直播回顾：工业4.0拥抱数字化，制药企业自动化解决方案之DCS应用

来源：博药/JOJO

众所周知，自动化技术在减少人工投入，增加生产效率和产能，提高质量，降低成本等方面的巨大作用是有目共睹的。如果在十几年前自动化在医药企业投资比重还只有5%~10%左右，而现在的新建制药项目投资中，自动化、信息化方面的投资就已占到项目的40%~50%以上。人们对自动化和信息技术的认可可见一斑。

不过自动化、智能化在医药行业大举铺开的同时，问题也随之而来。国内CDMO行业自动化程度相对较低，原因为何？作为国内CDMO领头羊的博腾股份又是如何打造智能化车间？8月10日，博腾股份数据创新部智能生产研究专家谢远其，为大家专题分享的《工业4.0拥抱数字化，制药企业自动化解决方案之DCS应用》给予了我们答案。

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制药企业为什么要引入自动化系统？

数字化、信息化转型可谓是近几年所有行业中最炙手可热的话题之一，制药业也是如此。工业4.0时代，大数据、云计算、人工智能等技术飞速发展，数字化的浪潮正向医药行业的每一个角落渗透，数字化转型也成为相关企业在新的市场环境下脱颖而出、寻求高质量发展的必然选择。

对于CDMO行业来说，工业4.0并不是一个模糊的概念，而是一个严峻的现实。运用智能化、自动化系统对制造过程进行控制是CDMO企业满足日益严格的客户及监管需求，抓住新兴市场机遇的重要方式。博腾股份作为CDMO制造领域的专家，与其他类型企业相比更应积极拥抱工业4.0，不仅仅是在于帮助企业降本增效，更在于提升整体竞争力。

工业4.0利用“智能”和自主系统来增强对生产的计算机控制，是CDMO希望满足日益严苛的客户需求的方式。目前，CDMO最追求的能力是数据驱动的生产，即在每个工艺步骤收集和处理实时数据，使生产整体上更加高效。数据驱动的生产要素包括传感器技术、高级分析技术、机器人技术，甚至还有“数字映射”，即物理系统的虚拟版本，可以用来优化工艺过程。这些元素是工业4.0方法的核心，包括使用“智能”和自动系统来加强计算机对生产的控制。

当前，从全球和全国来看，智能制造已在各个工业板块如火如荼地进行中，政策红利也已在新能源自动驾驶领域明显显现。从就业环境来讲，整个社会及工厂对于操作工的需求量很大，但就业人员却越来越少，需要机器人包括自动化来优化企业的就业环境。

从安全性来看，自动化相对来说安全系数更高，保障现场安全生产。例如，在反应罐压力特别高且报警的情况下，传统的工厂需要现场工作人员去主动手动关闭排空阀，泄露阀等，而这种情况也往往带给人危险。但自动化工厂，则可以通过程序控制压力卸下，让现场和人员处于相对安全的环境中。

从质量来看，自动化因为具备高重复性，在重复的时候，能保证质量是稳定的，而且在稳定当中是可以对它进行一些参数的调节；然后在质量稳定情况下，可继续往上提升参数。所以说从质量方面来说自动化优势明显，此外，从业务发展支持来看，自动化在最初投入的成本其实不小，但从长远业务发展来看却能反哺业务、支持业务的发展，两者相辅相成。

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自动化DCS系统应用经典案例分享

随着科学技术的不断发展，化工自动化技术得到了明显提高，DCS控制系统是化工自动化技术中一种普遍使用的控制系统，可以在化工生产活动中发挥重要的自动化作用，提高化工自动化的效率和质量。

DCS控制系统主要通过发达的计算能力监控化学生产过程的设备和细节，包括提取微型计算机内部数据模块内容和相应数据的计算分析和存储，不仅可以保证更高的准确性，而且可以有更高的运行速度。可以简单看成是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。

1）单体控制——开关阀、调节阀、泵、电机等

在DCS系统中最基本的一个要求，是对单体设备进行控制，每一家的自动化厂商都会有相应的库，只需要把单体设备整理出来，再组态到DCS系统中，就可以进行一个单体设备的控制。

2）单回路控制——外温控制

单体设备控制的最基础要求是有单回路的控制。从外温的控制来说，它是经典自控理论里面的一个比较经典的控制，也是一个简单的单回路的PID控制。把温度设置在一个控制范围，通过自动化程序来自动调节。

图片来源：博腾股份讲师PPT

3）串级控制

由于在生产过程中，有许多对热敏性有高要求的反应，需要控制物料的温度，也就是内部的控温。通过调节阀、开关阀、泵之类的控制外温，然后影响到内温，这是一个间接性的控制。如果要把温度控制得更精细，实际上还需要引入了一个分层控制，在现有阀门的基础上再增加一个小阀门，在温度波动比较小的时候进行调节，预期上能够控制在±0.5度的范围里面。

图片来源：博腾股份讲师PPT

4）顺序控制

顺序控制其实就是指按照生产的工艺预先规定的顺序，然后各个执行机构自动的有秩序地一个操作，它是根据工艺里面的各个条件，来对阀门等设备进行一些原定秩序的操作，比如说氮气置换，用顺序控制来做，可以非常大的节约人工成本，提高效益。

5）Batch（批处理）

生产单元操作标准化是实现batch柔性生产的基础。batch批处理的过程类似于搭积木，通过把相关的一些操作固化下来，形成所谓的生产单元操作，然后把标准化组成Batch，再组成到整个产品。简而言之，就是可以通过一个搭积木的方式，来把整个产品生产实现自动化。

图片来源：博腾股份讲师PPT

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实战经验总结与分享

值得一提的是，目前博腾股份的某API生产车间已75%实现了自动化。其优势在于：首先生产效率极大地提升，主要体现在中控和产品分析数据直接传入车间打印，生产批次可实时同“黄金批次”对比纠偏，确保工艺稳定性；未来可以直接在系统放行。程序多种组态后，可实现一键操作功能；不仅保证了工艺稳定，同时生产组织得到了极大优化，一线人员数量降低50%。

其次，业务流程效率提升。多系统整合，决策速率加快，实现产品全流程管理。

其三，质量风险方面，可靠性提升。主要体现在工艺控制更稳定、数据完整性保障、减少人为差错（反应、结晶等生产过程均由系统记录并打印），以及一线人员操作偏差减少90%。

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小结

对于制药企业的DCS应用，博腾股份数据创新部智能生产研究专家谢远其更是总结了其工作经验与心得体会，他表示：首先自动化是为工艺服务的，在做自动化之前一定要吃透工艺流程；其二，伤其十指不如断其一指，在资金有限不能够做到整场自动化的情况下，应该优先考虑重点工艺流程的全自动化；其三，在CDMO行业里，Batch层级phase尽量下，这样灵活可控；其四，专业人才需要培养，懂工艺又懂自控，懂自控又懂IT的专业技术人员目前十分缺乏；其五，业务数据治疗和应用，需要Batch给业务数据直接打标签；最后，设备可靠性支持，需要考虑设备、工程安装和日常维护等因素，都会影响到系统的稳定性。自动化生产与研究在制药行业发展势不可挡，赋能制药行业与国际接轨，助力完成智能数字化的全新蜕变。

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