自動化物流系統(tǒng)在醫(yī)藥制劑生產(chǎn)線中的應(yīng)用

張 楠，魏 鑫，馬洪澤，周強龍，任 楠

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

自動化物流系統(tǒng)在醫(yī)藥制劑生產(chǎn)線中的應(yīng)用

張 楠，魏 鑫，馬洪澤，周強龍，任 楠

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

以某藥業(yè)的醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線系統(tǒng)中的自動化全程無人操作的智能物流系統(tǒng)為例，詳細介紹了基于企業(yè)智能物流管理轉(zhuǎn)型升級需求進行設(shè)計的醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的組成、特點、軟件和硬件結(jié)構(gòu)以及物流關(guān)鍵流程，通過對整個自動化物流系統(tǒng)給該醫(yī)藥制劑企業(yè)帶來的便利和進步的描述體現(xiàn)自動化物流系統(tǒng)在自動無人操作液體制劑生產(chǎn)線系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用。

自動化物流系統(tǒng)；液體制劑

0 引言

隨著現(xiàn)代化物流技術(shù)和新一代信息技術(shù)的發(fā)展，自動化倉儲物流系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來藥品質(zhì)量安全事件頻發(fā)更讓藥品制造企業(yè)意識到了藥品制造全過程實現(xiàn)自動化無人操作迫在眉睫，現(xiàn)有的人工運送原輔料、包裝材料，人工進行成品箱的碼垛，手工記賬，多個庫房藥品信息管理混亂的儲運模式在藥品生產(chǎn)的質(zhì)量安全方面很難控制，原輔料生產(chǎn)節(jié)拍與成品配送嚴重脫節(jié)，工作效率低下，遠遠無法滿足制劑企業(yè)的運營需求。而自動醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)合具有自動化立體倉儲和智能配送功能的自動化物流系統(tǒng)實現(xiàn)了中藥液體制劑生產(chǎn)線，從取材到預(yù)處理、提取、灌裝、滅菌直至包裝、成箱、入庫，整個操作流程實現(xiàn)自動化無人操作[3]。原輔料、包裝材料的配送及其成品的入庫出庫存儲均依托自動化物流系統(tǒng)完成，杜絕了人工接觸和各種交叉污染的可能，保證貴重中藥材的高品質(zhì)，降低企業(yè)的物流成本，提高了企業(yè)競爭力，為企業(yè)及所屬行業(yè)帶來更高的生產(chǎn)收益。在此生產(chǎn)線系統(tǒng)中自動化物流系統(tǒng)是整個液體制劑生產(chǎn)線順暢高效運轉(zhuǎn)不可或缺的關(guān)鍵組成。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)難點

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某藥業(yè)的液體制劑生產(chǎn)線系統(tǒng)中的自動化物流系統(tǒng)是采用了自動化立體倉庫（AS/RS）、碼垛機械手、AGV智能配送系統(tǒng)、托盤輸送系統(tǒng)、倉儲信息管理及監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的一體化智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了自動配送原輔料和包材至包裝、生產(chǎn)車間、自動碼垛成品箱、托盤自動識別、自動入庫存儲有貨托盤和空托盤、自動出庫發(fā)貨的自動化物流流程。同時，智能化的管理和監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)對產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)、庫存情況等信息自動采集管理實現(xiàn)對生產(chǎn)過程物料、在制品輸送、倉儲和物流管理路線的智能分析與優(yōu)化決策。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

物流系統(tǒng)以自動化立體倉庫為核心，按照功能分為三個區(qū)域，分別是立體倉庫庫前的出入庫區(qū)，成品碼垛區(qū)和AGV配送區(qū)。其中成品碼垛區(qū)分布在藥1車間和外包車間里，AGV配送區(qū)的取放貨站點分布在立體庫庫前、生產(chǎn)車間、瓶子瓶蓋處理車間、外包車間、藥1車間和原輔料常溫庫以及陰涼庫中。物流系統(tǒng)及配送站點布局圖如圖2所示，其中虛線連接各個AGV配送站點，表示配送線路。

圖1 物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

立體倉庫區(qū)由高層貨架（12排，13層）、6臺堆垛機、114臺輸送機、1臺拆盤機、1臺疊盤機，1套控制系統(tǒng)組成，成品碼垛區(qū)和AGV配送區(qū)由1套成品箱輸送整理線、2臺機器人、5臺AGV、2套控制系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)物流及輸送設(shè)備種類多樣，配送站點遍布現(xiàn)場、線路復(fù)雜，入出庫頻率高，對智能物流設(shè)備之間的集成、物流系統(tǒng)與生產(chǎn)環(huán)境間的集成、各子系統(tǒng)間的信息交互和接口異構(gòu)要求很高。設(shè)備控制系統(tǒng)之間以及設(shè)備控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)之間通過高速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行信息交換。本物流系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3 軟件結(jié)構(gòu)

為提高系統(tǒng)的信息化和自動化程度，落實工業(yè)化和信息化深度融合，設(shè)計了先進的定制化倉儲信息管理系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，其中管理系統(tǒng)體現(xiàn)了企業(yè)“大倉儲”管理理念，是集倉儲和物流于一體的大型倉儲物流管理系統(tǒng)。在傳統(tǒng)倉儲業(yè)務(wù)的管理基礎(chǔ)上，融合了線邊配送發(fā)料及成品入庫物流流程，包括了六大功能模塊：系統(tǒng)軟件平臺、系統(tǒng)軟件應(yīng)用模塊、庫存業(yè)務(wù)模塊、物流配送業(yè)務(wù)模塊、自動化立體倉庫接口模塊、相關(guān)系統(tǒng)接口模塊；監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)了對物流系統(tǒng)設(shè)備的實時在線監(jiān)控、作業(yè)的最優(yōu)分配調(diào)度等功能。

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)基于數(shù)據(jù)層、自動控制層、應(yīng)用軟件層、事務(wù)處理層、用戶界面層的設(shè)計開發(fā)，實現(xiàn)本物流系統(tǒng)的物流信息交互與集成接口環(huán)境的搭建，如圖4所示。

通過xml文檔交互以及數(shù)據(jù)庫中間表的接口方式實現(xiàn)了SAP系統(tǒng)、藥監(jiān)碼防竄系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)與WMS系統(tǒng)之間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)互訪，如入庫單、出庫單、物資定義信息、藥監(jiān)碼信息的獲得，庫存及流水數(shù)據(jù)的上傳等等；實現(xiàn)了堆垛機、碼垛機械手、庫端輸送機、AGV的設(shè)備優(yōu)化調(diào)度以及設(shè)備搬運作業(yè)任務(wù)指令的下發(fā)管理，組態(tài)了過程對象即底層輸送、配送設(shè)備，并對其執(zhí)行狀態(tài)進行了跟蹤。

完全擺脫了信息孤島的原有格局，實現(xiàn)了物流信息在工廠范圍內(nèi)原材料采購到成品銷售全過程集成和實時共享，提高了產(chǎn)品質(zhì)量一致性和生產(chǎn)效率，降低成本，加快企業(yè)推進新模式、新業(yè)態(tài)下的智能制造。

1.4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)難點

1）托盤輸送系統(tǒng)采用多井字聯(lián)動結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制技術(shù)上邏輯關(guān)系復(fù)雜研發(fā)技能要求高，滿足了多業(yè)務(wù)多出庫去向輸送的需求，柔性化設(shè)計，實際使用輸送效率高，靈活度好。

圖2 物流系統(tǒng)及配送布局圖

2）倉儲信息管理系統(tǒng)設(shè)計方面通過信息化手段使整個制藥車間生產(chǎn)、物流、倉儲成為一個有機整體，為企業(yè)優(yōu)化流程、提升管理能力提供了有力保證。攻克了管理物料類別跨度大（成品、包材、原輔料、五金件）、管理倉庫多元（立體庫、平庫）的難點，最大程度的體現(xiàn)了信息化為工業(yè)化生產(chǎn)高產(chǎn)出高利潤低成本所帶來的巨大價值。

3）調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計亮點是基于液體制劑生產(chǎn)配送流程復(fù)雜，調(diào)度設(shè)備多樣，接口對象紛繁的特點，實現(xiàn)了與德國Schubert包裝線設(shè)備、機器人、AGV、立庫輸送設(shè)備、信息系統(tǒng)的接口調(diào)度，確保了生產(chǎn)線物流配送系統(tǒng)高效、連貫、穩(wěn)定可靠的運轉(zhuǎn)。

4）AGV智能配送系統(tǒng)通過合理的路線設(shè)計和大區(qū)型交通堵塞的應(yīng)用完美的實現(xiàn)了不死鎖，減少AGV小車空跑的時間，在取放貨站點密集區(qū)域仍能夠保持穩(wěn)定，安全，高效的運行。

系統(tǒng)中醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線可以達到每秒生產(chǎn)5瓶的國內(nèi)最快速度，成品箱包裝線可以處理最大14400箱/日的生產(chǎn)節(jié)拍，碼垛機器人單臺作業(yè)能力818箱/小時，很好的滿足了液體制劑成品生產(chǎn)節(jié)拍快、原輔料和包裝材料入出庫頻繁的特點。立體倉庫的主要設(shè)備堆垛機及鏈式輸送機、AGV，它們的控制系統(tǒng)均采用高穩(wěn)定性的進口控制設(shè)備配套以成熟的控制程序，這樣充分保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠，可以適應(yīng)藥品液體制劑企業(yè)銷售旺季時全天候高密度大批量發(fā)貨的需求。

2 物流關(guān)鍵流程描述

此系統(tǒng)解決了車間物理層、物流管理系統(tǒng)、外部管理系統(tǒng)三者之間的集成接口異構(gòu)、信息交互方式不相同等關(guān)鍵性問題，消除了物流系統(tǒng)與生產(chǎn)環(huán)境間的信息壁壘與系統(tǒng)分離的現(xiàn)象。

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

物流流程主要包括：成品下線的機械手碼垛流程、成品下線的自動配送入庫流程、成品出庫流程、原輔料及包裝材料入庫流程、原輔料及包裝材料出庫及自動配送流程、空托盤供給流程。其中成品下線的機械手碼垛流程、原輔料及包裝材料出庫及自動配送流程和空托盤供給流程最具特點在此進行詳細描述。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)層級圖

1）成品下線的機械手碼垛流程：成品裝箱完成貼好藥監(jiān)防竄碼后，由輸送設(shè)備運送至條碼閱讀器讀碼，經(jīng)防竄碼校驗合格的成品箱被輸送設(shè)備運送至機械手抓取位，輸送設(shè)備與機械手進行信息及是否允許動作的快速交互確保抓取安全的前提下機械手開始連貫執(zhí)行碼垛命令，當抓取箱有斷批標識或者抓取數(shù)量達到滿托標準時，機械手與輸送設(shè)備再次進行信息及是否允許動作的快速交互，同時調(diào)度系統(tǒng)完成整托盤防竄碼信息與托盤號的信息綁定，并基于信息綁定校驗原則對綁定信息是否正確進行校驗，為托盤信息是否正確加以標識，設(shè)備放行至AGV取貨工位，碼垛流程完成。結(jié)合生產(chǎn)實際情況還設(shè)有最后一箱放行功能，考慮到當生產(chǎn)結(jié)束最后一箱等待碼垛時，批次無變化也未達到滿托盤數(shù)，操作員只需按下最后一箱放行按鈕，即可完成最后一托的碼垛。由機械手碼垛完畢的托盤經(jīng)系統(tǒng)自動調(diào)度AGV取貨，標識為信息綁定正確的托盤配送至立體庫入庫站臺入庫，標識為信息綁定有誤的托盤配送至庫前指定整理站點進行人工處理。成品下線的機械手碼垛流程示意圖如圖5所示。

此流程基于設(shè)備間的動作執(zhí)行信號交互，WCS與機械手碼垛數(shù)量、輸送系統(tǒng)托盤信息的采集，WCS與WMS的托盤與成品箱信息綁定的交互，WMS與藥監(jiān)碼防竄系統(tǒng)間的接口信息交互，確保了每一個成品箱從生產(chǎn)下線到出庫發(fā)貨全過程的產(chǎn)品信息可追溯。

2）原輔料及包材出庫及自動配送流程：原輔料及包材出庫位置在立體庫貨架前區(qū)域。在出庫操作前，通過SAP信息接口向WMS系統(tǒng)傳入出庫單，庫管員要根據(jù)生產(chǎn)線實際需求形成單據(jù)出庫順序，系統(tǒng)自動檢測上次配送時間，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的配送間隔準確的在下次配送時間自動生成出庫作業(yè)，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)將作業(yè)指令下發(fā)給堆垛機，堆垛機到達指定貨位地址叉取托盤，通過堆垛機上的條碼閱讀器讀取貨位上的托盤碼，調(diào)度系統(tǒng)采集出庫托盤碼并將由堆垛機讀取的托盤碼與數(shù)據(jù)庫中庫存記錄的托盤碼進行比對，正確的允許出庫動作送到出庫輸送機，不正確的則有系統(tǒng)記錄為問題貨位，終止出庫動作。出庫完成的作業(yè)由調(diào)度系統(tǒng)將作業(yè)的完成信息上傳給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)完成帳目處理。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)同時實時監(jiān)測托盤出庫情況，提前下發(fā)AGV配送作業(yè)，調(diào)度AGV及時準確的到達出庫站臺取貨，并按指令配送至目的站點放貨。從出庫到配送完成全過程均實現(xiàn)全自動，既確保了原輔料及包材向生產(chǎn)線上供應(yīng)的及時和準確性又避免了人工與叉車等設(shè)備的交叉作業(yè)，實現(xiàn)了生產(chǎn)安全和藥品質(zhì)量安全雙贏保障。

整個物流流程除了原輔料及包材入庫信息的錄入和

圖5 成品下線的機械手碼垛流程示意圖

【】【】出庫藥品的揀選，其他各個物流環(huán)節(jié)均是全自動完成，無需操作人員介入。在每個物流環(huán)節(jié)，各個系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)頻繁進行信息交互，實現(xiàn)無縫銜接，達成物流和信息流的高度統(tǒng)一。

3）空托盤供給流程：空托盤供給流程由機械手碼垛區(qū)域的自動配送流程和成品生產(chǎn)車間空托盤的收集入庫流程組成。

（1）機械手碼垛區(qū)域的空托盤自動配送流程：當機械手碼垛區(qū)域的整騾空托盤供給工位無占位信號時調(diào)度系統(tǒng)自動生成空托盤出庫作業(yè)和AGV取貨作業(yè)，堆垛機執(zhí)行空托盤出庫任務(wù)，出庫整騾空托盤至AGV取貨站臺，AGV接收到搬運作業(yè)運行至取貨站臺，完成機械手碼垛區(qū)域的整騾空托盤供給工位的空托盤配送作業(yè)，由拆盤機將整騾空托盤拆成單個托盤輸送至機械手碼垛工位。

（2）成品生產(chǎn)車間空托盤的收集入庫流程：車間設(shè)有三個空托盤取貨站點，通過工作人員使用運行在手持終端上的AGV呼叫功能生成AGV的取貨作業(yè)，空托盤站點允許放置單個空托盤或者指定數(shù)量的整騾空托盤，AGV接收到作業(yè)指令，運行至取貨站點，運送至立體庫入庫站臺，通過高低位檢測判斷單個空托盤則分配入庫去向為疊盤機方向，由疊盤機疊至指定數(shù)量整騾入庫，判斷入庫托盤高度高于單個空托盤時直接分配去向為入庫巷道。

空托盤的供給拉動整個物流配送，是全系統(tǒng)的關(guān)鍵關(guān)節(jié)，為有貨托盤高效、穩(wěn)定的出入庫提供了有力保障。

3 結(jié)束語

自動化精益化的醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線之物流系統(tǒng)幫助企業(yè)實現(xiàn)了智能化改造和轉(zhuǎn)型升級，徹底顛覆了原有全部依靠人工作業(yè)的物流管理模式，優(yōu)化了產(chǎn)品在生產(chǎn)現(xiàn)場的輸送、配送和存儲方式，實現(xiàn)了從生產(chǎn)包裝、碼垛、智能配送、自動入庫和出庫的全集成操作，提高了企業(yè)訂單響應(yīng)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了管理成本和物流成本，避免了因為落后技術(shù)和混亂的物流管理帶來的經(jīng)濟損失；為該企業(yè)實現(xiàn)年產(chǎn)制劑達2000萬瓶，年產(chǎn)值近100億的目標提供了有力的保障；不僅實現(xiàn)了信息化和自動化的高端結(jié)合，更是中醫(yī)學(xué)傳統(tǒng)配方的智慧與現(xiàn)代高新科技的完美融合。

[1] 尹晶,沈佳瑛,林玄葆.集配自動化物流系統(tǒng)在機械制造業(yè)中的應(yīng)用研究[J].物流技術(shù),2014.

[2] 饒豐,張新山,韓駿.自動化物流系統(tǒng)在酒類行業(yè)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化,2003.

[3] 全球首條無人操作中藥液體制劑生產(chǎn)線落成[EB/OL].http://business.sohu.com/20120608/n345275088.shtml2012.

Application of automated logistics system in the production line of pharmaceutical preparation

ZHANG Nan, WEI Xin, MA Hong-ze, ZHOU Qiang-long, REN Nan

TP273

：B

1009-0134(2017)07-0019-06

2016-09-05

張楠（1980 -），女，北京人，工程師，碩士，主要從事自動化物流系統(tǒng)集成解決方案設(shè)計、軟件系統(tǒng)開發(fā)和實施工作。