模塊類(lèi)型包的應(yīng)用實(shí)踐

文/Sabine Mühlenkamp

模塊類(lèi)型包（Module Type Package，MTP）是一種非常有吸引力的概念——模塊化工廠的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，它不僅能使生產(chǎn)更加靈活，還能縮短藥品上市時(shí)間，但MTP 真的已經(jīng)成熟到可以用于實(shí)際生產(chǎn)了嗎？

MTP 是助力模塊化設(shè)備實(shí)現(xiàn)即插即用的最后一塊基石

多年來(lái)，流程工業(yè)領(lǐng)域一直在推行模塊化工廠的概念，以應(yīng)對(duì)行業(yè)內(nèi)的新挑戰(zhàn)。在設(shè)想中，預(yù)先經(jīng)過(guò)自動(dòng)化處理的模塊單元能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，以添加、排列的方式集成到藥品生產(chǎn)過(guò)程中；大部分智能控制和調(diào)節(jié)裝置都安裝在模塊中，通信關(guān)聯(lián)者可以通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的接口調(diào)取所需的模塊功能。MTP 就像辦公室的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)具備自動(dòng)識(shí)別、下載文件以及啟動(dòng)打印機(jī)的功能，而人們可以通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）進(jìn)行控制。

MTP 是針對(duì)加工模塊和模塊包而提出的標(biāo)準(zhǔn)，與設(shè)備供應(yīng)商無(wú)關(guān)，目的是使設(shè)備能夠高效集成于自動(dòng)化系統(tǒng)中。MTP 處于工業(yè)模塊和編排層之間，依照循序漸進(jìn)的原則，首先會(huì)促成人機(jī)界面（HMI）、過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等單元實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，然后才會(huì)進(jìn)行維護(hù)、診斷及建檔。

采用MTP 的優(yōu)勢(shì)在于，不再需要將每個(gè)單獨(dú)的信號(hào)都傳送至控制系統(tǒng)。生產(chǎn)過(guò)程中許多極為重要的控制和調(diào)節(jié)功能都可直接由模塊接管，然后由模塊與控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，這樣便可節(jié)省用于擴(kuò)展或改裝的費(fèi)用，且系統(tǒng)運(yùn)行速度會(huì)更快，從而有效降低生命周期成本。

有專家預(yù)測(cè)，實(shí)行MTP 模式或?qū)⒖s短50%的藥品上市時(shí)間。除制藥行業(yè)外，精細(xì)化工或電子化學(xué)品企業(yè)也能從這一概念中獲益，這一概念能夠使其更加迅速和靈活地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，進(jìn)而從激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

智能編排

不過(guò)，僅依靠MTP 是無(wú)法實(shí)現(xiàn)模塊化工廠的，因?yàn)椴煌a(chǎn)商的設(shè)備無(wú)法在同一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行，如果想要高效運(yùn)行一個(gè)模塊化系統(tǒng)，還必須使用工藝設(shè)備組裝（Process Equipment Assembly，PEA）工具，對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，使它們以合適的方式相連，相互間保持協(xié)調(diào)。Enpro 2.0-Orca 便是實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)備高效編排的有力工具。

通過(guò)在流程編排層（POL）中將模塊的狀態(tài)信息匯總，即可將PEA 集成于系統(tǒng)中。MTP 確保了模塊和流程編排層之間的順利連接，借助開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)（NOA），可將其連接到物聯(lián)網(wǎng)。Orca 則進(jìn)一步促進(jìn)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

將想法付諸實(shí)踐

2018 年夏天，位于新加坡的贏創(chuàng)工廠率先啟動(dòng)了MTP 項(xiàng)目。這個(gè)工廠是世界六大DL-蛋氨酸生產(chǎn)基地之一。為了將制冷單元集成至其傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備中，贏創(chuàng)邀請(qǐng)了Engie、西門(mén)子及橫河電機(jī)共同參與項(xiàng)目。

在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，幾家公司多次探討了集成模塊化單元的技術(shù)條件以及實(shí)施過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)。MTP 與HMI 的組合可實(shí)現(xiàn)80% 的過(guò)程自動(dòng)化，但仍有20%的部分需要手動(dòng)調(diào)節(jié)。在實(shí)際合作中，橫河電機(jī)負(fù)責(zé)提供MTP 導(dǎo)入工具，將分布式控制系統(tǒng)（DCS）通過(guò)OPC UA 通信協(xié)議連接到西門(mén)子的可編程邏輯控制器（PLC）中；而由PLC 模擬的制冷過(guò)程，可在DCS 的MTP操作界面上實(shí)時(shí)顯示。最終，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)在贏創(chuàng)的生產(chǎn)基地進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)收。

即插即用

同時(shí)，默克也在為智能工廠的設(shè)計(jì)絞盡腦汁。他們目前正在收集學(xué)習(xí)與MTP 相關(guān)的案例，特別是模塊化設(shè)計(jì)、集成和編排方面的經(jīng)驗(yàn)?！拔覀儜?yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到，新冠肺炎疫情已經(jīng)影響了藥品的生產(chǎn)，制藥行業(yè)亟需靈活的設(shè)備方案扭轉(zhuǎn)局勢(shì)。”默克的Manfred Eckert 這樣說(shuō)道，并表示模塊方案是構(gòu)建智能工廠的重要基石?！拔覀兿Ｍ柚K化設(shè)備將靈活與高效結(jié)合在一起，并在提高產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)，大幅降低生產(chǎn)成本，以此快速響應(yīng)客戶的需求。我們非常愿意借助模塊化的手段將批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為連續(xù)生產(chǎn)?！盡anfred Eckert表示。

“若想實(shí)現(xiàn)即插即用的生產(chǎn)模式，那么采用不同類(lèi)型的模塊是必不可少的。它們或是存放在倉(cāng)庫(kù)里備用，或是可以通過(guò)產(chǎn)品目錄訂購(gòu)獲得?！盡anfred Eckert 描述道，“通過(guò)管線即可將模塊相連，并在POL 中進(jìn)行編排。僅需制定好預(yù)設(shè)方案，系統(tǒng)便可開(kāi)始運(yùn)行?！边@時(shí)控制方式已不再重要，只需與MTP 匹配即可。

不過(guò)，Manfred Eckert 也指出，在MTP 的實(shí)際應(yīng)用中還需特別關(guān)注幾個(gè)問(wèn)題。一是審批流程，通常新系統(tǒng)的審批需要花費(fèi)1 年左右的時(shí)間，而使用模塊化系統(tǒng)僅需兩周就能將設(shè)備組裝完畢，那么這時(shí)企業(yè)將無(wú)法再忍受漫長(zhǎng)的等待，因此審批速度勢(shì)必要加快；二是系統(tǒng)的擴(kuò)展，現(xiàn)在的擴(kuò)展速度也有待加快，不過(guò)這是模塊化的長(zhǎng)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)并不會(huì)太困難；另外，目前系統(tǒng)供應(yīng)商能為模塊制造商提供的技術(shù)支持還是太少。

截至目前，默克已多次從MTP 集成組件中獲益，它曾有一個(gè)較大的實(shí)驗(yàn)設(shè)備（年產(chǎn)量為5 t），其薄膜蒸餾、膜過(guò)濾設(shè)備的擴(kuò)展都是通過(guò)MTP 實(shí)現(xiàn)的。Manfred Ecker 強(qiáng)調(diào)，未來(lái)，默克無(wú)論如何都會(huì)持續(xù)推進(jìn)MTP 項(xiàng)目：“我們?cè)贛TP 項(xiàng)目中看到了巨大的發(fā)展前景，它可以幫助制藥行業(yè)降低生產(chǎn)成本、縮短上市時(shí)間?！?/p>