作者：熊茂华 喻宏庆
在以原料药生产和成品药生产为主的大中型制药企业中，企业综合智能自动化信息系统通常具有三层结构：企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)、过程控制系统(PCS)。其中MES 是处于企业资源计划(ERP)和过程控制系统(PCS)之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行，通过控制物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高竞争力。MES能通过信息的传递对从生产计划的发布到产品完成的整个生产过程进行控制管理。当工厂中有实时事件发生时，MES能根据当前的实时数据及时做出分析，并做出反应和处理。MES以过程模型为核心，连接实时数据库或非实时的关系数据库，对生产过程进行实时监视、诊断和控制，在生产控制层安排生产计划，优化分配物料。进而对整个生产过程的物料、质量、维护、成本等元素进行完全的监测、分析和控制。它同相关ERP系统和过程自动化系统之间存在密切的数据交流关系。ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预期产出时间等实际生产数据;并需要了解生产订单的实际状态、当前的实际生产能力情况及人员物资的准备状态等信息;过程自动化系统需要基于MES对产品的工艺参数进行优化;而基础控制模块则必须从MES中取到控制数据或操作步骤。
一 ERP 在大中型制药行业的生产经营管理
制药行业与一些ERP应用较普及的行业(机械制造业、航空制造业等)在生产类型、经营管理特点方面存在不少差异，但它仍属于流程工业和批量过程工业领域之内，仍具备制造业企业所共有的本质特性。如怎样充分合理地利用企业的生产资源(物料、人力、设备)、市场资源、财政资源和产品结构、工艺路线设计等;另外还有以平衡和协调各种资源为主要内容的计划管理活动。由此决定了ERP对于指导制药行业的生产经营活动同样具有重大的现实意义。大中型制药企业基本上都生产原料药和成品药，原料药的生产是以发酵过程为主，而成品药包括针剂药和片剂药。制药生产属于半连续半离散制造业。大体说来，制药企业一般都有原料生产车间、成品药生产车间、机修车间、动力车间等。发酵过程为连续型，而片剂和针剂药生产为离散型。发酵车间是一种高能耗、高物耗、以热加工为主的流程型产业，发酵车间的主要生产工序是按传统工艺进行，即消毒、发酵罐进料、发酵、发酵罐出料。如消毒不好，就会使发酵液染菌，以至发酵罐放罐，造成重大经济损失。因此，必须采用过程控制系统(PCS)对发酵全过程进行自动控制。而针剂和片剂生产则是产品和原料种类多，产量又不很大，单位附加值高，市场不确定因素多。为了生产和供货的稳定，制药业生产需采用面向库存的生产方式，从而在库存上积压大量的资金，增加了药品的成本。为了降低药品的成本，除了采取科学的库存管理方法，严格遵守GMP质量管理规范，优化库存管理，更重要的是用先进的管理方法和信息技术去改造采购和销售两个物流终端。
二 基于Web的ERP系统在大中型制药行业的集成
针对上述制药企业的生产和经营管理的实际问题，通过对ERP和MES功能本质的深入分析，采用三层网络系统结构。即企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)、过程控制系统(PCS)。基于MES的大中型制药企业智能ERP信息系统实施方案模型如图1所示。其中，ERP层主要完成生产管理决策与生产计划;MES层的主要功能是动态地进行生产调度、生产过程实时监控和现场数据的分析;PCS 层主要负责生产过程的自动控制与现场数据的采集与初步分析。
实时数据库主要是面向PCS/MES层进行功能设计，用于提供PCS / MES 层所需的数据服务;统计数据库主要是面向MES/ERP层进行功能设计，用于提供MES/ERP层所需的数据服务。
图一 大中型制药企业智能ERP信息系统实施方案模型图
1 控制层(PCS)
(1)控制层系统组成
对于大中型制药企业，主要包括原料药生产的发酵车间、成品药生产的针剂车间和片剂车间、提供全厂水、电、汽的动力车间等，对这些车间均需要进行全天候的实时监控。因此，控制层系统主要包括以下几个子系统：原料药生产的发酵过程实时控制子系统;成品药生产的针剂和片剂生产线监测控制子系统;全厂供汽设备即锅炉控制子系统以及全厂供水供电设备的实时监测子系统等。
(2)控制层各子系统的任务执行机制
原料药生产的发酵过程实时控制子系统的硬件结构采用工业控制计算机，根据实时检测控制参数的要求配备相应的接口板，如光电隔离的I/O接口板、A/D转换接口板、D/A转换接口板等;软件系统采用自动组态控制软件WinAUTOCCS。利用组态控制软件，用户可利用屏幕上的组态图进行软连接，自动组态生成所需的控制回路，其中对发酵罐的温度、压力、pH 值、液位等控制参量通过组态图分别组态生成单环定值调节系统，而对发酵罐的溶解氧参量组态生成串级调节系统。全厂供汽设备即锅炉控制子系统也是采用组态控制系统，主要控制参数是炉膛温度、压力、冷却水水位、鼓风、引风及送煤系统等控制。全厂供水供电设备的实时监测子系统主要对水压、水流量、气压、气流量、电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数监测。成品药生产的针剂车间和片剂车间以可编程逻辑控制器(PLC)为核心器件组成全自动顺序控制生产线。以上是生产车间的底层控制。这些底层控制的子系统相当于一个控制单元，根据各自车间的实际需要可选用RS-485 总线或CAN 总线或工业现场总线(ProfiBUS)与各自车间的控制层主机构成二级分布式控制网络系统。各车间的控制层主机可通过条码扫描仪和数据库检索，获取所用物料以及某工序前后的信息，实时显示各底层控制单元的实时参数和工艺、质量参数信息，进行故障和质量报警，并将有关信息存入实时数据库，尽量减少人为因素影响。底层控制单元的监控台，可在图形监视器上完整、直观地动态显示各生产车间的生产过程的工艺流程总图，各工序设备运行状态、质量和工艺参数报表、实时趋势及历史趋势画面、故障及越限报警;可切换详细显示各工序的工作资料及开完工等信息，并具有利用在线数据和数据库中数据计算主要生产指标完成情况的数据处理能力。可作为MES执行层监控、决策和动态调度的基础。
2 执行层(MES)
制造执行系统(MES)是位于企业上层企业资源计划(ERP)和底层工程控制系统(PCS)之间，是企业计划层和生产车间过程控制层之间信息集成的纽带，MES 的功能包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、生产调度管理、数据采集、性能分析及物料管理等，通过对制造过程的实时监控和动态调度，可以实现企业完整的闭环优化生产。
(1)执行层系统网络结构。
MES系统主要由MES管理软件、MES数据库服务器、MES调度台、车间作业信息显示屏等构成，采用星形网络拓扑结构;这种结构接线方式简单，便于网络维护和资源配置以及系统的监控和管理。
(2)执行层系统的任务执行机制。
对于成品药生产的针剂和片剂生产车间、机修车间等，以准时生产技术(JIT)作为基层的计划执行与调度系统的核心，生产计划管理层的周/ 日生产计划，根据车间当前人力和物力的资源能力信息和现场数据反馈进行排产、安排相应的备料计划;并将计划和调度的结果分配任务到各车间班组;当确定管理层下发的生产计划不具有可行性时，通过网络及时予以反馈，并提出可行建议，供生产部门参考决策;当管理层下达的生产计划状态发生更改时(如：暂停、改期、取消等)，车间的作业计划和备料计划能够进行相应的变化。作业计划和备料计划可以根据实际生产情况进行手工调整，以适应生产实际的需要，可进行作业计划模拟、编制动态计划，实现作业计划的实时调度。
对于原料药生产车间，每一发酵罐的发酵周期比较长，且每一生产周期分四个阶段，即消毒、进料、发酵、放罐。只有进料阶段需要大量的原材料，但它不是以日生产计划形式管理。发酵罐的发酵和消毒过程是一个时序控制过程，要求实时监控生产过程中发酵罐的温度、压力、pH 值、溶解氧、液位等参量，执行层系统可以获取控制层的有关控制参数值，实现协调管理。动力车间可由生产计划部门根据生产车间的生产任务所需的动力能源下达供应计划。总之，基于实现车间生产统计的网络化，自动编制生产进度、工时利用、产品实耗和质量统计等报表，并为产品生产成本的核算提供定量依据;根据控制层的实时监控和反馈数据及作业计划进度情况，提供直观、灵活的产品生产动态跟踪查询，并可进行生产进度的预测，以实现实时的生产指挥调度。对于成品药和机修车间，当供应所致缺料或发生设备和质量事故造成任务推迟完工时，可通过智能管理系统进行压缩重排和计划模拟，以帮助调度决策。建立成品药的进入库和生产所需原料的进入库管理系统，随时根据备料计划执行情况的反馈和在成品库存配套缺料信息，为管理人员提供制定排产计划和备料计划的决策依据。
3 计划层(ERP)
(1)计划层系统的结构。
计划层系统的结构采用基于Web 的C/S与B/S混合结构的多层分布式信息平台，由于C/S结构具有交互性、安全性、响应速度快及数据传输速率高等方面的优点，面向上层经营计划管理的ERP 层主要采用C/S结构模式，只能由各功能模块管理人员使用，包括数据的录入、凭证和各种报表的打印、查询和分析等，增加了系统的安全性和可伸缩性。而多级分布处理的B/S结构，使大规模ERP 系统中的数据库和应用程序组件可以在不同分布的服务器上运行。
这些服务器可以是本地的，也可以是远程的，使系统更合理、更灵活、更具扩展性。采用了“瘦客户端”，使系统具有彻底的开放性，对前端的访问用户数没有限制。系统相对集中于几个服务器上，对系统的维护和扩展都变得比较容易，所以，面向车间生产调度管理的MES 层主要采用B/S结构模式，提供物料跟踪，成品半成品的状态、库存、价格、项目用料，以及调度的实时跟踪等，这样，既方便领导和一般客户的查询，又可发布企业的信息等。
(2)计划层系统的功能。
计划层系统的功能主要包括：进行厂级的生产管理决策，绩效指标考核;人力资源管理;财务、销售管理;企业公共信息发布，电子商务服务)管理;成品、半成品、原料库存管理、为车间级管理提供物料信息支持、工厂维护;生产工艺规划设计管理;接受客户订单，制定周/ 日生产计划，向下传递给制造执行系统。
三 结束语
基于MES的大中型制药企业智能ERP信息系统，加强了大中型制药企业生产经营计划的可执行性，可对生产车间数据信息自动采集和分析;对整个车间的生产过程进行监控;实现产品质量的在线监控，完成生产计划和动态生产调度，从而缩短生产经营周期，降低物料浪费，降低成品及在制品库存，保证生产交货期。
你可能还想看
热点文章
近期话题
相关产品
在线留言
沪公网安备 31011502008050号
参与评论
登录后参与评论