文/Christian Korner

本文作者系西門子股份公司德國(guó)卡爾斯魯厄（Karlsruhe）市分公司的企業(yè)客戶經(jīng)理。

如何在持續(xù)運(yùn)行期間遷移生產(chǎn)控制系統(tǒng)——拜耳位于德國(guó)比特費(fèi)爾德-沃爾芬（Bitterfeld-Wolfen）鎮(zhèn)的工廠正在對(duì)其高度自動(dòng)化的設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)代化改造，并借機(jī)引入新的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。由于在遷移過程中不允許停產(chǎn)，所以新系統(tǒng)是伴隨著生產(chǎn)逐步引入的，這就像有兩顆“心臟”在同一個(gè)“胸腔”里跳動(dòng)一樣。

大約30年前，拜耳決定在德國(guó)的傳統(tǒng)化工城市比特費(fèi)爾德（2007年，比特費(fèi)爾德與沃爾芬合并成為比特費(fèi)爾德-沃爾芬）建立一個(gè)生產(chǎn)工廠，該工廠在建設(shè)之初就使用了先進(jìn)的設(shè)備，并以生產(chǎn)阿司匹林而聞名。這間工廠于1994年開始生產(chǎn)，曾是世界上自動(dòng)化程度名列前茅的工廠之一，直至現(xiàn)在，其自動(dòng)化水平也被公認(rèn)為模范。不過，經(jīng)過大約30年的運(yùn)行，該工廠正面臨著新的挑戰(zhàn)：由于工廠的人員發(fā)生了不少變動(dòng)，熟知工廠生產(chǎn)設(shè)備的人正在逐漸減少；在這種情況下，如果設(shè)備出現(xiàn)問題，就會(huì)有生產(chǎn)停頓的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于以前的生產(chǎn)控制系統(tǒng)是基于獨(dú)立系統(tǒng)開發(fā)的，因此不具有可遷移性。所以為了確保工廠維持長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)力，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬的工廠希望引進(jìn)一個(gè)新的生產(chǎn)控制系統(tǒng)：更換一個(gè)更現(xiàn)代化的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是有必要的。

在尋找合適的新系統(tǒng)時(shí)，從一開始就與拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠合作的西門子提供了一種解決方案：將Opcenter Execution Pharma系統(tǒng)和Simatic Batch系統(tǒng)組合在一起，并一同集成到Simatic PCS 7過程控制系統(tǒng)中。由此，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠不僅得到了一個(gè)現(xiàn)代化的MES，而且也得到了一個(gè)高效的自動(dòng)化解決方案（DCS）。整個(gè)解決方案體現(xiàn)了一種跨級(jí)別的類型/實(shí)例概念——將MES和DCS的功能整合在一起。在這個(gè)方案中，完整的工藝流程在DCS層面進(jìn)行建模，然后根據(jù)需要觸發(fā)基于事件的MES工作流程。因此，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的具體過程，系統(tǒng)都會(huì)將其作為一個(gè)庫(kù)函數(shù)或類型進(jìn)行跨層建模。這意味著客戶以后可以通過這些庫(kù)函數(shù)在批次配方中專門創(chuàng)建每個(gè)新的子流程，并更容易、更迅速地實(shí)施自動(dòng)化方面的任何改造：這樣就只需要對(duì)每個(gè)批次配方進(jìn)行再驗(yàn)證，而不是像傳統(tǒng)的、獨(dú)立的系統(tǒng)那樣，需要對(duì)整個(gè)DCS/MES結(jié)構(gòu)進(jìn)行再驗(yàn)證。

拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬的工廠因生產(chǎn)阿司匹林而聞名于世

拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠的自動(dòng)化水平被公認(rèn)為是模范性的

該解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單：兩個(gè)系統(tǒng)可以通過同一個(gè)用戶界面來(lái)控制?！霸趯ふ铱梢匀〈覀冞^時(shí)的MES解決方案的過程中，剛開始，我們只是向西門子咨詢了有關(guān)自動(dòng)化接口的技術(shù)。然而很快我們便明白，西門子是一位可以幫助我們完成整個(gè)解決方案的強(qiáng)大伙伴?，F(xiàn)在回首當(dāng)初，這是一個(gè)促成項(xiàng)目成功的明智判斷。在整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行期間，西門子展現(xiàn)了極其豐富的產(chǎn)品組合與強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)技術(shù)能力，令人嘆服?！卑荻忍刭M(fèi)爾德-沃爾芬工廠的IT和MES項(xiàng)目主管Timo Spitzner在回憶尋找解決方案的過程時(shí)，對(duì)西門子的表現(xiàn)進(jìn)行了高度贊揚(yáng)，“來(lái)自西門子和拜耳的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)從合作一開始便產(chǎn)生了良好的化學(xué)反應(yīng)。項(xiàng)目最后取得的成功也證明了只有我們一同協(xié)作才能真正完成這一解決方案?！?/p>

新系統(tǒng)是什么樣的？如何進(jìn)行遷移？

Simatic Batch是用于不連續(xù)的批次生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化解決方案。該批次管理系統(tǒng)被集成到Simatic PCS 7過程控制系統(tǒng)中，由于其采用了模塊化結(jié)構(gòu)，并且在硬件和軟件方面具有極大的擴(kuò)展性，所以可以很好地適應(yīng)設(shè)備規(guī)模和客戶的定制化要求。目前，除了要追求穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和過程的可重復(fù)性，批次生產(chǎn)過程還面臨著許多其他挑戰(zhàn)：市場(chǎng)和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品多樣性的要求、更短的產(chǎn)品生產(chǎn)周期、所適用標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充，以及更嚴(yán)格的對(duì)生產(chǎn)可追溯性的要求（符合FDA的要求）。而Simatic Batch基于配方工作，所以即使是面對(duì)高度復(fù)雜的任務(wù)，也能簡(jiǎn)單而靈活地應(yīng)對(duì)控制序列的變化。

Opcenter Execution Pharma是西門子為制藥行業(yè)提供的MES解決方案。它實(shí)現(xiàn)了完全無(wú)紙化生產(chǎn)和完全電子化的批次記錄。通過無(wú)縫集成自動(dòng)化解決方案，它可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)開發(fā)、優(yōu)化和管理。另外，Opcenter Execution Pharma可以協(xié)調(diào)子設(shè)備以確保高效的生產(chǎn)。該軟件可提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)執(zhí)行功能，并能分析工藝和質(zhì)量信息，以優(yōu)化從訂單創(chuàng)建到成品產(chǎn)出的整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)。

對(duì)于系統(tǒng)遷移過程，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠還提出了一個(gè)要求：在項(xiàng)目實(shí)施期間不能出現(xiàn)停產(chǎn)，也就是系統(tǒng)遷移不能影響到現(xiàn)有的生產(chǎn)。因此，新系統(tǒng)是分階段投入使用的。新的和舊的生產(chǎn)控制系統(tǒng)有時(shí)是平行運(yùn)行的。例如，一些包裝線已經(jīng)由新系統(tǒng)控制，而另一些則仍由舊系統(tǒng)控制。所以保證兩個(gè)MES系統(tǒng)能夠訪問相同的信息是非常重要的。例如，關(guān)于資源的信息：有哪些是裝有待包裝的原材料的集裝箱？為了克服這方面的困難，需要一個(gè)在技術(shù)層面上相對(duì)復(fù)雜的解決方案。在這種情況下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專門為遷移項(xiàng)目準(zhǔn)備了一個(gè)轉(zhuǎn)換器，它能在過渡階段將兩個(gè)MES系統(tǒng)與某些資源進(jìn)行匹配。

在遷移的第一階段，與現(xiàn)有的生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行的是對(duì)流程類型（庫(kù)函數(shù)）進(jìn)行定義，并對(duì)配方進(jìn)行建模。例如，添加某種物質(zhì)或監(jiān)測(cè)某個(gè)參數(shù)。每個(gè)類型是用泳道工具（Swimlane tools）創(chuàng)建的。有了這種方法，過程可以被跨層次地表現(xiàn)出來(lái)：在自動(dòng)化層面會(huì)發(fā)生什么?在MES里會(huì)發(fā)生什么?操作員需要做什么？對(duì)生產(chǎn)中的事件應(yīng)做出哪些反應(yīng)？雖然類型建模在開始時(shí)需要耗費(fèi)很多的時(shí)間，但隨后對(duì)各個(gè)子設(shè)備進(jìn)行配方建模是非?？斓模哼@其實(shí)就是一個(gè)實(shí)例化過程，拜耳甚至可以在沒有西門子的幫助下自己完成，因?yàn)榕浞街恍枰谀硞€(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行配置就可以了。

在系統(tǒng)遷移過程中不能出現(xiàn)停產(chǎn)。因此，新的MES系統(tǒng)的引入與正在運(yùn)行的生產(chǎn)過程是同步進(jìn)行的

最終，對(duì)所有子過程的建模只用了3～6個(gè)星期就完成了。如果采用傳統(tǒng)的解決方案和獨(dú)立的MES和DCS系統(tǒng)，那么每個(gè)子過程都必須進(jìn)行繁瑣的準(zhǔn)備工作，而通過采用西門子的解決方案，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠節(jié)省了高達(dá)80%的項(xiàng)目時(shí)間，受益巨大。一旦所有的子流程都被創(chuàng)建并檢查完畢，新的生產(chǎn)控制系統(tǒng)就可以隨時(shí)被激活。而在過渡階段，紙質(zhì)文件記錄會(huì)被繼續(xù)使用，直到對(duì)新系統(tǒng)的驗(yàn)證完成，這樣便可確保無(wú)紙化文件記錄和紙質(zhì)文件記錄的信息內(nèi)容保持一致。

調(diào)試過程中周到的服務(wù)

在進(jìn)行系統(tǒng)遷移的同時(shí)，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠還進(jìn)行了從紙質(zhì)文件記錄到無(wú)紙文件記錄的轉(zhuǎn)變。由于年齡偏大的員工較多，拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠面臨著人員結(jié)構(gòu)方面的挑戰(zhàn)，即許多員工對(duì)無(wú)紙化的批次文件記錄都沒有經(jīng)驗(yàn)。拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬工廠的配方主管Andrea Heym博士報(bào)告說(shuō)：“當(dāng)西門子在我們的配方部門為公認(rèn)的復(fù)雜流程配置該系統(tǒng)時(shí)，我的團(tuán)隊(duì)對(duì)更換一個(gè)新的MES感到非常擔(dān)憂。我們擔(dān)心會(huì)產(chǎn)生GMP（良好生產(chǎn)規(guī)范）方面的問題，因?yàn)樗鼘?duì)藥品質(zhì)量的要求非常高?！?/p>

對(duì)此，西門子提供了“超級(jí)關(guān)懷”服務(wù)，一周7天，24小時(shí)隨時(shí)均可提供技術(shù)支持。這使得生產(chǎn)員工能夠全天候向制造商尋求系統(tǒng)操作方面的幫助。為了支持客戶，西門子還在萊比錫基地（距比特費(fèi)爾德-沃爾芬約40 km）專門為該項(xiàng)目成立了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，并且即使在項(xiàng)目結(jié)束后，該團(tuán)隊(duì)也將繼續(xù)為拜耳比特費(fèi)爾德-沃爾芬提供技術(shù)支持。Andrea Heym對(duì)服務(wù)的支持力度評(píng)價(jià)很高：“一旦我們習(xí)慣了人機(jī)界面并每天都練習(xí)使用該系統(tǒng)，那么工人們很快就會(huì)成為自信的操作員。而每當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)有需要改進(jìn)的地方，無(wú)論它是多么微小 ，西門子都會(huì)立即進(jìn)行改善。我很驚訝地看到，西門子的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)是如此迅速和徹底地根據(jù)我們的要求調(diào)整他們的系統(tǒng)，他們甚至主動(dòng)提出了GMP方面的改善建議。這正是我所希望的以客戶為導(dǎo)向的服務(wù)?！?/p>

現(xiàn)在，配方負(fù)責(zé)人對(duì)新系統(tǒng)非常滿意：“生產(chǎn)過程和以前一樣快。而且，作為一名藥劑師，我發(fā)現(xiàn)使用新系統(tǒng)后，再也不用在批次記錄中尋找丟失的簽名。擁有這樣一個(gè)能確保生產(chǎn)符合GMP要求的系統(tǒng)是很好的?！痹撓到y(tǒng)的實(shí)施也是西門子的一個(gè)杰出項(xiàng)目?！斑@不同于以往的任何其他項(xiàng)目。我們接受了不少的挑戰(zhàn)，并為達(dá)成了一個(gè)令人滿意的結(jié)果而感到自豪。通過這個(gè)項(xiàng)目，我們獲得了一個(gè)面向未來(lái)的系統(tǒng)以及一個(gè)客戶的高度信任?！蔽鏖T子的項(xiàng)目經(jīng)理Michael Berger總結(jié)說(shuō)。最終，拜耳與西門子兩家公司建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系，并簽訂了生命周期服務(wù)合同，共同構(gòu)建了一個(gè)雙贏的局面。