MES在各行業中的需求與解決方案（四）

MES在各行業中的需求與解決方案（四）

羅克韋爾自動化（中國）有限公司 華镕

基于典型應用的MES模塊部署實例

在前面的幾期中，根據IEC62264的標準，MES模塊是按行業進行分類的，本期文章給出了幾個特定行業應用實例需要特別考慮的兩個內容。

今天，與制造執行系統相關的解決方案已經“有機”地開發了很多年，且有各種應用。隨著時間的推移，在兩個主要工業：“制造業”和“流程工業”已出現了顯著的差異。然而，即使在每個行業，特殊和應用特定的變體已經建立。它們這些發展和歷史將在下面介紹。

行業特定的MES相關變化可以用IEC62264過程模型的結構來體現。由于MES模塊和解決方案的不斷成熟，技術已經出現了跨多個應用領域的使用。在過去幾年中，這種發展趨勢沒有例外，通常用于制造工業和過程工業的許多自動化功能都已經用硬件和軟件組件（PLC、DCS）實現。此外，以前完全獨立的兩條產品線，現在已可以在兩個行業中互用。

為了更好地讓讀者理解，下面的內容首先提供相應典型運行過程的一般描述，隨后通過各個業務活動的表格描述MES模塊是如何支持生產、質量、維護和庫存管理的。

為了關聯所描述MES模塊的功能和應用，以下一般運行過程的描述給出了對各個行業主要特點簡單而直接的敘述。

活性藥物成分生產

在制藥工業中，活性成分通過化學或生物過程生產（植物提取物、化學合成或生物技術發酵）。制造過程必須符合政府的法規，這一般概括成所謂的“現行良好生產實踐”（cGMP）。

在下面活性成分化學生產的例子中，展示了在自動批處理控制的柔性多產品工廠中，運行要求和應用MES模塊的可能性。重點是生產管理。

典型運行一般描述

基于對活性成分的需求，成分的管理和預測在ERP系統中完成，成分的生產由MES組織實施。

每個產品也許已有了生產配方，或者要為產品創建新的配方。根據工廠自動化的程度，可以基于操作員的指令實現生產配方或者由過程自動化系統實現基本配方（如圖1所示） 。除了配料量和工藝控制參數，該配方包括設備的互連要求、手動執行步驟（SOP：標準操作規程）工作說明書、處理危險材料的安全說明和質量控制要求，包括采樣（IPC：在線過程控制，PM：過程監視）。作為符合cGMP的一部分，該配方有版本控制，并要求有生產管理和質量保證部門的批準。

圖1 在MES配方編輯器中，集成了MES（綠色）和DCS（藍色）的配方定義和管理

（1）生產調度要求

· 所需工藝設備（劑量容器、反應器、填充站等）的選擇和分配，需要的柔性設備互連，以及可用的移動設備規劃和分配。

· 檢查誰獲得了有關標準操作規程（SOP）和處理產品有害物質培訓的資格證書。

· 在適當的時間需要檢查成分的可用性。

· 把生產分為多個生產批次。

· 為了把各個成分容器（大袋、桶）手動添加到該過程，生成稱重和運輸工單。

· 為在線過程控制（IPC）和過程監視（PM）的樣品生成實驗室檢測工單。

（2）生產準備要求

· 檢查計劃使用的設備是否清潔可用，還是 “干凈”的狀態已經過期，需要在使用前進行清洗。制作設備狀態文件。

· 建立柔性設備互連和移動設備的分配。為了保證質量，檢查和制作互連文件。

（3）生產執行要求

· 根據生產的配方生產各個批次，既可以用配方中包含的指令通過手動操作，也可以用DCS自動執行配方。在這兩種情況下，必須符合cGMP文檔中的“誰做什么和什么時間做”。

· 質量相關工藝參數的cGMP符合文件，作為符合活性成分藥物批次生產的證明文件。

· 成分容器符合cGMP在正確時間和位置進行稱重（如圖2所示）、記錄、標簽和運輸。

· 在正確時間，把正確的容器放到計劃的生產批次。該釋放必須符合cGMP標準，即通過操作員確認和監督員驗證或自動驗證，如通過條形碼。

· 樣品采集并生成檢測工單。

圖2 在配方材料稱重期間，使用移動或固定操作員終端的操作員界面

（4）生產評價要求

· 為了允許QA快速發送批量，當時識別質量相關的批量偏差。

· 額外的運行評估，例如，最小化批次周期時間和產量的變動。

（5）經濟背景

一般來說，活性藥物成分是高價值產品。失去一個批次可能會造成六位數的損失。

通過MES功能支持運行

（1）資源管理

（2）定義管理

（3）詳細調度

（4）分派

（5）執行管理

（6）數據收集

（7）跟蹤

（8）分析

華镕，男，1982年畢業于北京科技大學自動化系，現任羅克韋爾自動化（中國）有限公司全球標準及貿易部中國地區經理。

圖3 部分設定畫面

對于重量信號的處理中，由于稱量信號存在干擾，需要對信號進行濾波處理，并判斷信號是否穩定，讀數是否準確。在PLC程序中，對于稱重模塊反饋回來的重量數據進行了相應的處理，使其重量數值精確、穩定度高。

5 效果分析

該設備現場調試結束后在最終用戶處實際包裝粉料，充填稱重重量誤差小且穩定，整機性能穩定、運行效率高，超預期完成客戶的使用要求。