸摸屏軟件按鍵輸入的方式，用戶操作起來非常省事并且流暢。

根據(jù)工廠生產(chǎn)的實際流程，整個系統(tǒng)可分為兩大部分：第一部分是前工段的，即制粒、流化床及包衣，采用觸摸屏一鍵輸入的方式，盡管手工操作給員工增加一點點額外負擔，但后續(xù)的數(shù)據(jù)分析結果滿足了車間管理的要求；第二部分是后工段（自動包裝線）的傳感器自動數(shù)據(jù)收集部分，該部分只是占用了生產(chǎn)線的一點安裝空間，對原有系統(tǒng)無任何影響，即可用來進行產(chǎn)品計數(shù)，報警探測等。兩者都通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給服務器。

從技術角度來看簡單地講就是，傳感器獲取信號，經(jīng)過模塊轉換，送給局域網(wǎng)，再傳給服務器處理。或者，觸摸屏收集，其本身就是一臺客戶端電腦，也相當于一個工作站，收集數(shù)據(jù)給服務器。管理者可以通過各種網(wǎng)頁瀏覽器，在辦公室里瀏覽到實時數(shù)據(jù)及查看相關報表等。

2 方案選擇

由于直接采用PLC設備讀取數(shù)據(jù)涉及到相關設備的重新驗證（GMP所要求），再加上進度和成本方面的考慮，最終采用了基于傳感器（電眼）的數(shù)據(jù)采集方式。

根據(jù)GMP的要求，藥品生產(chǎn)相關的設備都屬于與GMP相關的關鍵設備，投入使用前需要驗證，符合要求才能正式使用。而且設備在生產(chǎn)使用過程中，如果有任何變更，而且該變更會對藥品生產(chǎn)質量的任何環(huán)節(jié)造成影響，那該設備就必須重新驗證并通過。考慮到這一因素，如果從現(xiàn)有的設備中通過PLC通訊來獲取必要的數(shù)據(jù)，將必然對原來的設備造成直接影響，該影響將擴展到藥品生產(chǎn)質量的某環(huán)節(jié)，因此需要設備重新驗證通過，這將耗費更大的人力物力財力等，甚至還將影響到正常的生產(chǎn)。采用基于傳感器的方式，也就是重新構造一套系統(tǒng)，伴隨原有的生產(chǎn)設備，即對原有的系統(tǒng)沒有任何影響，同時又能達到解決問題的效果。只是原有的生產(chǎn)設備智能數(shù)據(jù)及參數(shù)等不能得到重復利用，適當降低了系統(tǒng)的一些擴展功能。綜合考慮還是合算的。

3 軟硬件的配置

硬件包括4個部分，分別是： 1).TPC-1570H：Touch Panel Computer（平板電腦），該平板電腦具有的優(yōu)勢有：工業(yè)級的防水防塵功能，同時具備主流電腦的配置及性能，而且是觸摸式操作，方便了產(chǎn)線生產(chǎn)員工，不至于由于系統(tǒng)的上線給他們增加不少額外的操作時間（同時配合軟件的一鍵式觸摸軟按鈕操作）。2).電眼傳感器：用于自動生產(chǎn)線所生產(chǎn)藥品的數(shù)量統(tǒng)計，同時，在系統(tǒng)出錯報警時，提示位置信息，供現(xiàn)場維護人員快速定位故障位置。3).電眼輸入轉換模塊：用于收集各傳感器的數(shù)據(jù)，并轉換為能在局域網(wǎng)上傳輸?shù)男盘枺┫到y(tǒng)服務器讀取。4).網(wǎng)絡設備及布線：本應采用工業(yè)以太網(wǎng)的標準，但由于工廠生產(chǎn)各項環(huán)境數(shù)據(jù)比較恒定，非常接近辦公或商業(yè)環(huán)境，于是，就同辦公網(wǎng)絡整合為同一網(wǎng)絡但采用不同的IP網(wǎng)段。

軟件包括：操作系統(tǒng)平臺--WINDOWS SERVER 2003，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)--MICROSOFT SQL SERVER 2005，以及開發(fā)平臺--MICROSOFT .NET。系統(tǒng)采用B/S .net架構，由于數(shù)據(jù)存儲量為中小規(guī)模，所以數(shù)據(jù)庫采用了SQL SERVER 2005，使用靈活方便。

4 系統(tǒng)實施

系統(tǒng)按照項目化的管理運作模式[3]，計算機全生命周期的開發(fā)和驗證方法，讓系統(tǒng)在生命周期的各個階段均可以很好的控制。其項目主要任務有客戶化定制及編碼、系統(tǒng)安裝、驗證、培訓和試運行等，分述如下：a.客戶化定制及編碼：系統(tǒng)的主體部分采用PARSEC AUTOMATION公司的TrakSYS主要組件[4]，觸摸屏一鍵式功能模塊為客戶化定制部分，并且跟其它模塊無縫集成。b.系統(tǒng)安裝部分包括：硬件（觸摸屏、電眼傳感器、傳感器轉換模塊和服務器等）地安裝、網(wǎng)絡布線及軟件安裝（操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、應用系統(tǒng)組件及客戶端軟件等）。c.系統(tǒng)驗證：嚴格按照GMP有關CSV的要求[5]，系統(tǒng)評估為非GMP(Non-GMP)系統(tǒng)，按照要求只需執(zhí)行“Quality Plan”計劃，主要驗證文檔為URS（User Requirement Specification, 用戶詳細需求）和SAT/UAT（Site/User Acceptance Test, 所在地/用戶接收測試）。d.系統(tǒng)培訓：系統(tǒng)嚴格按照GMP有關CSV的要求，需要制定相關SOPs（Standard Operation Procedure），如： “OEE全自動數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)”操作員指南（SOPPM-279），OEE系統(tǒng)（TrakSYS）管理員指南 （WIMPMS-1），OEE系統(tǒng)（TrakSYS）Webtrak使用指南 （WIMPMS-2）等，其編號為公司內部文檔編號。e.系統(tǒng)試運行：系統(tǒng)試運行一個月，狀況良好，轉入正式運行。

5 運行維護

包裝線：連續(xù)的生產(chǎn)線，有時間可控性，直接與設備連接并取數(shù)。

09年初統(tǒng)計的08年的數(shù)據(jù)，如圖2所示：

圖2 OEE統(tǒng)計結果比較

OEE系統(tǒng)和手工統(tǒng)計兩種方法統(tǒng)計的OEE結果差距越來越小。其中10月份，兩者相差只有0.2%。從數(shù)據(jù)分析的結果來看，高速線OEE系統(tǒng)越來越趨向穩(wěn)定。系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)具有可信度。

所以，系統(tǒng)本身的可用性和可信度是比較高的，關鍵在于員工是否認真使用了該系統(tǒng)。前工段也有類似的結果，但人為因素不可忽略，因操作人員操作不當所造成的一些不必要的錯誤，應該加強培訓和教育。同時，系統(tǒng)可以增加一些防呆機制，以避免這些人為錯誤的發(fā)生，作為軟件改進的方向之一。

升級擴展：系統(tǒng)正常運行一年后，對工廠其它生產(chǎn)包裝線（“快線”及“法瑪線”）成功擴展實施了該系統(tǒng)。

6 結束語

該系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了一開始所述的那些功能，達到了預期的目的。由于系統(tǒng)沒有能夠采用直接與設備PLC通訊的方式，所以，關于設備的參數(shù)及其它非常有價值的數(shù)據(jù)無法獲得，以至于設備的狀態(tài)及錯誤代碼統(tǒng)計，只能停留于相對表淺的層次，難以發(fā)現(xiàn)設備的隱患。再加上，MES系統(tǒng)最核心的部分就是如何完成執(zhí)行層的任務，當前的系統(tǒng)還做得不夠，比如：根據(jù)產(chǎn)品號碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息，以及自動校驗和操作提示以防止工人部件裝配錯誤等功能，因此仍無法實現(xiàn)。所以，這是為了系統(tǒng)繼續(xù)完善的方向。我們正往這方面積極探索，比如：系統(tǒng)能夠采集到加工工序的工藝參數(shù)、PLC組態(tài)工作單管理模組、設備參數(shù)與故障代碼結合設備隱患分析、質量的隨機波動與異常波動結合質量隱患分析，等，期待后續(xù)能盡快有成果出來。

[1]李清.制造執(zhí)行系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]MESA International.MESA White Paper 6[J/OL].MES Explained: A High Level Vision， [2011-12-19].https://services.mesa.org/resourcelibrary/showresource/334444c5-388f-4360-beb4-3c86dc0f4de4

[3]Bob Hughes and Mike Cotterell.Software Project Management (Second Edition) [M/OL].[2011-09-10].http://www.mcgraw-hill.co.uk/textbooks/hughes/ .

[4]Parsec Automation Corp.公司網(wǎng)站[J/OL].TRAKSYS介紹，[2011-12-19].http://www.parsec-corp.com/Products/TrakSYS/Functions.aspx

[5]國家藥監(jiān)局.藥品生產(chǎn)驗證指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.