模塊類型包的應用實踐

文/Sabine Mühlenkamp

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

MTP 是助力模塊化設(shè)備實現(xiàn)即插即用的最后一塊基石

多年來，流程工業(yè)領(lǐng)域一直在推行模塊化工廠的概念，以應對行業(yè)內(nèi)的新挑戰(zhàn)。在設(shè)想中，預先經(jīng)過自動化處理的模塊單元能夠根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，以添加、排列的方式集成到藥品生產(chǎn)過程中；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)者可以通過一個統(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驅(qū)動程序，同時具備自動識別、下載文件以及啟動打印機的功能，而人們可以通過個人計算機（PC）進行控制。

MTP 是針對加工模塊和模塊包而提出的標準，與設(shè)備供應商無關(guān)，目的是使設(shè)備能夠高效集成于自動化系統(tǒng)中。MTP 處于工業(yè)模塊和編排層之間，依照循序漸進的原則，首先會促成人機界面（HMI）、過程監(jiān)測和控制等單元實現(xiàn)標準化，然后才會進行維護、診斷及建檔。

采用MTP 的優(yōu)勢在于，不再需要將每個單獨的信號都傳送至控制系統(tǒng)。生產(chǎn)過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)進行通信，這樣便可節(jié)省用于擴展或改裝的費用，且系統(tǒng)運行速度會更快，從而有效降低生命周期成本。

有專家預測，實行MTP 模式或?qū)⒖s短50%的藥品上市時間。除制藥行業(yè)外，精細化工或電子化學品企業(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對市場需求，進而從激烈的國際競爭中脫穎而出。

智能編排

不過，僅依靠MTP 是無法實現(xiàn)模塊化工廠的，因為不同生產(chǎn)商的設(shè)備無法在同一個系統(tǒng)中同時運行，如果想要高效運行一個模塊化系統(tǒng)，還必須使用工藝設(shè)備組裝（Process Equipment Assembly，PEA）工具，對模塊進行調(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 便是實現(xiàn)模塊化設(shè)備高效編排的有力工具。

通過在流程編排層（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，借助開放式體系結(jié)構(gòu)（NOA），可將其連接到物聯(lián)網(wǎng)。Orca 則進一步促進了系統(tǒng)的可擴展性。

將想法付諸實踐

2018 年夏天，位于新加坡的贏創(chuàng)工廠率先啟動了MTP 項目。這個工廠是世界六大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)邀請了Engie、西門子及橫河電機共同參與項目。

在項目的實施過程中，幾家公司多次探討了集成模塊化單元的技術(shù)條件以及實施過程中面臨的挑戰(zhàn)。MTP 與HMI 的組合可實現(xiàn)80% 的過程自動化，但仍有20%的部分需要手動調(diào)節(jié)。在實際合作中，橫河電機負責提供MTP 導入工具，將分布式控制系統(tǒng)（DCS）通過OPC UA 通信協(xié)議連接到西門子的可編程邏輯控制器（PLC）中；而由PLC 模擬的制冷過程，可在DCS 的MTP操作界面上實時顯示。最終，整個系統(tǒng)會在贏創(chuàng)的生產(chǎn)基地進行調(diào)試和驗收。

即插即用

同時，默克也在為智能工廠的設(shè)計絞盡腦汁。他們目前正在收集學習與MTP 相關(guān)的案例，特別是模塊化設(shè)計、集成和編排方面的經(jīng)驗?！拔覀儜撉宄卣J識到，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?！蹦说腗anfred Eckert 這樣說道，并表示模塊方案是構(gòu)建智能工廠的重要基石。“我們希望借助模塊化設(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，大幅降低生產(chǎn)成本，以此快速響應客戶的需求。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)。”Manfred Eckert表示。

“若想實現(xiàn)即插即用的生產(chǎn)模式，那么采用不同類型的模塊是必不可少的。它們或是存放在倉庫里備用，或是可以通過產(chǎn)品目錄訂購獲得?！盡anfred Eckert 描述道，“通過管線即可將模塊相連，并在POL 中進行編排。僅需制定好預設(shè)方案，系統(tǒng)便可開始運行?！边@時控制方式已不再重要，只需與MTP 匹配即可。

不過，Manfred Eckert 也指出，在MTP 的實際應用中還需特別關(guān)注幾個問題。一是審批流程，通常新系統(tǒng)的審批需要花費1 年左右的時間，而使用模塊化系統(tǒng)僅需兩周就能將設(shè)備組裝完畢，那么這時企業(yè)將無法再忍受漫長的等待，因此審批速度勢必要加快；二是系統(tǒng)的擴展，現(xiàn)在的擴展速度也有待加快，不過這是模塊化的長項，實現(xiàn)并不會太困難；另外，目前系統(tǒng)供應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，它曾有一個較大的實驗設(shè)備（年產(chǎn)量為5 t），其薄膜蒸餾、膜過濾設(shè)備的擴展都是通過MTP 實現(xiàn)的。Manfred Ecker 強調(diào)，未來，默克無論如何都會持續(xù)推進MTP 項目：“我們在MTP 項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、縮短上市時間?！?/p>