【迦南药机杯】制药如何与智能制造融合

毒手药王邓智先

【迦南药机杯】制药如何与智能制造融合
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    智能制造是一个最近很火的问题。简单说来，智能制造就是通过建立基于互联网+ICT、AMT、CAM、PLM、MES、工控软件、加工设备及测控装置等为一体的企业信息物理系统，将设备、产品、技术、工艺、原材料、物流等要素集成在一起；打通制造环节数据壁垒，使设备与设备、设备与人、人与人之间得以异地跨界地互联互通；实时感知、采集、监控和处理各种制造数据，实现制造系统加工指令的动态优化调整和大数据的智能分析；从而改变传统单一的制造模式，全面提升产品制造的精度、质量、效率和智能化程度，满足日益个性化的客户需求。我国制药行业“智能制造”之路还刚刚开始，所谓“智能制造”、“智能工厂”真正合理与完整的形态和模式并没有形成，医药行业的很多特殊问题有待认真思考和探索，不应该把一些部分或局部的自动化、信息化或智能化的内容作为制药行业整体模式，也不应该把其它行业的一些模式简单地照搬到医药行业。【朗惠包装杯】压片粘冲原因及解决方案
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智能制造的定义
    虽然现在所谓的“智能制造”定义说法很多，但以国家工信部和国家标准化管理委员会2015年10月正式发布《国家智能制造标准体系建设指南》(征求意见稿)对“智能制造”所作的定义如下：“制能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。具备以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的四大特征，可有效缩短产品研制周期、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗，对推动制造业转型升级具有重要意义。”

三个维度集成

    无论哪个行业的制造业的所谓“智能制造”模式，在总体内容上都需要按照《国家智能制造标准体系建设指南》所提出的“三个维度集成”方向努力:即从企业“系统层级”构架角度的纵向集成、从产品全“生命周期”角度的端对端集成和从不同价值链的“智能功能”角度的横向集成。这也正是德国“工业4.0”所提的“三个集成”的概念要求。其中“纵向集成”主要包括设备层、控制层、车间层、企业层和协同层5个层。“端对端集成”主要包括设计、生产、物流、销售和服务等5 个环节。而“横向集成”主要包括：制造资源要素、系统资源集成、互联互通技术、信息融合应用和新兴业态的创新等5个方面。现在我国制药工业的“智能制造”的重点突破工作还仅仅主要集中在“纵向集成”的最底下的三层(设备层、控制层、车间层)而已，其中包括目前宣传最多的所谓MES系统，所以应该讲制药行业离实现真正的“智能制造”还有漫长的路要走。

制药行业两个最大特点：
　　1.不管是原料药还是制剂药生产，不管它们的流程化或离散化程度如何，它们所有的产品基本都是按照“批次”的概念来安排生产和管理的，因此，所谓“批管理(Bach Management)”与“批控制(Bach Control)”的概念、可追溯性与柔性化要求都将贯穿在药品智能化生产的全过程。因此，在将来的智能化生产模式下，药品生产的批控制、批管理以及产品、工艺和设备的柔性化控制与管理会得到充分的发挥。
　　2.由于药品质量本来就有一个严格的从药品的研发、生产、流通到使用的全生命周期质量的GxP合规性监管要求，而智能制造从产品全生命周期的端对端的集成要求正好与药品质量全生命周期的监管与追溯要求是密切相符。因此制药行业的智能制造模式将为实现药品全生命周期质量的监管与追溯创造了得天独厚的条件。

制药企业的现状
    原料药生产，中药提取，制剂生产，虽然可以看到一些自动化控制系统的应用，但这些应用大部分局限在原料药生产的某些局部单元和辅助系统上，基本不具备全过程自动化控制的水平，更没有实现自动化批控制的目标。
制药企业都建立了自己的企业资源管理(ERP）系统、财务及成本管理 （FCM）、供应链管理（SCM）系统、客户关系管理（ CRM）和办公室自动化（OA）系统，信息化并没有真正深度融合到产品（药品和设备）优化设计、 产品（药品和设备）生产加工过程的控制和管理、产品质量的控制和管理、设备和能源的优化管理以及工业环境改进等工业过程之中。

我国制药工业必须打好两个基础：
    从下 ：提升制药生产底层制药装备和制药过程的自动化、数字化与网络化的水平，建立所谓的信息物理系统CPS的智能化物理基础；
    从上 ：充分采用工业互联网、物联网、工业大数据、云计算等新一代的信息化技术，建立以这些技术为基础的数据中心和支撑服务平台，以达到实现智能决策、优化管理、协同发展和服务之目的。

应从以下几个方面进行探索，将智能制造融合于制药工业：
1.制药企业应努力完善改进制药工艺。国家应出台政策，推进制药企业兼并做大做强，品种规模增大，制药企业的单品种单线生产，利于自动化。在生物制药的生产流程中，需要监控多个变量，以确保各个成分的纯度以及生成物质的质量及产量。生物制药生产之所以具有挑战性，其众多因素之一即在于，因为不太明显的原因，使得产量的变化可能在50%~200%之间大幅度变动。通过使用数据的分析，药厂能够确认导致产量变化的主要参数。
2.制药装备企业应努力已有的制药装备、自动化控制系统和信息化管理系统的改进、扩展和完善。部分制药装备制造企业通过兼并、整合与业务扩展，在提升现有制药装备产品的自动化、网络化和智能化的水平和从下到上的纵向综合集成能力。
3.企业对智能化设备的应用（如：机器人、AGV车）
4.通过国家有关智能制造的试点示范工程或新建工厂/车间项目，探索建立制药行业智能制造的示范样板和模式。5.老的生产线逐步进行改造，集成至整个系统中，如采用自动化设备，提高设备性能;采用先进技术，提高产品质量等。
6.在车间级和工厂级的基础上完成集团级的整合：处在车间级和工厂级的企业需要借助信息物理系统(CPS)，实现集团的智能生产、智能物流。
7.更高层次的自动化水平：自动化和信息化的深度融合，将使制药行业的自动化水平迎来新的高度。
8.结合新的技术和新法规，对企业的业务流程进行改造，达到高效、快速、实时、有效应对外部挑战和提高企业竞争力。

   我国制药工业“智能制造”之路依然漫长和艰巨。

毒手药王邓智先

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syhorchid

智能制造，任重道远。

毒手药王邓智先

syhorchid 发表于 2018-8-31 11:29
智能制造，任重道远。

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良心药123

智能制造是未来发展方向

毒手药王邓智先

良心药123 发表于 2018-9-3 09:58
智能制造是未来发展方向

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毒手药王邓智先

智能制造，源于人工智能的研究。一般认为智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，后者是指获取和运用知识求解的能力。
智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，而且还具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。

毒手药王邓智先

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
谈起智能制造，首先应介绍日本在1990年4月所倡导的“智能制造系统IMS”国际合作研究计划。许多发达国家如美国、欧洲共同体、加拿大、澳大利亚等参加了该项计划。该计划共计划投资10亿美元，对100个项目实施前期科研计划。
毫无疑问，智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障诊断等。也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产品配方，生产调度等，实现制造过程智能化。而人工智能技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题。但同样显然的是，要在企业制造的全过程中全部实现智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遥远的将来。有人甚至提出这样的问题，下个世纪会实现智能自动化吗？而如果只是在企业的某个局部环节实现智能化，而又无法保证全局的优化，则这种智能化的意义是有限的。 [1]
2015年9月10日，工业和信息化部公布2015年智能制造试点示范项目名单，46个项目入围。这些项目包括沈阳机床（集团）有限责任公司申报的智能机床试点、北京航天智造科技发展有限公司申报的航天产品智慧云制造试点、中化化肥有限公司申报的化肥智能制造及服务试点等。46个试点示范项目覆盖了38个行业，分布在21个省，涉及流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业态新模式、智能化管理、智能服务等6个类别，体现了行业、区域覆盖面和较强的示范性。沈阳机床也是本次金属切削机床行业中入选的企业。 [1-6]
工信部在2015年启动实施“智能制造试点示范专项行动”，主要是直接切入制造活动的关键环节，充分调动企业的积极性，注重试点示范项目的成长性，通过点上突破，形成有效的经验与模式，在制造业各个领域加以推广与应用。
工信部部长苗圩在会议上表示，智能制造日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容，也是加快发展方式转变，促进工业向中高端迈进、建设制造强国的重要举措，也是新常态下打造新的国际竞争优势的必然选择。而推进智能制造是一项复杂而庞大的系统工程，也是一件新生事物，这需要一个不断探索、试错的过程，难以一蹴而就，更不能急于求成。为此，“要用好试点示范这个重要抓手。 [4]

毒手药王邓智先

DNC早期只是作为解决数控设备通讯的网络平台，随着客户的不断发展和成长，仅仅解决设备联网已远远不能满足现代制造企业的需求。早在90年代初，美国Predator Software INC就赋予DNC更广阔的内涵—生产设备和工位智能化联网管理系统，这也是全球范围内最早且使用最成熟的“物联网”技术——车间内“物联网”，这也使得DNC成为离散制造业MES系统必备的底层平台。DNC必须能够承载更多的信息。同时DNC系统必须能有效的结合先进的数字化的数据录入或读出技术，如条码技术、射频技术、触屏技术等，帮助企业实现生产工位数字化 [5]
Predator DNC系统的基本功能既是使用1台服务器，对企业生产现场所有数控设备进行集中智能化联网管理（已能在64位机上实现对4096台设备集中联网管理）。所有程序编程人员可以在自己的PC上进行编程，并上传至DNC服务器指定的目录下，而后现场设备操作者即可通过设备CNC控制器发送“下载（LOAD）”指令，从服务器中下载所需的程序，待程序加工完毕后再通过DNC网络回传至服务器中，由程序管理员或工艺人员进行比较或归档。这种方式首先大大减少了数控程序的准备时间，消除 [7]  了人员在工艺室与设备端的奔波，并且可完全确保程序的完整性和可靠性，消除了很多人为导致的“失误”，最重要的是通过这套成熟的系统，将企业生产过程中所使用的所有NC程序都能合理有效的集中管理起来 [5]

毒手药王邓智先

整子系统（Holonic System）的基本构件是整子（Holon）。Holon是从希腊语借过来的，人们用Holon表示系统的最小组成个体，整子系统就是由很多不同种类的整子构成。整子的最本质特征是：
●自治性，每个整子可以对其自身的操作行为作出规划，可以对意外事件（如制造资源变化、制造任务货物要求变化等）作出反应，并且其行为可控；
●合作性，每个整子可以请求其它整子执行某种操作行为，也可以对其他整子提出的操作申请提供服务；
●智能性，整子具有推理、判断等智力，这也是它具有自治性和合作性的内在原因。整子的上述特点表明，它与智能体的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也译为全能系统。
整子系统的特点是：
●敏捷性，具有自组织能力，可快速、可靠地组建新系统。
●柔性，对于快速变化的市场、变化的制造要求有很强的适应性。
除此之外，还有生物制造、绿色制造、分形制造等模式。
制造模式主要反映了管理科学的发展，也是自动化、系统技术的研究成果，它将对各种单元自动化技术提出新的课题，从而在整体上影响到制造自动化的发展方向。
展望未来，21世纪的制造自动化将沿着历史的轨道继续前进。

毒手药王邓智先

所谓的智能机器也就是智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的“活物”。其实，这个自控“活物”的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。由此也可知，智能机器人至少要具备三个要素：感觉要素，运动要素和思考要素。 智能机器人是一个多种新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。机器人已进入智能时代，不少发达国家都将智能机器人作为未来技术发展的制高点。美国、日本和德国在智能机器人研究领域占有明显优势。近年来，中国大力研发智能机器人，并取得了可喜的成就。
科学技术向来是把“双刃剑”，智能机器人技术在发挥其积极作用的同时也会给人们带来社会和伦理问题。因此有人担忧：智能机器人将来是否会在智能上超越人类，以至对就业造成影响，甚或威胁人类的生命财产？其实，这方面的担心完全没有必要。智能机器人并非无所不能，它的智商只相当于4岁的儿童，它的“常识”比正常成年人就差得更远了。 中国知名学者周海中教授早在1990年发表的《论机器人》一文中就指出：机器人在工作强度、运算速度和记忆功能方面可以超越人类，但在意识、推理等方面不可能超越人类。日本机器人专家广濑茂男教授最近也指出：即使智能机器人将来具有常识，并能进行自我复制，也不可能带来大范围的失业，更不可能对人类造成威胁。只有正确看待和使用智能机器人，才能使其更好地服务人类、造福人类。

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