做好中藥前處理生產信息化管理系統建設

文/林志展 劉杰

隨著“智能制造”概念的提出，制藥企業傳統的生產模式正不斷遭受沖擊——傳統的中藥生產也亟需向信息化、智能化的方向進行轉型升級。本文提出了一種信息化管理方案，旨在通過將中藥前處理數控設備與工藝設計系統、生產組織系統及其他管理系統進行集成，從整體上改善生產組織與管理，提高制造系統的柔性，提升生產的質量和效率。

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概述

本文提出做好數據采集與監視控制（SCADA）系統和制造執行系統（MES）建設的主要目的是為了實現以下目標：

1.工藝流程數字化：實現系統后臺對加工工序、產品工藝流程的數字化配置管理，提高生產制造過程中工藝流程的規范性和精確性，減少客服傳統操作引起的人為差錯，提升生產執行管理效率。

2.作業可視化：提供工位看板，實現車間作業的可視化，具體包括工藝加工過程、工序、作業安排的可視化；實現車間管理與計劃調度的可視化，具體包括工序、物料、進度、產量及質量等的可視化。

3.生產資源識別自動化：對車間/功能區（門禁）、物料、人員、設備等生產資源進行賦碼（條碼/二維碼/RFID等），實現在生產過程中各類資源的自動化管理。

4.設備運行/預警管理自動化：通過設備管理的數據采集與監控系統，實現設備運行、維護、預報警控制的數字化、實時化、自動化管理。

5.數據標準化、結構化：應用主數據描述規范以及主數據管理系統，實現產品制造過程中的KPI（關鍵績效指標）數據，包括設備、人員、物料、抽樣、檢測、記錄等數據的標準化、結構化。

6.記錄電子化：實現車間現場記錄特別是批生產記錄、質量追溯數據的數字化、實時化，提供生產作業、產品質量、設備運行、人效、物料平衡等生產過程所涉及的運行分析的數字化報表。

總體設計

為了提高中藥前處理生產制造過程的現代化管理水平，本文中的方案將在中藥前處理已有系統的基礎上，進行前處理車間的MES與SCADA系統建設，旨在通過將信息化和自動化緊密結合的手段，建立中藥前處理車間生產現代化和經營管理體系，建立一個集生產控制、優化、調度、管理和經營于一體的綜合信息化管控系統，建設自動化、信息化、數字化生產示范車間，具體建設思路如下：

1.中藥前處理生產信息化整體規劃

根據中藥前處理的管理現狀和戰略發展需求，按照“整體規劃”原則，為中藥前處理規劃生產信息化建設藍圖，在充分分析需求及約束因素后，合理有序地組織并規劃管理信息化建設項目的進程，加強企業對變革進度和成本管理的控制。

2.中藥前處理生產信息化基礎平臺建設

基礎平臺的搭建至關重要，一般由企業信息部主導負責，進行包括網絡規劃、信息機房、智能展示、信息化平臺在內的多方面建設。基礎建設應結合藍圖設計，規劃未來5到10年的網絡、數據情況，保證未來上線的系統有一個安全的網絡和流程運行環境。

3.建立基于信息化集成的生產管理平臺

建立SCADA系統、MES與企業資源計劃（ERP）系統、倉庫管理系統（WMS）及底層設備控制系統等集成管理平臺。

4.建設前處理車間生產信息化管理中心

建設中藥生產車間信息化管理中心，實現車間數字化監控。配置電子看板、生產監控大屏等可視化硬件，用于生產過程的監控、展示，提高企業信息化建設水平，加強企業參觀效果。

5.系統驗證

提交一套標準的計算機系統驗證文檔，并為中藥企業提供定制化客戶培訓與資料交付，保證客戶可接收、使用和維護整套系統。

建設方案

1.系統架構設計方案

本文中的系統采用的是中有信科技根據國內制藥行業特點定制開發的MES與SCADA系統，以中藥前處理車間為主要實施對象，設計了由過程控制層、制造執行層和資源計劃層組成的飲片生產信息化管理平臺。在過程控制層，系統主要實現了產地藥材和中藥飲片加工生產線的自動化控制，實現了關鍵生產工藝參數的在線測量與數據采集；在制造執行層，系統通過SCADA系統數據庫實現了異構系統數據集成、數據存儲、統計分析、分類展示等一系列功能；通過MES系統實現了配方管理、生產管理、物料管理、質量管理、電子批記錄管理、設備管理、賬號管理、報表管理、排產排程、倉庫管理、信息顯示、工藝參數、系統通信、遠程監控等功能；在資源計劃層，系統通過ERP系統實現銷售管理、采購管理、財務管理和成本核算等功能；通過WMS系統實現進貨管理、庫存管理、訂單管理和配送管理等功能；通過實驗室信息管理系統（LIMS）實現樣品管理、儀器管理、報告管理及統計分析等功能。該系統通過數據通信端口的開發，實現了資源計劃層和制造執行層之間的數據交互，達成了ERP、WMS、LIMS與MES的集成和DCS/PLC（分散控制系統/可編程邏輯控制器）與MES的集成，從而實現了企業核心業務（產、供、銷）的綜合集成，建立起了現代化的經營管理體系。

2.制藥SCADA系統建設

中藥前處理車間各生產設備均自帶控制系統，項目可通過SCADA系統對底層各單機設備進行數據的采集，并上傳到SCADA系統。系統按照GMP計算機化系統驗證規范，對生產關鍵環節的數據實現了全方位的整體覆蓋。

SCADA系統結構圖如圖1所示，底層為車間各單機設備，單機設備的控制系統需進行改造或增加通信模塊，以便通過以太網接入網關。網關支持多種協議通信，同時支持接口開發，可以實現單機設備的集成。各網關通過系統網絡連接到數據中心服務器，系統組態、數據處理、腳本編輯等工作會在工程師站完成，然后這些工作的數據會被下載到服務器，服務器上的數據可通過終端網絡發布到各系統終端，如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務器及遠程終端等。

圖1 中藥前處理車間SCADA系統架構

該系統以各產線為PLC控制器數據采集單元，通過標準協議將各個PLC實時數據匯總到通信網關上，通信網關會通過OPC（用于過程控制的對象連接與嵌入）接入SCADA系統服務器。在數據中心設有兩臺SCADA系統服務器，每臺服務器具備兩塊網卡，一塊用于連接采集交換機，另一塊用于監控交換機，監控站（SCADA客戶端）會通過監控交換機與服務器連接。本SCADA系統共設有三層：設備層、采集層、應用層，詳細說明如下：

設備層：車間各單機設備、公用工程設備，傳統的單機設備控制系統需進行改造或增加通信協議模塊，以便通過以太網接入SCADA系統集成網關，網關支持多種協議通信，可連接不同廠家、品牌的單機設備，同時支持接口開發，以實現單機設備的集成。

采集層：各網關通過系統網絡連接到SCADA系統服務器，SCADA系統配置冗余服務器和WEB服務器，兩臺服務器同時運行、存儲數據。若其中一臺服務器出現故障，客戶端便會自動切換連接另外一臺服務器，系統組態、數據處理、腳本編輯等工作會在工程師站完成，然后數據會被下載到服務器。

應用層：服務器上的數據會通過終端網絡發布到各系統終端，如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務器、大數據中心、遠程終端等。

3.MES應用設計

本文中的項目是以中藥生產新建前處理車間中的產地藥材&飲片一體化加工、包裝生產線為基礎實施的生產信息化管理系統，實施品種為2個， MES項目實施具體內容如下：

（1）原料、包材、輔材管理；

（2）領料、篩選、加工、包裝、入庫生產線管理；

（3）成品入庫管理。

對 接 系 統：ERP、WMS、SCADA、MDMS（主數據管控系統）等。

涉及部門：生產部、倉庫/物流、設備部、質檢部、信息部、研發部、采購部以及財務部等部門。

根據工藝流程， MES可在整個生產過程中進行應用，MES可將整個生產流程設置為一個工單。

針對這一工單，本文將以圖片的形式進行介紹：其中，MES軟件開發流程如圖2所示；另外，根據中藥前處理飲片加工車間的生產工藝、系統需求，以及對業務流程的規劃，結合筆者對行業、信息化的理解，本文中的 MES功能范圍可整理為如圖3所示。

圖2 MES軟件開發流程（飲片生產線）

圖3 MES功能模塊設計

MES包括工廠主數據管理、配方管理、生產管理、電子批記錄、物料管理、設備管理、過程控制集成、數據采集等功能模塊，并與ERP系統、自動化物流系統、電子看板系統進行了集成。MES的總體框架中還預留了系統擴展的實現接口，可方便企業持續擴展信息化建設。

結語

中藥前處理生產車間信息化建設項目涉及到銷售、采購、財務、計劃、生產、倉庫、設備、質量以及信息等全廠各部門，涉及到ERP、MES、WMS、SCADA、DCS、PLC、前處理裝備及公用系統等軟件。由于項目覆蓋范圍大，合理的業務流程梳理是項目成功實施的基礎，需要經過詳盡的需求調研分析確認、項目架構建設和編程調試、GMP計算機化系統驗證，配以完善的項目實施團隊，才可實現信息化系統的建設預期目標，為制藥企業帶來理想的經濟和社會收益。