MES系統(tǒng)在中藥制藥行業(yè)應(yīng)用研究

萬(wàn)小偉　冷胡峰

摘要：現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化是信息技術(shù)的關(guān)鍵核心，促進(jìn)了社會(huì)文明的快速發(fā)展。中藥是我國(guó)的傳統(tǒng)醫(yī)藥，中藥行業(yè)隨著社會(huì)的發(fā)展也逐漸蔓延與擴(kuò)大。本文結(jié)合MES系統(tǒng)在華潤(rùn)江中的成功實(shí)施，主要研究現(xiàn)代自動(dòng)化MES系統(tǒng)在中藥制藥行業(yè)的推廣，分析MES系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成及其應(yīng)用等。

Abstract： Modern industrial automation is the key core of information technology and promotes the rapid development of social civilization. Traditional Chinese medicine is a traditional medicine in China， and the Chinese medicine industry has gradually spread and expanded with the development of society. This paper combines the successful implementation of MES in CR Jiangzhong， mainly studies the promotion of modern automated MES in the Chinese medicine pharmaceutical industry， and analyzes the characteristics， composition and application of MES.

關(guān)鍵詞：MES系統(tǒng);中藥制藥;自動(dòng)化

Key words： MES;traditional Chinese medicine pharmaceutical;automation

中圖分類號(hào)：TQ461? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0208-02

0? 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System， MES）是一種涉及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的管理與控制執(zhí)行的集成系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生物或工業(yè)制造。中醫(yī)中藥是我國(guó)的傳統(tǒng)瑰寶，被世界各國(guó)人民所認(rèn)可，由此中醫(yī)診斷也遍布全球。中藥的成分是由一系列自然資源按照一定比例配合而成，其應(yīng)用占據(jù)全球藥物的1/3，有接近40億人口應(yīng)用過(guò)中藥治療，效果顯著。由此了解到，中醫(yī)藥的前景廣闊，其制藥發(fā)展的范圍也逐漸增加。然而，我國(guó)中藥生產(chǎn)技術(shù)仍然比較落后，中藥生產(chǎn)屬于流程工業(yè)，從原材料到成品的整個(gè)流程屬于全封閉或半封閉的生產(chǎn)過(guò)程。

1? MES系統(tǒng)概述

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)都包括ERP、MRPⅡ、SCADA、PLC HMI、MES、WMS、LIMS等功能單元。這些功能單元都通過(guò)MES進(jìn)行集成與協(xié)調(diào)控制，確保企業(yè)的管理計(jì)劃系統(tǒng)的自動(dòng)化及其有效性。

在20世紀(jì)末，在工業(yè)管理系統(tǒng)流程中，時(shí)常出現(xiàn)控制系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的脫節(jié)，且急需一個(gè)中間層將這兩個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)，而MES系統(tǒng)即是為了滿足這個(gè)需求的一種集成系統(tǒng)。在一般生產(chǎn)制造結(jié)構(gòu)中，企業(yè)的信息化架構(gòu)通常用三層結(jié)構(gòu)表示，即計(jì)劃層、執(zhí)行層與控制層。其中執(zhí)行層結(jié)構(gòu)便是由MES系統(tǒng)構(gòu)成，作為企業(yè)信息系統(tǒng)與過(guò)程控制系統(tǒng)的橋梁，作為一個(gè)集成與協(xié)調(diào)控制的作用，連接業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)信息系統(tǒng)，將管理系統(tǒng)中業(yè)務(wù)管理計(jì)劃傳送至實(shí)際生產(chǎn)單元，再將該生產(chǎn)單元的相關(guān)信息反饋與處理。MES不僅僅是單一的生產(chǎn)系統(tǒng)，而是一種集成上下層級(jí)之間的信息傳遞系統(tǒng)，且貫穿管理層與實(shí)際生產(chǎn)層，使得各階段信息能夠得到分享與反饋，以此提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

2? MES的形成過(guò)程

①二十世紀(jì)中期，企業(yè)的財(cái)務(wù)逐漸開(kāi)發(fā)出MRP，其作用是對(duì)企業(yè)物料需求進(jìn)行規(guī)劃與管理。

②二十世紀(jì)中期，基于對(duì)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)、需求的分配管理，以及現(xiàn)場(chǎng)的管理功能，逐漸總結(jié)了一系列具有預(yù)測(cè)、信息追蹤以及產(chǎn)品管理功能的管理手段。如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)的功能比較單一，具有很強(qiáng)的局限性，層級(jí)之間缺少鏈接，形成了一個(gè)個(gè)孤島。

③二十世紀(jì)后期，這些層級(jí)之間的連接逐漸加強(qiáng)，通過(guò)擴(kuò)大系統(tǒng)的功能，集成后的MES針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)管理作用，實(shí)時(shí)記錄并跟蹤進(jìn)度信息、設(shè)備狀態(tài)信息及其性能信息等，且上層的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)與底層的過(guò)程控制系統(tǒng)逐漸集成為MES的原型。其主要功能為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理和流程控制管理，從初始電子批記錄開(kāi)始到完成產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行流程優(yōu)化管理。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生異狀時(shí)，MES系統(tǒng)能及時(shí)做出判斷，并利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳遞數(shù)據(jù)反饋至現(xiàn)場(chǎng)與管理層，指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，從而加強(qiáng)了工廠的流程管理，提高了企業(yè)生產(chǎn)率和準(zhǔn)時(shí)率。

3? MES的應(yīng)用

隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸關(guān)注MES技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，逐漸形成為一個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)。從二十世紀(jì)末期開(kāi)始，MES的市場(chǎng)快速擴(kuò)大，其軟件的全球銷(xiāo)量以成倍量增長(zhǎng)。MES是以過(guò)程數(shù)據(jù)模型為核心的過(guò)程控制系統(tǒng)，其通信系統(tǒng)連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。MES在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行控制和診斷，從而實(shí)現(xiàn)功能整合、過(guò)程管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及控制優(yōu)化等，直接影響管理層對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、訂單處理、調(diào)度、維護(hù)以及數(shù)據(jù)處理等判斷。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，MES設(shè)置于計(jì)劃管理層與控制層之間，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度與管理等功能。這是由于企業(yè)的各種缺陷加強(qiáng)了其對(duì)信息管理的認(rèn)識(shí)，從產(chǎn)品中獲取數(shù)據(jù)信息。通過(guò)操作控制系統(tǒng)傳送至計(jì)劃管理級(jí)，以此連續(xù)信息流實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的集成與管理，保證企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)得出，2004年全球MES系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率穩(wěn)步上升，與2000年相比，增長(zhǎng)幅度超過(guò)了50%，其營(yíng)業(yè)額達(dá)到十億美元。其中汽車(chē)行業(yè)的MES營(yíng)業(yè)收入占1/20左右，增長(zhǎng)幅度為2001年的150%，食品與消費(fèi)類產(chǎn)品的市場(chǎng)份額為6100萬(wàn)美元，形成一倍的增長(zhǎng)幅度，計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的增長(zhǎng)率為39%，從供應(yīng)商角度分析得出，MES專業(yè)供應(yīng)商的銷(xiāo)售量達(dá)到自動(dòng)化公司的一倍以上，因此，可以預(yù)測(cè) GE Fanuc、Rockwell Automation、 Invensys、Siemens等 MES主流供應(yīng)商會(huì)加大行業(yè)應(yīng)用力度。二十世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)開(kāi)始對(duì)MES進(jìn)行研究，依據(jù)本地特色提出管控一體化系統(tǒng)，如CIMS、MES、ERP、SCM、LIMS等管理理念。我國(guó)的工業(yè)信息化發(fā)展起初通過(guò)西門(mén)子公司引進(jìn)MES系統(tǒng)，并沿著西方工業(yè)國(guó)家的路徑發(fā)展，由工廠自動(dòng)化發(fā)展到信息化管理。在二十一世紀(jì)初，逐漸普及DCS、SCADA. PLC、FCS，由此帶來(lái)管理信息化水平的提升， MES的企業(yè)信息化也逐漸被認(rèn)可且形成共識(shí)。我國(guó)的省、市級(jí)政府主管部門(mén)、科研教育與研究單位以及相關(guān)企業(yè)開(kāi)始跟蹤與研究MES。如增設(shè)MES學(xué)習(xí)課程，創(chuàng)立MES學(xué)習(xí)網(wǎng)站與論壇，培養(yǎng)MES專業(yè)研究生，開(kāi)辦制造業(yè)信息化工程和先進(jìn)制造技術(shù)工程研究所，并有該相關(guān)研究機(jī)構(gòu)主辦國(guó)際研討會(huì)。近年來(lái)，MES在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用逐漸加快，是工業(yè)流程自動(dòng)化的技術(shù)核心，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率及其產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本及資源消耗的降低具有重要的促進(jìn)作用。隨著MES技術(shù)的廣泛應(yīng)用，逐漸得到了國(guó)家政府與企業(yè)的大力支持與高度重視，國(guó)家設(shè)立了“流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)”重大專項(xiàng)。MES系統(tǒng)集成了計(jì)劃調(diào)度、資源管理、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)處理等功能，為訂單、物料、設(shè)施、資源、流程等所有工廠資源信息提供一個(gè)信息集成平臺(tái)，在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下、居于生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁作用，具有良好的發(fā)展前景。石油化工與煉鋼等工業(yè)類行業(yè)針對(duì)過(guò)程控制開(kāi)發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)在功能結(jié)構(gòu)方面取得了重要進(jìn)展。例如上海寶鋼集團(tuán)公司與大多數(shù)地區(qū)的卷煙廠、華潤(rùn)江中、太極集團(tuán)等大型制藥企業(yè)已先后在生產(chǎn)上應(yīng)用并實(shí)施了MES系統(tǒng)。集成了追蹤自動(dòng)辨識(shí)技術(shù)，通過(guò)傳感器等儀器設(shè)備，自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與反饋，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息管理。

4? MES的特點(diǎn)

MES系統(tǒng)在中藥制造行業(yè)應(yīng)用中具有較好的管理優(yōu)勢(shì)，與常規(guī)企業(yè)中的員工管理對(duì)比，可實(shí)時(shí)掌握整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程資源，結(jié)合制程和作業(yè)規(guī)則進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)時(shí)對(duì)比跟蹤狀態(tài)與計(jì)劃，并快速判斷比較，監(jiān)督是首要特點(diǎn)。①中藥產(chǎn)品通常需要特殊規(guī)格的材料，有時(shí)需要特殊的設(shè)備進(jìn)行裝配，因此需要對(duì)其整個(gè)生產(chǎn)制程進(jìn)行監(jiān)督處理。通過(guò)MES系統(tǒng)給設(shè)備配置自動(dòng)辨識(shí)技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)、材料規(guī)格、作業(yè)狀況等信息，并對(duì)計(jì)劃中的設(shè)定目標(biāo)值對(duì)比，以此實(shí)時(shí)控制管理生產(chǎn)。②中藥產(chǎn)品的制造流程需要實(shí)時(shí)監(jiān)控品質(zhì)，實(shí)時(shí)高頻率地收集所有現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量信息，并根據(jù)不同的制程、產(chǎn)品檢驗(yàn)、修理與維護(hù)、站別、產(chǎn)品時(shí)間區(qū)段或指令做統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)送信息給管理計(jì)劃層，以此對(duì)產(chǎn)品品種進(jìn)行管理與控制。該方式可減少人力資源的使用，避免了人為誤差，直接降低了整個(gè)產(chǎn)品的制造成本。③中藥制藥還需對(duì)其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，任意時(shí)刻均要了解各階段生產(chǎn)設(shè)備的狀況，如有異常發(fā)生，則需要實(shí)時(shí)進(jìn)行維修，并調(diào)整相應(yīng)的生產(chǎn)活動(dòng)。

MES系統(tǒng)除了具有監(jiān)控功能外，還有控制與管理功能。依賴上述生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)的功能，可以進(jìn)一步將生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理，構(gòu)成較完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，綜合地發(fā)揮其作用。一般而言，過(guò)程中各獨(dú)立自動(dòng)化設(shè)備僅僅是為了解決一些計(jì)劃過(guò)程中的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，且需要人工干預(yù)配合進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)，因此未能體現(xiàn)出自動(dòng)化管理的功能。此時(shí)可以通過(guò)MES配合柔性制造系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。柔性制造系統(tǒng)是以個(gè)性化為目的并以自動(dòng)化設(shè)備為中心，配合輔助設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，使制造單元能夠更加有效地按照預(yù)定的程序執(zhí)行。通過(guò)MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)、制造過(guò)程、規(guī)劃系統(tǒng)所設(shè)定的生產(chǎn)目標(biāo)，因而能夠有效地整合控制各自獨(dú)立的自動(dòng)化設(shè)備，提高整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

5? 總結(jié)

中醫(yī)中藥是我國(guó)的文化瑰寶，其服務(wù)群體遍布全球，占據(jù)全球人口的1/3市場(chǎng)，做大做強(qiáng)中醫(yī)中藥企業(yè)是時(shí)代賦予我們的重要使命。中藥的制造屬于流程工業(yè)，MES即是針對(duì)流程的管理與執(zhí)行系統(tǒng)。本文主要對(duì)MES系統(tǒng)的概述、形成、應(yīng)用及其特點(diǎn)進(jìn)行了研究，為其在中藥制藥行業(yè)的應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

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