MES在各行业中的需求与解决方案（四）

MES在各行业中的需求与解决方案（四）

罗克韦尔自动化（中国）有限公司 华镕

基于典型应用的MES模块部署实例

在前面的几期中，根据IEC62264的标准，MES模块是按行业进行分类的，本期文章给出了几个特定行业应用实例需要特别考虑的两个内容。

今天，与制造执行系统相关的解决方案已经“有机”地开发了很多年，且有各种应用。随着时间的推移，在两个主要工业：“制造业”和“流程工业”已出现了显著的差异。然而，即使在每个行业，特殊和应用特定的变体已经建立。它们这些发展和历史将在下面介绍。

行业特定的MES相关变化可以用IEC62264过程模型的结构来体现。由于MES模块和解决方案的不断成熟，技术已经出现了跨多个应用领域的使用。在过去几年中，这种发展趋势没有例外，通常用于制造工业和过程工业的许多自动化功能都已经用硬件和软件组件（PLC、DCS）实现。此外，以前完全独立的两条产品线，现在已可以在两个行业中互用。

为了更好地让读者理解，下面的内容首先提供相应典型运行过程的一般描述，随后通过各个业务活动的表格描述MES模块是如何支持生产、质量、维护和库存管理的。

为了关联所描述MES模块的功能和应用，以下一般运行过程的描述给出了对各个行业主要特点简单而直接的叙述。

活性药物成分生产

在制药工业中，活性成分通过化学或生物过程生产（植物提取物、化学合成或生物技术发酵）。制造过程必须符合政府的法规，这一般概括成所谓的“现行良好生产实践”（cGMP）。

在下面活性成分化学生产的例子中，展示了在自动批处理控制的柔性多产品工厂中，运行要求和应用MES模块的可能性。重点是生产管理。

典型运行一般描述

基于对活性成分的需求，成分的管理和预测在ERP系统中完成，成分的生产由MES组织实施。

每个产品也许已有了生产配方，或者要为产品创建新的配方。根据工厂自动化的程度，可以基于操作员的指令实现生产配方或者由过程自动化系统实现基本配方（如图1所示） 。除了配料量和工艺控制参数，该配方包括设备的互连要求、手动执行步骤（SOP：标准操作规程）工作说明书、处理危险材料的安全说明和质量控制要求，包括采样（IPC：在线过程控制，PM：过程监视）。作为符合cGMP的一部分，该配方有版本控制，并要求有生产管理和质量保证部门的批准。

图1 在MES配方编辑器中，集成了MES（绿色）和DCS（蓝色）的配方定义和管理

（1）生产调度要求

· 所需工艺设备（剂量容器、反应器、填充站等）的选择和分配，需要的柔性设备互连，以及可用的移动设备规划和分配。

· 检查谁获得了有关标准操作规程（SOP）和处理产品有害物质培训的资格证书。

· 在适当的时间需要检查成分的可用性。

· 把生产分为多个生产批次。

· 为了把各个成分容器（大袋、桶）手动添加到该过程，生成称重和运输工单。

· 为在线过程控制（IPC）和过程监视（PM）的样品生成实验室检测工单。

（2）生产准备要求

· 检查计划使用的设备是否清洁可用，还是 “干净”的状态已经过期，需要在使用前进行清洗。制作设备状态文件。

· 建立柔性设备互连和移动设备的分配。为了保证质量，检查和制作互连文件。

（3）生产执行要求

· 根据生产的配方生产各个批次，既可以用配方中包含的指令通过手动操作，也可以用DCS自动执行配方。在这两种情况下，必须符合cGMP文档中的“谁做什么和什么时间做”。

· 质量相关工艺参数的cGMP符合文件，作为符合活性成分药物批次生产的证明文件。

· 成分容器符合cGMP在正确时间和位置进行称重（如图2所示）、记录、标签和运输。

· 在正确时间，把正确的容器放到计划的生产批次。该释放必须符合cGMP标准，即通过操作员确认和监督员验证或自动验证，如通过条形码。

· 样品采集并生成检测工单。

图2 在配方材料称重期间，使用移动或固定操作员终端的操作员界面

（4）生产评价要求

· 为了允许QA快速发送批量，当时识别质量相关的批量偏差。

· 额外的运行评估，例如，最小化批次周期时间和产量的变动。

（5）经济背景

一般来说，活性药物成分是高价值产品。失去一个批次可能会造成六位数的损失。

通过MES功能支持运行

（1）资源管理

（2）定义管理

（3）详细调度

（4）分派

（5）执行管理

（6）数据收集

（7）跟踪

（8）分析

华镕，男，1982年毕业于北京科技大学自动化系，现任罗克韦尔自动化（中国）有限公司全球标准及贸易部中国地区经理。

图3 部分设定画面

对于重量信号的处理中，由于称量信号存在干扰，需要对信号进行滤波处理，并判断信号是否稳定，读数是否准确。在PLC程序中，对于称重模块反馈回来的重量数据进行了相应的处理，使其重量数值精确、稳定度高。

5 效果分析

该设备现场调试结束后在最终用户处实际包装粉料，充填称重重量误差小且稳定，整机性能稳定、运行效率高，超预期完成客户的使用要求。