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探讨制药行业的智能制造

2017/6/30    来源:互联网    作者:佚名      
关键字:制药行业  智能制造  
本文将对目前国内制药行业的智能制造进行分析与探讨。

智能工厂

    如前面所说,所谓的“智能工厂”就是 “智能制造”的一个载体。它的重点在“智能制造”的“纵向集成”。它是在新一代信息化技术基础上所构成的基本结构,通常应该是包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、智能决策层五个层面。也就是说制药行业真正的“智能工厂”是建立在CPS或工业互联网基础之上的,这是与以往传统的自动化、信息化工厂的最大差别。因为如果没有今天包括以物联网、大数据、云计算、工业互联网等新一代信息技术所构建的基础平台,是无法实现真正意义上的智能制造的,其中尤为关键的是所谓“大数据”的获取与应用技术。目前我国制药行业的智能化工厂的大量探索工作实际上还基本只是局限在物理层、信息层,其中包括一些制造单元自动控制水平的提升、制药装备的智能化改造与集成、智能化装置的应用(包括机器人、AGV车等的应用)以及部分MES系统的应用等。

    另外,在制药行业,由于药品生产工艺与管理特点,除了制药装备制造业也是典型的离散化制造业之外,药品的生产(无论化学制药、生物制药还是中药)则往往是介于连续的流程化制造与间歇的离散化制造形式之间。只不过是原料药生产的流程化相对比较高些,而制剂药生产的离散化比较高些。因此,在制药行业,原料药生产工厂或车间可以重点参照流程化制造业的形式,在实现原料药生产全程自动化的基础上首先建立包括ERP\MES\PCS在内的IACS综合控制系统,而制剂药生产工厂或车间可以重点参照离散化制造业的形式,在制药装备的智能化、物料的智能传送与追踪基础上首先构建ERP\MES\智能化的设备与生产线系统,然后两者都在新一代信息化的支撑下,逐步实现“智能化”工厂或数字化车间的建设。所以说,到目前为止,对于我国制药工业的所谓“智能制造”或“智能工厂”的谈论或探索,总体上还基本处在初步的概念性蓝图或基础建设阶段。

    根据目前我国制药企业的自动化与信息化的水平与现状,实现制药行业真正意义的“智能制造”和“智能工厂”必然会有一个探索、循序渐进和不断完善的过程,不同制药装备、不同药品生产工厂也必然会有不完全相同的“智能化”内容与形态,一切都有待踏踏实实地探索与完善。因此我国制药行业“智能制造”的道路依然漫长和艰巨。过早地以某种初步和局部的智能化内容和形态,打上实现“智能制造”和“智能工厂”的标签未必科学务实。

智能工厂原理模型

图2 智能工厂原理模型

自动化、信息化和智能化

    从所谓工业革命的历程,即所谓的“工业2.0”、 “工业3.0”到“工业4.0”的概念出发,中国制造业实际还普遍处在的“工业2.0”补课、“工业3.0”普及,以及个别的“工业4.0”示范的现状。如果从这个角度来说,以“自动化、信息化和智能化”三阶段表述也未尚不可。但是要注意的是,按照我国《中国制造2025》战略规划要求来说,即便由于制药工业的特殊性,我国制药工业在自动化与信息化方面的基础都相对比较落后,但是也必须与其它工业领域一样走“跨越式”发展的道路,也就是说,不是像西方发达国家那样按照“工业2.0”、 “工业3.0”到“工业4.0”循行渐进的“串行”发展模式,而必须采取“并行”发展的模式。因为只有这样,我国的制药工业才不至于会被西方发达国家落得太后面。尽管目前看来,国外制药工业的智能化发展也不像离散加工和装配业发展得那么快。

    一般来说,传统的自动化,只侧重单一目标的自动检测与偏差的自动调节以及特定动作按特定时间、条件的执行,传统的信息化主要侧重于提升企业上层管理效率,而今天的“智能化”已经是完全不同的概念。从“智能”和“智能化”的概念来说,通常主要应该体现以下四个方面的能力;1.感知能力、 2.记忆、思维(分析与判断)能力、3.学习与自适应能力、4.决策和执行控制能力。同时前面也已经说到,所谓的“智能制造”必须起码满足三个“自”的要求:即信息深度“自感知”、智慧优化“自决策”、精准控制“自执行”等。

    因此,对于“智能化”而言,任何装备、系统或工厂,尽管它们各个单元组成部分不一定都具备这些能力特性,但它们的整体必须具备这样的能力特性,才能真正称得上所谓的“智能”或“智能化”。这也是其区别于通常“自动化”和“信息化”的关键所在。也就是说,自动化和信息化不一定就是智能化,而智能化却必须要有自动化与信息化的基础。

对自动化技术的要求

    正如前面所说,制药工业的智能制造对自动化技术必然会提出更多的需求和和更高的要求,其中当然包括了大量传统的和现代的自动化技术,以及与自动化技术密切相关的信息化技术,其中与制药行业比较密切相关自动化技术大概包括:

    1.各类数据与信息的自动化感知技术。各类关键质量与有效成分的检测、传感与分析技术(如PAT过程分析技术);微量异物检测技术;非接触式检测技术、RFID射频、二维码、多维码标签等标签识别与追踪技术;无线传感和通讯技术;有关的视频、视觉技术等。

    2.新一代的信息化技术和先进自动化控制应用技术。物联网、工业大数据、云计算与工业互联网等技术;基于物联网的药品全生命周期质量监控追追溯技术;自动化批控制技术(Batch Control);先进控制技术(APC);模糊控制技术(Fuzzy Control);MES应用技术;ERP\MES\PCS在内的IACS综合控制系统等。

    3.数字建模和仿真技术。各类建模、仿真和基于模型技术(基于模型定义MBD、基于模型系统工程MBSE、基于模型系统企业MBE)等。

    4.人工智能技术(AI,Artificial Intelligence)。智能诊断、智能优化、智能决策和智能控制技术等。

    5.各类模块与装置应用技术。嵌入式技术、机器人应用技术(包括AGV运载)、气流输送技术、特殊要求的自动装卸与执行装置等。

    6.其它特殊要求和应用的技术。增强现实技术(Augmented Reality)AR、虚拟现实技术(Virtual Reality )VR、柔性化人机交互技术、包括3D打印技术在内的混合制造技术等。

    制药行业作为一个特殊的传统产业,它与其他行业相比,其最大特殊点就是制药行业是一个特别讲究质量、规范和验证的行业。为了确保药品从研发,临床、生产、配送、经营直到使用等整个生命周期各个方面的质量,国内外的药监机构或有关医药组织从合规性要求出发,制订了一整套严格的质量管理规范(通称为GxP)。因此,制药行业在将来的智能制造模式下,从合规性要求出发,势必有两个特别重要的关注点。

责任编辑:程玥
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