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一、項目概述

隨著企業(yè)規(guī)模不斷擴大及產品多樣化，完善工藝操作及工藝控制，充分挖掘技術及管理潛力，創(chuàng)造更佳經濟效益，實現管理及決策的自動化和科學化日益顯得重要，自動化技術與信息技術的應用，是制藥企業(yè)發(fā)展的迫切需要。

本項目針對生物化工過程關鍵工業(yè)設備或工業(yè)過程，如發(fā)酵罐、反應釜、提取罐、蒸發(fā)器等，進行軟測量、過程控制、過程優(yōu)化、系統(tǒng)集成與工程應用的總結提煉與考核完善，最終形成生物化工過程成套專用控制系統(tǒng)，并分品種按單元進行應用實施，獲得單元設備更佳經濟效益；隨后，構建生產調度與生產管理系統(tǒng)，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理，對單品種生產過程進行優(yōu)化，并進一步實現多品種協(xié)調，獲得整體經濟效益。最終，建立全廠信息管理系統(tǒng)，實現綜合自動化。

二、主要功能與技術指標

1）生物發(fā)酵過程成套專用控制系統(tǒng)。包括1）生物發(fā)酵過程參數測量系統(tǒng)：發(fā)酵罐溫度T、發(fā)酵罐壓力P、發(fā)酵液體積V、空氣流量FA、冷卻水進出口溫度T1和T2、攪拌馬達轉速RPM、攪拌馬達電流I、泡沫高度H等發(fā)酵過程物理參數；pH值和溶解氧濃度Do等發(fā)酵過程化學參數；生物質呼吸代謝參數、生物質濃度、代謝產物濃度、底物濃度以及生物比生長速率、底物消耗速率和產物形成速率等發(fā)酵過程生物參數。2）生物發(fā)酵過程常規(guī)控制系統(tǒng)：消泡控制、罐溫控制、罐壓控制、pH控制、溶氧控制、補料控制等。3）生物發(fā)酵過程建模、先進控制與優(yōu)化：pH、反應溫度的優(yōu)化曲線控制、培養(yǎng)基添加過程優(yōu)化策略、傳遞過程優(yōu)化策略等。

2）合成反應過程成套專用控制系統(tǒng)。以間歇生產過程綜合經濟指標最優(yōu)為目標，集間歇生產管理和間歇生產過程控制為一體的間歇控制系統(tǒng)。它除了包括程序間歇控制系統(tǒng)的全部功能外，還有配方處理、過程優(yōu)化、在線或離線的統(tǒng)計過程控制、批量生產管理、計劃與調度、能量管理等功能。

3）中藥提取過程成套專用控制系統(tǒng)：現代中藥制備工藝包括：藥材->水洗->烘干->切碎->水提取三次->過濾->樹脂吸附->水洗滌->洗脫->減壓濃縮->醇沉->過濾->減壓濃縮->低溫干燥或噴霧干燥->成品；中藥提取生產過程，是依據GMP規(guī)范，按給定的配方，生產一定量產品的過程，是典型的間歇生產過程。其主要特點是：小批量、多品種，其特征是：物料流動的不連續(xù)性、物料和設備的非穩(wěn)態(tài)性、產品及其工藝的不確定性和設備資源的動態(tài)調度分配。包括中藥提取過程順序控制、離散控制、調節(jié)控制、配方處理、設備管理、生產調度和跟蹤功能、操作優(yōu)化等。

4）MES制造執(zhí)行系統(tǒng)：在過程控制系統(tǒng)基礎上，基于非結構化數據管理系統(tǒng)的制藥企業(yè)集成信息平臺，構建生產調度與生產管理系統(tǒng)，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產過程進行優(yōu)化，并進一步實現多品種協(xié)調，獲得整體最佳經濟效益。

5）ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)：建立全廠信息網絡系統(tǒng)，實現從傳感器到會議室的信息交流，通過網絡由對象定位任何對象的數據，從過程參數檢測到商業(yè)信息系統(tǒng)，將工廠集成為一個統(tǒng)一整體；實現企業(yè)綜合自動化，包括：辦公自動化系統(tǒng)、配方管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、綜合部管理系統(tǒng)、銷售管理系統(tǒng)、采購管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、套打設計系統(tǒng)、系統(tǒng)管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、主生產計劃、粗能力計劃、物料需求計劃、細能力計劃、生產作業(yè)控制、分廠管理、過程控制系統(tǒng)數據集成應用系統(tǒng)。

三、技術創(chuàng)新

1）采用先進控制、裝備建模、過程優(yōu)化技術，實現生物發(fā)酵過程成套專用控制系統(tǒng)、合成反應過程成套專用控制系統(tǒng)、中藥提取過程成套專用控制系統(tǒng)；

2）提供可定制擴展的制藥行業(yè)控制工程行業(yè)算法庫，通過設計院、設備制造商、工程公司、行業(yè)用戶，不斷提煉專家知識與工程經驗，不斷豐富行業(yè)自動化專業(yè)知識庫，以領域知識為主體，在資源可重用、系統(tǒng)可重構的架構平臺支撐下，在統(tǒng)一建模規(guī)范的基礎上，通過繼承、派生、重用、重構機制，顯著提高項目工程設計與編程開發(fā)效率；

3）開發(fā)實現多種網絡驅動硬件模塊，通過開放規(guī)范的OPC客戶端與服務器接口，采用透明網絡管理技術實現與第三方設備的數據通訊，構建分布式工程對象實時數據庫，實現系統(tǒng)數據與外部設備數據的全局一致與統(tǒng)一接口，滿足工業(yè)數據多實時性、多語義性、多時空性、多尺度性的信息集成與接口開放要求；基于實時數據庫，實現制藥企業(yè)單元裝置與智能設備的網絡互聯(lián)與數據接口。

四、應用領域與使用效果

某制藥企業(yè)，采用UW500集散控制系統(tǒng)及其UWinTech控制工程應用軟件平臺實現綜合自動化。首先，分品種按單元進行過程控制：完成發(fā)酵罐和反應釜等重要生產單元的參數檢測與穩(wěn)定控制，建立單元控制系統(tǒng)，使每臺工藝設備發(fā)揮最佳效益；包括發(fā)酵車間、合成車間、熱電廠自動化改造、科研中心、三廢處理等；隨后，構建生產調度與生產管理系統(tǒng)，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產過程進行優(yōu)化，并進一步實現多品種協(xié)調；最后，實現企業(yè)綜合自動化。綜合自動化系統(tǒng)實施后，發(fā)酵與后提取生產水平大幅度提高；染菌率進一步下降；主輔原材料消耗亦有所降低，產品綜合成本每年下降10%以上，原料采購成本每年下降6%以上，銷售收入每年增長20%以上；經濟效益顯著。