MES系统在中药制药行业应用研究

万小伟　冷胡峰

摘要：现代工业自动化是信息技术的关键核心，促进了社会文明的快速发展。中药是我国的传统医药，中药行业随着社会的发展也逐渐蔓延与扩大。本文结合MES系统在华润江中的成功实施，主要研究现代自动化MES系统在中药制药行业的推广，分析MES系统的特点、构成及其应用等。

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.

關键词：MES系统;中药制药;自动化

Key words： MES;traditional Chinese medicine pharmaceutical;automation

中图分类号：TQ461                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0208-02

0  引言

制造执行系统（Manufacturing Execution System， MES）是一种涉及整个生产过程的管理与控制执行的集成系统，已经被广泛地应用于生物或工业制造。中医中药是我国的传统瑰宝，被世界各国人民所认可，由此中医诊断也遍布全球。中药的成分是由一系列自然资源按照一定比例配合而成，其应用占据全球药物的1/3，有接近40亿人口应用过中药治疗，效果显著。由此了解到，中医药的前景广阔，其制药发展的范围也逐渐增加。然而，我国中药生产技术仍然比较落后，中药生产属于流程工业，从原材料到成品的整个流程属于全封闭或半封闭的生产过程。

1  MES系统概述

通过调查发现，大多数企业的生产管理系统都包括ERP、MRPⅡ、SCADA、PLC HMI、MES、WMS、LIMS等功能单元。这些功能单元都通过MES进行集成与协调控制，确保企业的管理计划系统的自动化及其有效性。

在20世纪末，在工业管理系统流程中，时常出现控制系统与业务系统之间的脱节，且急需一个中间层将这两个系统连接起来，而MES系统即是为了满足这个需求的一种集成系统。在一般生产制造结构中，企业的信息化架构通常用三层结构表示，即计划层、执行层与控制层。其中执行层结构便是由MES系统构成，作为企业信息系统与过程控制系统的桥梁，作为一个集成与协调控制的作用，连接业务管理系统与生产设备控制系统，形成闭环信息系统，将管理系统中业务管理计划传送至实际生产单元，再将该生产单元的相关信息反馈与处理。MES不仅仅是单一的生产系统，而是一种集成上下层级之间的信息传递系统，且贯穿管理层与实际生产层，使得各阶段信息能够得到分享与反馈，以此提高企业的生产效益。

2  MES的形成过程

①二十世纪中期，企业的财务逐渐开发出MRP，其作用是对企业物料需求进行规划与管理。

②二十世纪中期，基于对生产的预测、需求的分配管理，以及现场的管理功能，逐渐总结了一系列具有预测、信息追踪以及产品管理功能的管理手段。如设备状态监控系统、质量管理系统、生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。但这些系统的功能比较单一，具有很强的局限性，层级之间缺少链接，形成了一个个孤岛。

③二十世纪后期，这些层级之间的连接逐渐加强，通过扩大系统的功能，集成后的MES针对现场的生产实现管理作用，实时记录并跟踪进度信息、设备状态信息及其性能信息等，且上层的生产计划系统与底层的过程控制系统逐渐集成为MES的原型。其主要功能为生产现场管理和流程控制管理，从初始电子批记录开始到完成产品的整个生产过程进行流程优化管理。当生产现场发生异状时，MES系统能及时做出判断，并利用现场实时传递数据进行处理，传递数据反馈至现场与管理层，指导后续生产过程，从而加强了工厂的流程管理，提高了企业生产率和准时率。

3  MES的应用

随着自动化技术的快速发展，国外发达国家逐渐关注MES技术的研究与开发，逐渐形成为一个软件产业。从二十世纪末期开始，MES的市场快速扩大，其软件的全球销量以成倍量增长。MES是以过程数据模型为核心的过程控制系统，其通信系统连接实时数据库与关系数据库。MES在运行过程中实时监测生产状态，并对其进行控制和诊断，从而实现功能整合、过程管理、状态监测以及控制优化等，直接影响管理层对生产计划、订单处理、调度、维护以及数据处理等判断。

在实际生产过程中，MES设置于计划管理层与控制层之间，实现计划调度与管理等功能。这是由于企业的各种缺陷加强了其对信息管理的认识，从产品中获取数据信息。通过操作控制系统传送至计划管理级，以此连续信息流实现企业信息的集成与管理，保证企业的稳定发展。

依据调查数据得出，2004年全球MES系统的市场占有率稳步上升，与2000年相比，增长幅度超过了50%，其营业额达到十亿美元。其中汽车行业的MES营业收入占1/20左右，增长幅度为2001年的150%，食品与消费类产品的市场份额为6100万美元，形成一倍的增长幅度，计算机等电子设备的增长率为39%，从供应商角度分析得出，MES专业供应商的销售量达到自动化公司的一倍以上，因此，可以预测 GE Fanuc、Rockwell Automation、 Invensys、Siemens等 MES主流供应商会加大行业应用力度。二十世纪末，国内开始对MES进行研究，依据本地特色提出管控一体化系统，如CIMS、MES、ERP、SCM、LIMS等管理理念。我国的工业信息化发展起初通过西门子公司引进MES系统，并沿着西方工业国家的路径发展，由工厂自动化发展到信息化管理。在二十一世纪初，逐渐普及DCS、SCADA. PLC、FCS，由此带来管理信息化水平的提升， MES的企业信息化也逐渐被认可且形成共识。我国的省、市级政府主管部门、科研教育与研究单位以及相关企业开始跟踪与研究MES。如增设MES学习课程，创立MES学习网站与论坛，培养MES专业研究生，开办制造业信息化工程和先进制造技术工程研究所，并有该相关研究机构主办国际研讨会。近年来，MES在我国的发展与应用逐渐加快，是工业流程自动化的技术核心，对企业生产效率及其产品质量的提高、成本及资源消耗的降低具有重要的促进作用。随着MES技术的广泛应用，逐渐得到了国家政府与企业的大力支持与高度重视，国家设立了“流程工业制造执行系统”重大专项。MES系统集成了计划调度、资源管理、质量控制、数据处理等功能，为订单、物料、设施、资源、流程等所有工厂资源信息提供一个信息集成平台，在整个企业信息集成系统中承上启下、居于生产活动与管理活动信息沟通的桥梁作用，具有良好的发展前景。石油化工与炼钢等工业类行业针对过程控制开发了具有自主产权的MES系统，该系统在功能结构方面取得了重要进展。例如上海宝钢集团公司与大多数地区的卷烟厂、华润江中、太极集团等大型制药企业已先后在生产上应用并实施了MES系统。集成了追踪自动辨识技术，通过传感器等仪器设备，自动采集现场生产数据，并对数据进行处理与反馈，实现实时信息管理。

4  MES的特点

MES系统在中药制造行业应用中具有较好的管理优势，与常规企业中的员工管理对比，可实时掌握整个生产过程资源，结合制程和作业规则进行监督，实时对比跟踪状态与计划，并快速判断比较，监督是首要特点。①中药产品通常需要特殊规格的材料，有时需要特殊的设备进行装配，因此需要对其整个生产制程进行监督处理。通过MES系统给设备配置自动辨识技术，实时获取设备状态、材料规格、作业状况等信息，并对计划中的设定目标值对比，以此实时控制管理生产。②中药产品的制造流程需要实时监控品质，实时高频率地收集所有现场的产品质量信息，并根据不同的制程、产品检验、修理与维护、站别、产品时间区段或指令做统计分析，发送信息给管理计划层，以此对产品品种进行管理与控制。该方式可减少人力资源的使用，避免了人为误差，直接降低了整个产品的制造成本。③中药制药还需对其整个生产过程中的设备进行监督，任意时刻均要了解各阶段生产设备的状况，如有异常发生，则需要实时进行维修，并调整相应的生产活动。

MES系统除了具有监控功能外，还有控制与管理功能。依赖上述生产过程检测的功能，可以进一步将生产过程中每个独立的自动化物料搬运设备、自动检测设备及自动化生产设备进行联机处理，构成较完整的自动化系统，综合地发挥其作用。一般而言，过程中各独立自动化设备仅仅是为了解决一些计划过程中的生产瓶颈问题，且需要人工干预配合进行自动化作业，因此未能体现出自动化管理的功能。此时可以通过MES配合柔性制造系统对生产过程进行控制。柔性制造系统是以个性化为目的并以自动化设备为中心，配合辅助设备进行生产，使制造单元能够更加有效地按照预定的程序执行。通过MES系统实时获取生产过程状态、制造过程、规划系统所设定的生产目标，因而能够有效地整合控制各自独立的自动化设备，提高整个系统的生产效率。

5  总结

中医中药是我国的文化瑰宝，其服务群体遍布全球，占据全球人口的1/3市场，做大做强中医中药企业是时代赋予我们的重要使命。中药的制造属于流程工业，MES即是针对流程的管理与执行系统。本文主要对MES系统的概述、形成、应用及其特点进行了研究，为其在中药制药行业的应用提供指导意义。

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