萬小偉　冷胡峰

摘要：現(xiàn)代工業(yè)自動化是信息技術(shù)的關(guān)鍵核心，促進(jìn)了社會文明的快速發(fā)展。中藥是我國的傳統(tǒng)醫(yī)藥，中藥行業(yè)隨著社會的發(fā)展也逐漸蔓延與擴大。本文結(jié)合MES系統(tǒng)在華潤江中的成功實施，主要研究現(xiàn)代自動化MES系統(tǒng)在中藥制藥行業(yè)的推廣，分析MES系統(tǒng)的特點、構(gòu)成及其應(yīng)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(guān)鍵詞：MES系統(tǒng);中藥制藥;自動化

Key words： MES;traditional Chinese medicine pharmaceutical;automation

中圖分類號：TQ461? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0208-02

0? 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System， MES）是一種涉及整個生產(chǎn)過程的管理與控制執(zhí)行的集成系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生物或工業(yè)制造。中醫(yī)中藥是我國的傳統(tǒng)瑰寶，被世界各國人民所認(rèn)可，由此中醫(yī)診斷也遍布全球。中藥的成分是由一系列自然資源按照一定比例配合而成，其應(yīng)用占據(jù)全球藥物的1/3，有接近40億人口應(yīng)用過中藥治療，效果顯著。由此了解到，中醫(yī)藥的前景廣闊，其制藥發(fā)展的范圍也逐漸增加。然而，我國中藥生產(chǎn)技術(shù)仍然比較落后，中藥生產(chǎn)屬于流程工業(yè)，從原材料到成品的整個流程屬于全封閉或半封閉的生產(chǎn)過程。

1? MES系統(tǒng)概述

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)都包括ERP、MRPⅡ、SCADA、PLC HMI、MES、WMS、LIMS等功能單元。這些功能單元都通過MES進(jìn)行集成與協(xié)調(diào)控制，確保企業(yè)的管理計劃系統(tǒng)的自動化及其有效性。

在20世紀(jì)末，在工業(yè)管理系統(tǒng)流程中，時常出現(xiàn)控制系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的脫節(jié)，且急需一個中間層將這兩個系統(tǒng)連接起來，而MES系統(tǒng)即是為了滿足這個需求的一種集成系統(tǒng)。在一般生產(chǎn)制造結(jié)構(gòu)中，企業(yè)的信息化架構(gòu)通常用三層結(jié)構(gòu)表示，即計劃層、執(zhí)行層與控制層。其中執(zhí)行層結(jié)構(gòu)便是由MES系統(tǒng)構(gòu)成，作為企業(yè)信息系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)的橋梁，作為一個集成與協(xié)調(diào)控制的作用，連接業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)信息系統(tǒng)，將管理系統(tǒng)中業(yè)務(wù)管理計劃傳送至實際生產(chǎn)單元，再將該生產(chǎn)單元的相關(guān)信息反饋與處理。MES不僅僅是單一的生產(chǎn)系統(tǒng)，而是一種集成上下層級之間的信息傳遞系統(tǒng)，且貫穿管理層與實際生產(chǎn)層，使得各階段信息能夠得到分享與反饋，以此提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

2? MES的形成過程

①二十世紀(jì)中期，企業(yè)的財務(wù)逐漸開發(fā)出MRP，其作用是對企業(yè)物料需求進(jìn)行規(guī)劃與管理。

②二十世紀(jì)中期，基于對生產(chǎn)的預(yù)測、需求的分配管理，以及現(xiàn)場的管理功能，逐漸總結(jié)了一系列具有預(yù)測、信息追蹤以及產(chǎn)品管理功能的管理手段。如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)的功能比較單一，具有很強的局限性，層級之間缺少鏈接，形成了一個個孤島。

③二十世紀(jì)后期，這些層級之間的連接逐漸加強，通過擴大系統(tǒng)的功能，集成后的MES針對現(xiàn)場的生產(chǎn)實現(xiàn)管理作用，實時記錄并跟蹤進(jìn)度信息、設(shè)備狀態(tài)信息及其性能信息等，且上層的生產(chǎn)計劃系統(tǒng)與底層的過程控制系統(tǒng)逐漸集成為MES的原型。其主要功能為生產(chǎn)現(xiàn)場管理和流程控制管理，從初始電子批記錄開始到完成產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程進(jìn)行流程優(yōu)化管理。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生異狀時，MES系統(tǒng)能及時做出判斷，并利用現(xiàn)場實時傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳遞數(shù)據(jù)反饋至現(xiàn)場與管理層，指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)過程，從而加強了工廠的流程管理，提高了企業(yè)生產(chǎn)率和準(zhǔn)時率。

3? MES的應(yīng)用

隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，國外發(fā)達(dá)國家逐漸關(guān)注MES技術(shù)的研究與開發(fā)，逐漸形成為一個軟件產(chǎn)業(yè)。從二十世紀(jì)末期開始，MES的市場快速擴大，其軟件的全球銷量以成倍量增長。MES是以過程數(shù)據(jù)模型為核心的過程控制系統(tǒng)，其通信系統(tǒng)連接實時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫。MES在運行過程中實時監(jiān)測生產(chǎn)狀態(tài)，并對其進(jìn)行控制和診斷，從而實現(xiàn)功能整合、過程管理、狀態(tài)監(jiān)測以及控制優(yōu)化等，直接影響管理層對生產(chǎn)計劃、訂單處理、調(diào)度、維護(hù)以及數(shù)據(jù)處理等判斷。

在實際生產(chǎn)過程中，MES設(shè)置于計劃管理層與控制層之間，實現(xiàn)計劃調(diào)度與管理等功能。這是由于企業(yè)的各種缺陷加強了其對信息管理的認(rèn)識，從產(chǎn)品中獲取數(shù)據(jù)信息。通過操作控制系統(tǒng)傳送至計劃管理級，以此連續(xù)信息流實現(xiàn)企業(yè)信息的集成與管理，保證企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)得出，2004年全球MES系統(tǒng)的市場占有率穩(wěn)步上升，與2000年相比，增長幅度超過了50%，其營業(yè)額達(dá)到十億美元。其中汽車行業(yè)的MES營業(yè)收入占1/20左右，增長幅度為2001年的150%，食品與消費類產(chǎn)品的市場份額為6100萬美元，形成一倍的增長幅度，計算機等電子設(shè)備的增長率為39%，從供應(yīng)商角度分析得出，MES專業(yè)供應(yīng)商的銷售量達(dá)到自動化公司的一倍以上，因此，可以預(yù)測 GE Fanuc、Rockwell Automation、 Invensys、Siemens等 MES主流供應(yīng)商會加大行業(yè)應(yīng)用力度。二十世紀(jì)末，國內(nèi)開始對MES進(jìn)行研究，依據(jù)本地特色提出管控一體化系統(tǒng)，如CIMS、MES、ERP、SCM、LIMS等管理理念。我國的工業(yè)信息化發(fā)展起初通過西門子公司引進(jìn)MES系統(tǒng)，并沿著西方工業(yè)國家的路徑發(fā)展，由工廠自動化發(fā)展到信息化管理。在二十一世紀(jì)初，逐漸普及DCS、SCADA. PLC、FCS，由此帶來管理信息化水平的提升， MES的企業(yè)信息化也逐漸被認(rèn)可且形成共識。我國的省、市級政府主管部門、科研教育與研究單位以及相關(guān)企業(yè)開始跟蹤與研究MES。如增設(shè)MES學(xué)習(xí)課程，創(chuàng)立MES學(xué)習(xí)網(wǎng)站與論壇，培養(yǎng)MES專業(yè)研究生，開辦制造業(yè)信息化工程和先進(jìn)制造技術(shù)工程研究所，并有該相關(guān)研究機構(gòu)主辦國際研討會。近年來，MES在我國的發(fā)展與應(yīng)用逐漸加快，是工業(yè)流程自動化的技術(shù)核心，對企業(yè)生產(chǎn)效率及其產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本及資源消耗的降低具有重要的促進(jìn)作用。隨著MES技術(shù)的廣泛應(yīng)用，逐漸得到了國家政府與企業(yè)的大力支持與高度重視，國家設(shè)立了“流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)”重大專項。MES系統(tǒng)集成了計劃調(diào)度、資源管理、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)處理等功能，為訂單、物料、設(shè)施、資源、流程等所有工廠資源信息提供一個信息集成平臺，在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下、居于生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁作用，具有良好的發(fā)展前景。石油化工與煉鋼等工業(yè)類行業(yè)針對過程控制開發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)在功能結(jié)構(gòu)方面取得了重要進(jìn)展。例如上海寶鋼集團公司與大多數(shù)地區(qū)的卷煙廠、華潤江中、太極集團等大型制藥企業(yè)已先后在生產(chǎn)上應(yīng)用并實施了MES系統(tǒng)。集成了追蹤自動辨識技術(shù)，通過傳感器等儀器設(shè)備，自動采集現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與反饋，實現(xiàn)實時信息管理。

4? MES的特點

MES系統(tǒng)在中藥制造行業(yè)應(yīng)用中具有較好的管理優(yōu)勢，與常規(guī)企業(yè)中的員工管理對比，可實時掌握整個生產(chǎn)過程資源，結(jié)合制程和作業(yè)規(guī)則進(jìn)行監(jiān)督，實時對比跟蹤狀態(tài)與計劃，并快速判斷比較，監(jiān)督是首要特點。①中藥產(chǎn)品通常需要特殊規(guī)格的材料，有時需要特殊的設(shè)備進(jìn)行裝配，因此需要對其整個生產(chǎn)制程進(jìn)行監(jiān)督處理。通過MES系統(tǒng)給設(shè)備配置自動辨識技術(shù)，實時獲取設(shè)備狀態(tài)、材料規(guī)格、作業(yè)狀況等信息，并對計劃中的設(shè)定目標(biāo)值對比，以此實時控制管理生產(chǎn)。②中藥產(chǎn)品的制造流程需要實時監(jiān)控品質(zhì)，實時高頻率地收集所有現(xiàn)場的產(chǎn)品質(zhì)量信息，并根據(jù)不同的制程、產(chǎn)品檢驗、修理與維護(hù)、站別、產(chǎn)品時間區(qū)段或指令做統(tǒng)計分析，發(fā)送信息給管理計劃層，以此對產(chǎn)品品種進(jìn)行管理與控制。該方式可減少人力資源的使用，避免了人為誤差，直接降低了整個產(chǎn)品的制造成本。③中藥制藥還需對其整個生產(chǎn)過程中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，任意時刻均要了解各階段生產(chǎn)設(shè)備的狀況，如有異常發(fā)生，則需要實時進(jìn)行維修，并調(diào)整相應(yīng)的生產(chǎn)活動。

MES系統(tǒng)除了具有監(jiān)控功能外，還有控制與管理功能。依賴上述生產(chǎn)過程檢測的功能，可以進(jìn)一步將生產(chǎn)過程中每個獨立的自動化物料搬運設(shè)備、自動檢測設(shè)備及自動化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機處理，構(gòu)成較完整的自動化系統(tǒng)，綜合地發(fā)揮其作用。一般而言，過程中各獨立自動化設(shè)備僅僅是為了解決一些計劃過程中的生產(chǎn)瓶頸問題，且需要人工干預(yù)配合進(jìn)行自動化作業(yè)，因此未能體現(xiàn)出自動化管理的功能。此時可以通過MES配合柔性制造系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。柔性制造系統(tǒng)是以個性化為目的并以自動化設(shè)備為中心，配合輔助設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，使制造單元能夠更加有效地按照預(yù)定的程序執(zhí)行。通過MES系統(tǒng)實時獲取生產(chǎn)過程狀態(tài)、制造過程、規(guī)劃系統(tǒng)所設(shè)定的生產(chǎn)目標(biāo)，因而能夠有效地整合控制各自獨立的自動化設(shè)備，提高整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

5? 總結(jié)

中醫(yī)中藥是我國的文化瑰寶，其服務(wù)群體遍布全球，占據(jù)全球人口的1/3市場，做大做強中醫(yī)中藥企業(yè)是時代賦予我們的重要使命。中藥的制造屬于流程工業(yè)，MES即是針對流程的管理與執(zhí)行系統(tǒng)。本文主要對MES系統(tǒng)的概述、形成、應(yīng)用及其特點進(jìn)行了研究，為其在中藥制藥行業(yè)的應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

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