自動(dòng)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(qiáng)龍，任 楠

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

自動(dòng)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(qiáng)龍，任 楠

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)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(dòng)化全程無人操作的智能物流系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了基于企業(yè)智能物流管理轉(zhuǎn)型升級(jí)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、軟件和硬件結(jié)構(gòu)以及物流關(guān)鍵流程，通過對(duì)整個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)給該醫(yī)藥制劑企業(yè)帶來的便利和進(jìn)步的描述體現(xiàn)自動(dòng)化物流系統(tǒng)在自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化倉儲(chǔ)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(shí)到了藥品制造全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無人操作迫在眉睫，現(xiàn)有的人工運(yùn)送原輔料、包裝材料，人工進(jìn)行成品箱的碼垛，手工記賬，多個(gè)庫房藥品信息管理混亂的儲(chǔ)運(yùn)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(yán)重脫節(jié)，工作效率低下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足制劑企業(yè)的運(yùn)營(yíng)需求。而自動(dòng)醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)合具有自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)和智能配送功能的自動(dòng)化物流系統(tǒng)實(shí)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(gè)操作流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(chǔ)均依托自動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)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(dòng)化物流系統(tǒng)是整個(gè)液體制劑生產(chǎn)線順暢高效運(yùn)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(diǎn)

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(dòng)化物流系統(tǒng)是采用了自動(dòng)化立體倉庫（AS/RS）、碼垛機(jī)械手、AGV智能配送系統(tǒng)、托盤輸送系統(tǒng)、倉儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配送原輔料和包材至包裝、生產(chǎn)車間、自動(dòng)碼垛成品箱、托盤自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)入庫存儲(chǔ)有貨托盤和空托盤、自動(dòng)出庫發(fā)貨的自動(dòng)化物流流程。同時(shí)，智能化的管理和監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)、庫存情況等信息自動(dòng)采集管理實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程物料、在制品輸送、倉儲(chǔ)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(dòng)化立體倉庫為核心，按照功能分為三個(gè)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(diǎn)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(diǎn)布局圖如圖2所示，其中虛線連接各個(gè)AGV配送站點(diǎn)，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(tái)堆垛機(jī)、114臺(tái)輸送機(jī)、1臺(tái)拆盤機(jī)、1臺(tái)疊盤機(jī)，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(tái)機(jī)器人、5臺(tái)AGV、2套控制系統(tǒng)組成。整個(gè)系統(tǒng)物流及輸送設(shè)備種類多樣，配送站點(diǎn)遍布現(xiàn)場(chǎng)、線路復(fù)雜，入出庫頻率高，對(duì)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(jìn)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(dòng)化程度，落實(shí)工業(yè)化和信息化深度融合，設(shè)計(jì)了先進(jìn)的定制化倉儲(chǔ)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(chǔ)”管理理念，是集倉儲(chǔ)和物流于一體的大型倉儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)。在傳統(tǒng)倉儲(chǔ)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(tái)、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(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)物流系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)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(dòng)控制層、應(yīng)用軟件層、事務(wù)處理層、用戶界面層的設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)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(shí)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?dāng)?shù)據(jù)的上傳等等；實(shí)現(xiàn)了堆垛機(jī)、碼垛機(jī)械手、庫端輸送機(jī)、AGV的設(shè)備優(yōu)化調(diào)度以及設(shè)備搬運(yùn)作業(yè)任務(wù)指令的下發(fā)管理，組態(tài)了過程對(duì)象即底層輸送、配送設(shè)備，并對(duì)其執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行了跟蹤。

完全擺脫了信息孤島的原有格局，實(shí)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(shí)時(shí)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(jìn)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(diǎn)

1）托盤輸送系統(tǒng)采用多井字聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)，實(shí)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(chǔ)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面通過信息化手段使整個(gè)制藥車間生產(chǎn)、物流、倉儲(chǔ)成為一個(gè)有機(jī)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(diǎn)，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(rùn)低成本所帶來的巨大價(jià)值。

3）調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)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(duì)象紛繁的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了與德國(guó)Schubert包裝線設(shè)備、機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。

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

系統(tǒng)中醫(yī)藥液體制劑生產(chǎn)線可以達(dá)到每秒生產(chǎn)5瓶的國(guó)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(jī)器人單臺(tái)作業(yè)能力818箱/小時(shí)，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(diǎn)。立體倉庫的主要設(shè)備堆垛機(jī)及鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、AGV，它們的控制系統(tǒng)均采用高穩(wěn)定性的進(jìn)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(yùn)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(shí)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(jī)械手碼垛流程、成品下線的自動(dòng)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(dòng)配送流程、空托盤供給流程。其中成品下線的機(jī)械手碼垛流程、原輔料及包裝材料出庫及自動(dòng)配送流程和空托盤供給流程最具特點(diǎn)在此進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)層級(jí)圖

1）成品下線的機(jī)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(yùn)送至條碼閱讀器讀碼，經(jīng)防竄碼校驗(yàn)合格的成品箱被輸送設(shè)備運(yùn)送至機(jī)械手抓取位，輸送設(shè)備與機(jī)械手進(jìn)行信息及是否允許動(dòng)作的快速交互確保抓取安全的前提下機(jī)械手開始連貫執(zhí)行碼垛命令，當(dāng)抓取箱有斷批標(biāo)識(shí)或者抓取數(shù)量達(dá)到滿托標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，機(jī)械手與輸送設(shè)備再次進(jìn)行信息及是否允許動(dòng)作的快速交互，同時(shí)調(diào)度系統(tǒng)完成整托盤防竄碼信息與托盤號(hào)的信息綁定，并基于信息綁定校驗(yàn)原則對(duì)綁定信息是否正確進(jìn)行校驗(yàn)，為托盤信息是否正確加以標(biāo)識(shí)，設(shè)備放行至AGV取貨工位，碼垛流程完成。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況還設(shè)有最后一箱放行功能，考慮到當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束最后一箱等待碼垛時(shí)，批次無變化也未達(dá)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(jī)械手碼垛完畢的托盤經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度AGV取貨，標(biāo)識(shí)為信息綁定正確的托盤配送至立體庫入庫站臺(tái)入庫，標(biāo)識(shí)為信息綁定有誤的托盤配送至庫前指定整理站點(diǎn)進(jìn)行人工處理。成品下線的機(jī)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(dòng)作執(zhí)行信號(hào)交互，WCS與機(jī)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(gè)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(dòng)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(shí)際需求形成單據(jù)出庫順序，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)上次配送時(shí)間，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的配送間隔準(zhǔn)確的在下次配送時(shí)間自動(dòng)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(jī)，堆垛機(jī)到達(dá)指定貨位地址叉取托盤，通過堆垛機(jī)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(jī)讀取的托盤碼與數(shù)據(jù)庫中庫存記錄的托盤碼進(jìn)行比對(duì)，正確的允許出庫動(dòng)作送到出庫輸送機(jī)，不正確的則有系統(tǒng)記錄為問題貨位，終止出庫動(dòng)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(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)托盤出庫情況，提前下發(fā)AGV配送作業(yè)，調(diào)度AGV及時(shí)準(zhǔn)確的到達(dá)出庫站臺(tái)取貨，并按指令配送至目的站點(diǎn)放貨。從出庫到配送完成全過程均實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，既確保了原輔料及包材向生產(chǎn)線上供應(yīng)的及時(shí)和準(zhǔn)確性又避免了人工與叉車等設(shè)備的交叉作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)安全和藥品質(zhì)量安全雙贏保障。

整個(gè)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(jī)械手碼垛流程示意圖

【】【】出庫藥品的揀選，其他各個(gè)物流環(huán)節(jié)均是全自動(dòng)完成，無需操作人員介入。在每個(gè)物流環(huán)節(jié)，各個(gè)系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)頻繁進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)無縫銜接，達(dá)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(jī)械手碼垛區(qū)域的自動(dòng)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(jī)械手碼垛區(qū)域的空托盤自動(dòng)配送流程：當(dāng)機(jī)械手碼垛區(qū)域的整騾空托盤供給工位無占位信號(hào)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)生成空托盤出庫作業(yè)和AGV取貨作業(yè)，堆垛機(jī)執(zhí)行空托盤出庫任務(wù)，出庫整騾空托盤至AGV取貨站臺(tái)，AGV接收到搬運(yùn)作業(yè)運(yùn)行至取貨站臺(tái)，完成機(jī)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(jī)將整騾空托盤拆成單個(gè)托盤輸送至機(jī)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(gè)空托盤取貨站點(diǎn)，通過工作人員使用運(yùn)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(diǎn)允許放置單個(gè)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(yùn)行至取貨站點(diǎn)，運(yùn)送至立體庫入庫站臺(tái)，通過高低位檢測(cè)判斷單個(gè)空托盤則分配入庫去向?yàn)榀B盤機(jī)方向，由疊盤機(jī)疊至指定數(shù)量整騾入庫，判斷入庫托盤高度高于單個(gè)空托盤時(shí)直接分配去向?yàn)槿霂煜锏馈?/p>

空托盤的供給拉動(dòng)整個(gè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了智能化改造和轉(zhuǎn)型升級(jí)，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(chǎng)的輸送、配送和存儲(chǔ)方式，實(shí)現(xiàn)了從生產(chǎn)包裝、碼垛、智能配送、自動(dòng)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?yàn)槁浜蠹夹g(shù)和混亂的物流管理帶來的經(jīng)濟(jì)損失；為該企業(yè)實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)制劑達(dá)2000萬瓶，年產(chǎn)值近100億的目標(biāo)提供了有力的保障；不僅實(shí)現(xiàn)了信息化和自動(dòng)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(dòng)化物流系統(tǒng)在機(jī)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(dòng)化物流系統(tǒng)在酒類行業(yè)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)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(dòng)化物流系統(tǒng)集成解決方案設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)施工作。