制药行业自动化生产的创新

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欢迎访问e展厅 展厅 12 制药机械展厅 中药切片机, 中药提取浓缩机, 超微粉碎机, 滴丸机, 制丸机, ... Krka是斯洛文尼亚的主要药品和化工产品供应商，他们的最终产品主要是大众消费药品。为了奠定竞争力和未来发展的基础，90年代中期，Krka决定建立一个全新的现代化工厂来生产固体药品。工厂命名为NOTOL，包括三个相连建筑 ：生产大楼、行政接待中心和包装楼。在生产大楼中，实现了一个全新的生产概念，半成药片（糖衣药片和胶囊）的生产形成了基于空间隔离和气候隔离的区域。所谓的“生产岛”与独立的入坞站、生产岛之间的内部传输、原料垂直流动和标准集装箱的进样一同使用。 方案的确定 庞大的生产楼有五层。清洁房在二楼和四楼；技术房在一楼、三楼和五楼，位于独立的生产岛后面。这样一来，各种生产阶段需要的独立材料可以由高层楼面提供，而且在不同的生产岛中的生产过程可以递交到岛的下一层楼面执行下一步的传输和处理。生产岛和技术房的接口通过入坞站的送料和收料来实现，并且提供一个干净安全的方式与清洁房交换材料。因此，这些入坞站是清洁生产的概念得以实现的关键部分，它们代表NOTOL工厂非常重要的创新理念之一。所有材料的传输由自动导航传输工具（AGV）完成，AGV以封箱为单位传输药粉药片。 因为该工程有分布广、要求高的性质，公司任命了来自各个领域的专家组成了一个项目组，保证每个NOTOL的目标都能得以实现。该项目组包括Krka的员工，以及在国际上享有声望的国内外企业，这些外国企业在制药工程、物流和生产过程方面拥有很多经验。 NOTOL工厂的自动化大部分由Krka电气工程和自动化的部门经理Samo Somrak设计，他与Krka项目组一起，从全面的需求分析着手，描述该系统和它的独立元件如何工作，描述整个系统的分层结构以及每个独立元件的任务。主要关注自动化材料传输的新概念和入坞站的使用，以此来把材料和物品传输到每个生产岛。 生产执行系统（MES）与独立的SCADA系统、整个物流系统一起，组成了NOTOL工厂的关键自动化部分。 MES系统的目的在于监视内部传输、称重系统、颗粒定剂量系统、翻转机、清洗站、重量校验和移动就地清洗（CIP）器件的复杂运作。然而，这两个系统的整合建立在这样的前提上 — 万一MES系统不可用，SCADA系统仍然可以独立工作。 每个独立生产岛的SCADA和控制系统的主要目标是将原料进出生产岛自动化。它主要包括不同位置之间的装箱和传输材料的入坞、出坞。其它任务包括分配、结晶、成片等等。然而，不同的生产岛的实际生产是基于独立的SCADA系统的。 针对这些SCADA系统和所有HVAC系统的开发，Krka选择了GE Fanuc分销商和系统集成商Metronik。所有SCADA系统都使用GE Fanuc的iFIX HMI/SCADA产品。 下面的任务都和基于直观的动态变化的用户界面的SCADA系统有关，该界面专门引领操作者： ◆ 后继设备状态的可视化； ◆ 步骤控制（决定于每个独立生产岛的目的）； ◆ 本地差错处理； ◆ MES系统和PLC接口的建立； ◆ 扩展带数据报告的关系数据库。 SCADA系统涵盖了操作员层面，并且负责操作入坞站、生产机器、就地清洗（CIP）和就地干燥（DIP）系统。SCADA系统同时还处理生产、报告、历史数据、报警和事件的物理执行。因此，SCADA站是大部分工作事件的主要系统。 MES系统的主要接口基于一个数据库实施。在这种方式下，每个命令转发到SCADA系统，然后把返回信息送回到MES系统。因此，生产完全由计算机辅助，另外有一个高效的多层系统把自动化分单元整合到工厂的系统监视、控制和运行中。 生产流程 内部传输机制与各种自动生产岛互相关联，把产品从原材料加工到成品。具体过程如下： 批量生产和成品生产的规划为Krka商业应用而集中规划。规划被确认后，转到工厂来实施。NOTOL工厂的规划负责人检查所有可用的资源并且把制造订单分配出去。该批次被确认后，称重过程在称重舱内启动。操作员通过MES系统选择生产任务，并且定购所需要的原材料和称重用的装箱。装箱位于称重舱下方的地面上，并停放在入坞站内。称重舱内有两个除尘舱，需要用到的原材料将送往该处。技术房中一个特殊的传输车把要用的原材料的托盘放到除尘舱中。除尘完成后，托盘由手动拖车收回到称重房内。接到原材料后，操作员识别原材料，然后开始称重。称重由SCADA系统控制，确保准确度并且记录结果。批次称重完成后，装有称重后原材料的装箱出坞，并且由AGV带往一个全自动的匀化系统翻转器。匀化完成后，装箱可以进入下一个生产阶段：粒化。 通过使用MES，操作员能选择工作量，定购装有配料混合物的装箱和供装筛后粉粒的装箱。装有混合物的装箱放在粒化生产岛上的输送入坞站里，空的装箱放在下面的地板上。干燥操作完成且粒化操作也结束时，干燥的颗粒被筛进地上的装箱里。在添加了成片添加剂后，成片的混合物就完成了。装有成片混合物的装箱放在成片生产岛上的入坞站内，产出的药片收进小一些的药片装箱中。成片工序通过一个高性能的压药片机电脑执行，它配备有供过程控制的自动元件。 批量包装在自动生产线上执行，生产线配备了一个特殊控制系统来确保成品的完美品质。把大型材料传输到包装线上的入坞站由AGV完成，同时AGV还负责把要包装的材料传输到包装线上。包装完成后，AGV把成品送到成品仓库的分发处。 生产设备在一个封闭的系统中由自动清洗站和CIP单元清洁。所有使用过的装箱都要在一个自动清洗站中清洗完毕。AGV把装箱安放在清洗站前的传输带上。送入送出自动清洗站都是全自动控制的。装箱的最后识别在清洗站中进行，并且通过SCADA从MES系统中获得清洗配方。 清洗后，装箱在站内干燥。AGV把经过清洁、干燥的封闭的装箱从房前送到清洗后的装箱专用的停放区。当一次生产结束后，在一个生产岛中的操作员启动清洗工序。在中央CIP单元补给站里的移动CIP元件根据处方配方，将其内部装水、洗涤液和纯水。AGV把CIP元件带到所选的生产岛中。 因为构造和入坞方法的不同，入坞站和出坞站有不同的CIP单元。清洗完成后，AGV把CIP单元送回补给站，并且把移动DIP单元带到生产岛中。干燥完成后，生产岛和入坞站都准备好进行下一个产品的生产了。 这些移动CIP和DIP单元的开发花费了很多努力，在制药行业中是独树一帜的。 iFIX除了用来操作和控制生产岛，还用在NOTOL工厂中的HVAC里。在这里，510个房间里诸如温度、气压和湿度的数值都是通过3台iFIX SCADA服务器来监控的。 NOTOL工厂的始建于1998年。第一阶段主要是20个生产岛和约40个iFIX SCADA系统的搭建，在2002年初完成。2002年5月投入生产。NOTOL工厂仍然月复一月地成长，最终将包括50个生产岛和80个iFIX SCADA系统。所有这些SCADA系统都会添加到现有的Krka网络中。所以，现在通过这个网络能访问总共2500台电脑和200台iFIX SCADA服务器能，遍布各个Krka工厂。 由于整个工厂中不同的生产站有不同的任务，所以，不同的iFIX SCADA应用有不同的复杂度。最复杂的是中央CIP的监视。该站负责准备CIP媒介、全自动清洗装箱的“清洗机”和在“补给站”中的对移动CIP单元的补给。然后AGV把移动CIP单元传送到不同的入坞站中，入坞站的CIP在那里进行。之后，入坞站通过使用移动DIP单元干燥。移动CIP和DIP单元都自带系统，包括容器、阀门、加热器、传感器等和自带的PLC控制器。这些单元位于入坞站中，同时连接到电源、气体供给和本地网络，在运输过程中由电池供源。因此，所有的移动CIP和DIP单元的监控，由该单元目前所在的各个站中的SCADA系统执行。 iFIX SCADA系统特性 控制各个生产岛的iFIX SCADA系统是前面描述的生产过程中功能性的主要部分。接下来描述的iFIX特性对于满足实现NOTOL工厂的领先技术的需求很重要。 ◆ iFIX的内嵌Visual Basic for Applications（VBA）用作多种任务的通用脚本语言。它除了能提供普通的VBA用户形式和控制，还能将PLC上的表格和测力计或触发器和上载报告数据的通信驱动的实现整合到iFIX应用中。因此无须附加外部应用，特别值得一提的是，VBA对于标准的关系数据库的支持非常有用。 ◆ iFIX调度程序、VBA和Microsoft ActiveX数据对象（ADO）的支持用来实现MES系统和SCADA系统的接口。该调度程序在后台运行，这使得用户界面独立于MES系统和SCADA系统在后台的通信过程。 ◆ Windows安全认证的使用由iFIX提供，它对于在一个庞大的网络环境中，如Krka正在使用的网络，管理iFIX SCADA系统很重要。对于iFIX SCADA系统的集中式安全管理可以基于Windows安全认证进行。 ◆ 高效的iFIX网络互联使得HVAC数据也能在各个生产岛中的SCADA系统中显示。因为这个功能，没有必要安装额外的硬件来调控生产房内的温度、气压和湿度指标。 ◆ The Recipe builder用来存储PLC中单独的配方。这对于CIP和DIP的处理很重要，因为MES系统只提供配方号，但不是配方本身，配方存储在PLC中。 ◆ 节点别名的使用允许Krka保存各个生产岛类型的各个图片的单独备份。图片可以很方便地传送给各个站。同时，做出的修改也能迅速调整并应用到各个站中。此外，在这种方式下，每个的图片的确认可以更方便地进行。 ◆ iFIX全局对象已经使用在彩色门限表、节点范围变量和普遍子程序的配置中，简化了项目的配置。 原来的规划是使用内置的iFIX historian来存储各种应用中的历史数据，在NOTOL工厂的实施阶段，GE Fanuc的iHistorian产品的发布让我们改变了策略，并且它提供了一个更先进的存储各种数据的方式。现在，一个iHistorian服务器在一个集中存档中收集全厂的数据，这个不能用一个标准的历史数据库实现。对于这个功能，特别是iHistorian Client/Server架构，是能在一个中央存档中存储全厂范围的数据，以及能为全厂的每个分析目的发布历史数据的重要前提。 现在超过3200个标签的值记录在一个iHistorian存档中，主要提供关于工厂里各个HVAC方面的信息，同时包括关于生产岛和入坞站以及使用到的设备的各种数据。iHistorian有高效的压缩算法，它每天只需要10到15MB的磁盘空间来存储所有数据。对于从每个SCASA服务器上收集数据，需要使用iFIX采集器。 iHistorian的集中数据收集也允许简易的数据回收。存储在iHistorian中的数据可以直接在iFIX趋势图表中观测到。要实现该功能，只要在项目实施期间（如项目初期规划时）简单地把显示通常历史数据切换为显示iHistorian数据即可。除此之外，为MS-Excel设计的特殊iHistorian 加载宏用在每天的HVAC报告和介质消耗历史中。结果，原始数据转换成了可执行的信息，这对于工厂的负责员工来讲很有用。 运行效果 NOTOL工厂证明了这种新概念的价值。在最初的五个月中，我们在现有的基础上仅仅增加了两台压片机和15个生产岛，却多生产了3亿片药品，这超过了我们的期望。已经实现的目标包括： ◆ 增大了生产力； ◆ 达到了更强的生产灵活度； ◆ 确保在一个封闭的生产过程系统中产品和员工的更高安全系数； ◆ 预防交叉感染； ◆ 通过使用标准装箱优化传输，使仓库容量合理化； ◆ 优化清洁生产区和技术表面的分配额度，因此，使建造和维护的花费合理化； ◆ 生产和运输过程的自动化。 Krka电气工程和自动化的部门经理Samo Somrak说 ：“整个项目比起一个标准的项目而言，更像是一个研究和开发计划。今天的结果证明我们走了正确的路。” Metronik的销售和市场经理Sasa Sokolic又说道：“正是Krka的自动化项目组，以及他们选择了一个合适的自动化解决方案和集成概念的能力，与认证供应商一起，决定了NOTOL工厂的成功。我们都很自豪Metronik可以通过开发集成我们迄今为止最完善的一个iFIX SCADA应用、iHistorian服务器和各种报告工具，而为NOTOL工厂的成功做出贡献。” 注 ：Proficy HMI/SCADA - iFIX以及Proficy Historian (前身为iHistorian)均为GE Fanuc自动化公司Proficy智能生产管理软件组件产品。(end)

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