【迦南药机杯】制药智能制造工厂简介

毒手药王邓智先

【迦南药机杯】制药智能制造工厂简介

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未来的药厂，将是智能化的制药工厂。如何开启制药行业的智能制造，建设智能化的制药工厂，将现有的制药工厂转变成智能化的制药工厂，既是一个挑战，也是一个机遇。

1.智能工厂概念及框架分析

智能工厂的基本框架体系中包括智能决策与管理系统、企业虚拟制造平台、智能制造车间等关键组成部分。

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。

智能工厂由虚拟数字工厂和物理系统中的实体工厂共同构成。其中，实体工厂部署有大量的车间、生产线、加工装备等，为制造过程提供硬件基础设施与制造资源，也是实际制造流程的zui终载体；虚拟数字工厂则是在这些制造资源以及制造流程的数字化模型基础上，在实体工厂的生产之前，对整个制造流程进行全面的建模与验证。为了实现实体工厂与虚拟数字工厂之间的通信与融合，实体工厂的各制造单元中还配备有大量的智能元器件，用于制造过程中的工况感知与制造数据采集。在虚拟制造过程中，智能决策与管理系统对制造过程进行不断的迭代优化，使制造流程达到最优；在实际制造中，智能决策与管理系统则对制造过程进行实时的监控与调整，进而使得制造过程体现出自适应、自优化等智能化特征。

2.智能工厂建设原则及维度

2.1建设原则

2.1.1智能工厂的实施广度

参考德国工业4.0中对“智能工厂”的定义：重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。前半句“智能化生产系统及过程”，是说除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外，还包括对生产过程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造执行系统。而后半句：“以及网络分布式生产设施的实现”，是指将生产所用的生产设施（如机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备），进行互联互通、智能化的管理，实现信息化系统与物理系统的深度融合。目前很多企业实施的DNC/MDC(设备联网、设备监控系统)是其重要的基础。

2.1.2智能工厂的实施深度

按照工业4.0战略的描述，理想状态的智能制造是一种高度自动化、高度信息化、高度网络化的生产模式，工厂内人、机、料自主协同，自组织、高效运转；工厂间，通过端对端集成、横向集成，实现了价值链的共享、协作，效率、成本、质量、个性化都得到了质的飞跃。对于中国制造企业而言，现在恰逢“三期交叠”的困难期，企业希望既要符合工业4.0或者是中国制造2025的发展方向，又要投资小、见效快、确保成功率，如何在两者之间平衡，是一个很现实、也很重要的问题。

在本次智能化制造的革命中，企业一定要“着眼长远、立足当下”。既要符合工业4.0 的理念，体现出其主要特点，又要本着务实的原则实施工业4.0战略。比如，要汲取以前CIMS实施的经验与教训，不要过于理想化，不要过多强调自组织、自学习、自执行等高难度的智能技术，企业不是突破什么关键智能制造技术的研究单位，而是以创造效益为根本目的，要总体规划、分步实施，以效益为驱动，确保成功率。在自动化的基础上，实现信息化、网络化，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的作用，构建具有适度智能的数字化、网络化、高效化、个性化的智能生产模式，切实做到明显的“提质增效”。并以量化为指标，循序渐进，全面提升企业的竞争力。假如通过3年时间，能将设备利用率提高100%，就极有可能“确保企业的未来”，这些作法就是符合工业4.0战略思想的。

2.1.3建设智能工厂要有全局的、系统的思想

企业在智能工厂建设时一定要从全局思考，打造一个全面的、有体系的智能工厂管理系统，从各个方面进行优化、挖掘潜力，zui大程度地提升企业的生产效率及管理水平。

2.2建设维度

从6个维度的“智能”打造中国特色的智能工厂：智能计划排产、智能生产过程协同、智能设备互联互通、智能生产资源管控、智能质量过程控制、智能大数据分析与决策支持。分别从计划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持等6个方面着手，实现全面的精细化、精准化、自动化、信息化、网络化的智能化管理与控制，既很好地符合了德国智能工厂的定义，又能与美国工业互联网、以及中国制造2025等理念完全吻合。

3.制药智能制造工厂实现的关键技术：

3.1企业物联网;

3.2生产设备智能化、工作站化/连续生产化;

3.3机器人技术、智能传感器技术的应用;

3.4符合制药行业特点，满足GMP要求的智能化管理系统

3.5大数据技术、云计算技术的应用;

3.6互联网与智能化工厂的融合;

3.7数据的安全;

3.8制药智能化工厂的标准化。

4.欧盟的制药智能制造工厂

2015年初，欧盟宣布“单一数字市场”和“未来工厂”战略。三大关键领域中，包括打造欧洲数字经济和数字社会，该领域又包括如下五个优先行动：智能工厂、标准、大数据、云计算和数字化技能。欧委会就FoF“未来工厂”(Factories of the Future)主题宣布了一项雄心勃勃的投资计划——2016~2017年间将向13项主题投资2.78亿欧元。欧盟的“未来工厂”计划是一个欧盟范围内的公私合作计划，旨在支持先进生产技术的研究、开发与创新，以帮助实现2010年提出的“欧洲2020”战略目标。这实际上将工业4.0所倡导的智能工厂上升到欧盟战略。工业4.0的重要特征为：(1)80%的创新由信息通信技术(ICT)驱动;(2)依赖CPS系统、物联网和服务网;(3)软件和数据而不是机械的含量不断增加;(4)曾经分离的工业工程、自动化和IT开始融合;(5)新型的组织结构支持员工的终生发展。

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生产数据的记录和上传也可以通过工业4.0技术而实现。随着政府对药品安全监督的要求越来越严谨，过去以手工来记录生产过程数据，将逐渐由系统自动记录所替代。并且，数据类别的采集要求也将逐步提高。通过智能化、数字化的互联网手段，不仅可以通过传感器采集药品的制造过程的相关数据，也可以实时采集有关的环境数据、微生物数据，从而对药品在工艺流程的实时环境状态进行有效的监控和追溯。将传感器在生产工艺中所采集的数据，实时传输到中央MES系统，并上传至云端的服务器，即可实现这一系列的数据采集、存储、追溯以及分析。因此，在未来传感器的应用、实时数据监控系统、云服务等层面上的系统集成，将是制药行业实现工业4.0发展的另一个领域。

对于生产的工艺控制来说，升级至自动化控制，也是提升生产效率、保证质量的关键手段。它不仅可以减少人为的不稳定性错误，也可以更好地控制生产过程中的环境数据，提升药品质量。另外，有效的自动化物流和仓储管理也将帮助企业提高生产效率，更好地开展供应链的精益管理，减少成本浪费。企业在建设制药工厂或改造时，应事先安排好整体工厂的物流布局，确认物流路径以及仓储点，实现自动化立体仓库的管理，通过RFID的扫码，或相关的物料识别技术以及AGV物料自动运输小车等手段，可以大幅度地提高厂内的物流效率。

能源管理的技术更新，包括自动探测设备，可以对工厂的水、电、气等能源消耗，进行优化能源的管理及监控，减少能源的浪费。实行能源管理，不能够只停留在单机能耗的监测和管理上，还应该升级到对多机、多生产线、甚至多厂区的智能化能源管理。也应该对能耗、能源成本等大数据进行分析，自动进行负荷预测、调节负荷开关，进而达到整体能耗的最低化。绿色制造是“中国制造2025”的一个重点方向之一，政府将出台能源消耗标准。同时，能源管理也比较能快速地看到投资的回报，因此，能源管理也是行业升级发展的另一个机遇。

5.要建设制药智能制造工厂，我们还需在以下方向努力：

5.1建立基于信息化集成的研发体系或平台，提升药物研发水平和速度。（现代研发体系）

5.1.1根据质量源于设计QbD理念，建立包括实验室研究系统（LIMS）、药品临床研究系统、中间实验放大系统的信息化综合研发平台，综合利用计算机辅助设计、药品临床数据分析系统进行药物靶标筛选、药物分子设计、药物筛选、药效早期评价、提升药物研发水平和速度。

（研发体系）

5.1.2建立“新药创新中心和研发基地”，采用PAT技术和中试放大技术，优化制药生产工艺，实现药品从研发到生产的技术有效衔接和确保产品质量一致性。

（研发基地）

5.1.3实施药品研发系统、药品生产过程自动化控制系统、药品质量管理系统与企业管理系统之间的信息化综合集成，为实现协同研发，实现真正的药品全生命周期质量控制和追溯创造条件。

（协同研发）

5.2提高制药装备和制药过程的自动化、信息化和智能化水平，推动智能制造与智能化工厂建设。（生产体系）

5.2.1提高原料药生产的自动化化水平，探索实现原料药生产全过程的自动化批控制( Batch Control )模式，为实现真正的原料药生产的执行系统MES、智能制造和智能工厂打好基础。

（原料药生产）

5.2.2提高制药装备的自动化、数字化、网络化和智能化的水平，改进制药装备的合规性与开放性，增强制药装备信息上传下控功能和网通互联功能，应用智能识别、智能机器人等先进的智能检测与执行设备，形成真正的智能化制药装备与系统，为实现真正的制剂药生产的自动化批控制和生产执行系统MES、智能制造和智能工厂创造条件。

（制药设备与制剂生产）

5.2.3采用信息信息化和自动化相结合手段，消除药品生产过程的信息化孤岛，最大限度约束、规范和取代人的行为，提高对人、机、物、法、环的监管水平，提升药品生产的GMP执行力度，确保药品质量。

（人、机、物、法、环的监控）

5.2.4在实现和完善原料药和制剂药生产全过程自动化的基础上，建立包括生产过程自动化系统(FCS) 、制造执行系统(MES)和生产经营管理 ( ERP)系统的综合自动化系统(IACS)，实现企业的生产、质量和经营管理系统的信息化综合集成，为实现制药企业的真正的智能生产和智能工厂打好基础。

（智能生产与智能工厂）

5.3推进企业各业务系统的信息化综合集成，建立现代化的经营管理体系（经营管理体系）

5.3.1进一步推进和完善企业生产、计划、质量、设备、储运、营销、供应链、财务、人力资源、环境安全等各环节的管理信息化。

（各业务系统单项应用）

5.3.2深化企业主要的产、供、销等核心业务系统的信息化集成。

（企业核心业务综合集成）

5.2.3在建立和完善企业资源管理系统ERP、财务成本管理系统FCM、供应链管理系统SCM、客户关系管理系统CRM和电子商务系统EBS的基础上， 逐步实现企业各业务系统的信息化综合集成，建立现代化的经营管理体系。

（所有业务系统的信息化综合集成）

5.4建立和完善药品生产全程的质量监控、管理和追溯体系统，建立现代化质量管理体系。（质量监管体系）

5.4.1实现药品生产全过程的批生产管理信息、重要生产工艺数据和药品生产各个环节的重要质量检测和分析数据的自动采集、电子数据和电子记录的有效、安全管理与保存，并实现药品质量各环节数据的快速查询与追溯。

（质量数据自动采集与管理）

5.4.2建立和完善企业经营管理系统、原料药生产控制与管理系统、制剂药生产全过程在线、实时质量监控系统、药品研发和质量检验数据实时采集与管理系统的基础上，实现药品质量管理系统与其它各控制与管理系统的信息化综合集成，建立完善的药品生产企业全过程的质量监控、管理和追溯体系统。

（ 全过程的质量监控与追溯）

5.4.3按照国内外有关质量法规的要求，研究制订各类与药品质量有关的计算机化系统验证标准，实现制药行业真正的合理和完整的计算机化系统验证。

（计算机化系统验证）

5.5采用新一代的信息化技术，探索实现制药企业全范围的信息化管理和药品全生命周期的质量监控与追溯。（新一代信息化技术应用）。探索采用包括物联网、大数据、云计算在内的新一代信息技术，建立企业信息共享和服务的云服务平台。

5.5.1实现企业从供应、计划、生产、质量、设备、储运、营销、服务、财务到人员全范围的信息化管理。

（全产业链的信息化管理）

5.5.2实现药品从研发、临床、中药材种植、原辅料供应与加工、生产、储运与流通到使用全生命周期的质量监控与追溯。

（药品全生命周期信息化质量监控）

5.5.3在确保信息化安全的的前提下，实现跨企业、跨行业、跨平台的信息化共享，促进各价值链之间的协同发展与服务，开创智能制造的新业态和新模式。其中包括网络协同制造模式、远程运维服务模式、“大众创业、万众创新”体系和平台化服务等。

（跨企业、跨行业信息共享、网络协同和服务、新业态）

    未来的制药工厂管理、药品数据的追踪上，将有越来越多的需求。企业应该及早开发MES系统中数据管理模块，加强工艺设备的自动化，开发数据存储，包装自动化、提升整体生产效率、安排合理布局的厂房。在采购设备时，要充分考虑数据采集和对接的要求，打造智能化的供应链体系。制药业的未来智能工厂，需要满足生产运营的及时性、高效、高质量、安全、节能环保、合规(GMP)等要求，并通过互联网与供应商、客户等外部资源实现“云”制造。面向药品生产从原料到仓储全流程环节，以高端智能装备为基础，利用信息化、大数据、云处理等先进技术，与药品生产工艺要求高度集成，让制药企业的设备、生产过程、产品、管理全方位满足各项法规的要求。企业能够利用智能化的生产设备，实现高效、高质量、定制化的生产，达成智能化生产的新型药厂的目标。目前中国制造业则是处在“工业2.0”补课、“工业3.0”普及，“工业4.0”示范的发展阶段，远没有进入“工业4.0”时代，更何况我国相对比较传统，自动化与信息化理念与水平都相对比较落后的制药行业。我国制药行业的智能化工厂的大量探索工作实际上还基本只是局限在物理层、信息层，其中包括一些制造单元自动控制水平的提升、制药装备的智能化改造与集成、智能化装置的应用(包括机器人、AGV车等的应用)以及部分MES系统的应用等。

我们离制药智能制造工厂还很远。

毒手药王邓智先

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百川上

不知道楼主这篇文章源自何处，我们公司现在主要做智能制药的解决方案，有机会交流一下！

syhorchid

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毒手药王邓智先

百川上 发表于 2018-8-31 16:12
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百川上 发表于 2018-8-31 16:12
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良心药123

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良心药123 发表于 2018-9-3 09:53
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胖胖的水牛

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胖胖的水牛 发表于 2018-9-7 09:57
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制造原理
从智能制造系统的本质特征出发，在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基本思想，应用分
智能制造
智能制造
布式人工智能中多Agent系统的理论与方法，实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。根据分布系统的同构特征，在智能制造系统的一种局域实现形式基础上，实际也反映了基于Internet的全球制造网络环境下智能制造系统的实现模式。

毒手药王邓智先

分布式网络化
智能制造系统的本质特征是个体制造单元的“自主性”与系统整体的“自组织能力”，其基本格局是分布式多自主体智能系统。基于这一思想，同时考虑基于Internet的全球制造网络环境，可以提出适用于中小企业单位的分布式网络化IMS的基本构架。一方面通过Agent赋予各制造单元以自主权，使其自治独立、功能完善；另一方面，通过Agent之间的协同与合作，赋予系统自组织能力。
基于以上构架，结合数控加工系统，开发分布式网络化原型系统相应的可由系统经理、任务规划、设计和生产者等四个结点组成。
系统经理结点包括数据库服务器和系统Agent两个数据库服务器，负责管理整个全局数据库，可供原型系统中获得权限的结点进行数据的查询、读取，存储和检索等操作，并为各结点进行数据交换与共享提供一个公共场所，系统Agent则负责该系统在网络与外部的交互，通过Web服务器在Internet上发布该系统的主页，网上用户可以通过访问主页获得系统的有关信息，并根据自己的需求，以决定是否由该系统来满足这些需求，系统Agent还负责监视该原型系统上各个结点间的交互活动，如记录和实时显示结点间发送和接受消息的情况、任务的执行情况等。
任务规划结点由任务经理和它的代理（任务经理Agent）组成，其主要功能是对从网上获取的任务进行规划，分解成若干子任务，然后通过招标——投标的方式将这些任务分配个各个结点。
设计结点由CAD工具和它的代理（设计Agent）组成，它提供一个良好的人机界面以使设计人员能有效地和计算机进行交互，共同完成设计任务。CAD工具用于帮助设计人员根据用户要求进行产品设计；而设计Agent则负责网络注册、取消注册、数据库管理、与其他结点的交互、决定是否接受设计任务和向任务发送者提交任务等事务。
生产者结点实际是该项目研究开发的一个智能制造系统（智能制造单元），包括加工中心和它的网络代理（机床Agent）。该加工中心配置了智能自适应。该数控系统通过智能控制器控制加工过程，以充分发挥自动化加工设备的加工潜力，提高加工效率；具有一定的自诊断和自修复能力，以提高加工设备运行的可靠性和安全性；具有和外部环境交互的能力；具有开放式的体系结构以支持系统集成和扩展。

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发展轨迹编辑
智能制造源于人工智能的研究。人工智能就是用人工方法在计算机上实现的智能。随着产品性能的完善
智能信息库
智能信息库
化及其结构的复杂化、精细化，以及功能的多样化，促使产品所包含的设计信息和工艺信息量猛增，随之生产线和生产设备内部的信息流量增加，制造过程和管理工作的信息量也必然剧增，因而促使制造技术发展的热点与前沿，转向了提高制造系统对于爆炸性增长的制造信息处理的能力、效率及规模上。先进的制造设备离开了信息的输入就无法运转，柔性制造系统（FMS）一旦被切断信息来源就会立刻停止工作。专家认为，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出智能，否则是难以处理如此大量而复杂的信息工作量的。其次，瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境，也要求制造系统表现出更高的灵活、敏捷和智能。因此，智能制造越来越受到高度的重视。 纵览全球，虽然总体而言智能制造尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施。1992年美国执行新技术政策，大力支持被总统称之的关键重大技术（Critical Techniloty），包括信息技术和新的制造工艺，智能制造技术自在其中，美国政府希望借助此举改造传统工业并启动新产业。
加拿大制定的1994~1998年发展战略计划，认为未来知识密集型产业是驱动全球经济和加拿大经济发展的基础，认为发展和应用智能系统至关重要，并将具体研究项目选择为智能计算机、人机界面、机械传感器、机器人控制、新装置、动态环境下系统集成。
日本1989年提出智能制造系统，且于1994年启动了先进制造国际合作研究项目，包括了公司集成和全球制造、制造知识体系、分布智能系统控制、快速产品实现的分布智能系统技术等。
欧洲联盟的信息技术相关研究有ESPRIT项目，该项目大力资助有市场潜力的信息技术。1994年又启动了新的R&D项目，选择了39项核心技术，其中三项（信息技术、分子生物学和先进制造技术）中均突出了智能制造的位置。
中国80年代末也将“智能模拟”列入国家科技发展规划的主要课题，已在专家系统、模式识别、机器人、汉语机器理解方面取得了一批成果。国家科技部正式提出了“工业智能工程”，作为技术创新计划中创新能力建设的重要组成部分，智能制造将是该项工程中的重要内容。
由此可见，智能制造正在世界范围内兴起，它是制造技术发展，特别是制造信息技术发展的必然，是自动化和集成技术向纵深发展的结果
智能装备面向传统产业改造提升和战略性新兴产业发展需求，重点包括智能仪器仪表与控制系统、关键零部件及通用部件、智能专用装备等。它能实现各种制造过程自动化、智能化、精益化、绿色化，带动装备制造业整体技术水平的提升。
中国机械科学研究总院原副院长屈贤明指出，现今国内装备制造业存在自主创新能力薄弱、高端制造环节主要由国外企业掌握、关键零部件发展滞后、现代制造服务业发展缓慢等问题。而中国装备制造业“由大变强”的标志包括：国际市场占有率处于世界第一，超过一半产业的国际竞争力处于世界前三，成为影响国际市场供需平衡的关键产业，拥有一批国际竞争力和市场占有率处于全球前列的世界级装备制造基地，原始创新突破，一批独创、原创装备问世等多个方面。该领域的研究中心有国家重大技术装备独立第三方研究中心-中国重大机械装备网。
在“十二五”期间，我国对智能装备研发的财政支持力度将继续增大，智能装备产业发展重点将明确，“十二五”期间，国内智能装备的重点工作是要突破新型传感器与仪器仪表等核心关键技术，推进国民经济重点领域的发展和升级。

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智能技术编辑
1、新型传感技术——高传感灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术，采用新原理、新材料、新工艺的传感技术（如量子测量、纳米聚合物传感、光纤传感等），微弱传感信号提取与处理技术。
2、模块化、嵌入式控制系统设计技术——不同结构的模块化硬件设计技术，微内核操作系统和开放式系统软件技术、组态语言和人机界面技术，以及实现统一数据格式、统一编程环境的工程软件平台技术。
3、先进控制与优化技术——工业过程多层次性能评估技术、基于大量数据的建模技术、大规模高性能多目标优化技术，大型复杂装备系统仿真技术，高阶导数连续运动规划、电子传动等精密运动控制技术。
4、系统协同技术——大型制造工程项目复杂自动化系统整体方案设计技术以及安装调试技术，统一操作界面和工程工具的设计技术，统一事件序列和报警处理技术，一体化资产管理技术。
5、故障诊断与健康维护技术——在线或远程状态监测与故障诊断、自愈合调控与损伤智能识别以及健康维护技术，重大装备的寿命测试和剩余寿命预测技术，可靠性与寿命评估技术。
6、高可靠实时通信网络技术——嵌入式互联网技术，高可靠无线通信网络构建技术，工业通信网络信息安全技术和异构通信网络间信息无缝交换技术。
7、功能安全技术——智能装备硬件、软件的功能安全分析、设计、验证技术及方法，建立功能安全验证的测试平台，研究自动化控制系统整体功能安全评估技术。
8、特种工艺与精密制造技术——多维精密加工工艺，精密成型工艺，焊接、粘接、烧结等特殊连接工艺，微机电系统（MEMS）技术，精确可控热处理技术，精密锻造技术等。
9、识别技术——低成本、低功耗RFID芯片设计制造技术，超高频和微波天线设计技术，低温热压封装技术，超高频RFID核心模块设计制造技术，基于深度三位图像识别技术，物体缺陷识别技术。

小金库

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