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中医药产品智能工厂智能制造解决方案及集成应用案例

  机科发展科技股份有限公司(简称“机科股份”),是国务院国有资产监督管理委员会直接监管的中央大型科技企业集团机械科学研究总院集团有限公司(原机械科学研究总院)的控股公司。机科股份于2002年5月由机械科学研究总院发起设立,注册资本9000万元人民币,是国家级高新技术企业,拥有国内唯一从事以有机固废生物处理处置为目标的省部级工程研究中心“机械工业有机固废生物处理与资源化利用工程技术研究中心(英文缩写OWTR)”,

  机科股份全面通过ISO9001、ISO14001、OHSAS18001认证体系,拥有工程咨询乙级资质、机电设备安装和施工等资质。拥有1项国家重点新产品、1项北京市重点新产品,获得省部级以上各类科技成果30项。拥有有效专利90项,其中发明专利28项,实用新型专利62项;拥有软件著作权42项。公司主持或参与的国家智能制造项目共27项,主持或参与的国家和行业标准共20余项。

  机科股份财务状况良好,经济效益稳步增长。2018年度,公司实现营业收入28,442.91万元,同比增长7.96%; 2019年度,公司实现营业收入30,038.89万元,同比增长5.61%。

  机科股份由机械科学研究总院转制而来,拥有优秀的人力资源和浓厚的技术底蕴,在近十年的科研探索与产品生产实践过程中,已培养形成了以中高级企业经营管理人员、高级技术研究与开发人员、高级复合型专业技术人员和高技能人员为代表的优秀人才队伍。有国家级突出贡献中青年专家2人,享受政府特贴专家12人,“百千万人才工程”国家级人选2人,正高级工程师27人,高级工程师36人,工程师50人,助理工程师60人,博士5人,硕士76人。

  机科股份已成为全国领先的智能高端制造装备和整体解决方案供应商。2018年6月被工信部评为第一批符合《工业机器人行业规范条件》的15家企业之一;2017年11月成为符合智能制造系统解决方案供应商规范条件单位;2018年10月被北京市评为第一批智能制造系统解决方案供应商、北京市智能制造核心技术装备供应商。2019年《基于人工智能的工业移动机器人(AGV)产品》入围工信部新一代人工智能产业创新重点任务入围揭榜单位。

  机科股份主要从事智能高端制造装备及系统集成和环保设备与工程的设计、研发和销售两大类业务。业务领域涉及铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业、通用设备制造业、专用设备制造业、汽车制造业等国民经济命脉的重要行业和关键领域。公司在智能制造装备的典型产品和技术有移动机器人技术、自动检测与分选技术和机器人应用技术等,均已达到国际先进、国内领先水平。

  机科股份主要从事智能高端制造装备及系统集成和环保设备与工程的设计、研发和销售两大类业务。业务领域涉及铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业、通用设备制造业、专用设备制造业、汽车制造业等国民经济命脉的重要行业和关键领域。公司在智能制造装备的典型产品和技术有移动机器人技术、自动检测与分选技术和机器人应用技术等,均已达到国际先进、国内领先水平。

  在医药领域,近年来机科股份持续研究与创新,承担国家攻关任务,满足行业转型升级需求,为企业实现数字化制造提供了智能化、自动化车间成套物流技术装备和系统解决方案,今年来服务的客户有北京同仁堂健康药业有限公司、北京同仁堂科技有限公司、江中制药、丽珠制药、西安杨森等制药企业,实现了中医药制造过程中车间成套物流技术装备的集成化应用,起到了良好的示范作用,获得了该行业充分认可和赞同,国家领导人多次到这些企业参观考察,形成了行业集成应用案例的名片。

  本案例是基于2016年获批工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目建设基础,我公司机科股份作为系统集成商和核心物流技术装备供应商,案例紧密围绕《中国制造2025》中生物医药重点领域,同时面向我国传统的药品制造企业转型升级需求,开展中医药产品的智能工厂集成创新与智能制造新模式的探索与示范。通过本项目的实施,建成能够生产口服液、粉剂、胶囊等多种不同包装形式的产品,年生产能力达80万箱的中医药产品智能化工厂,为我国高端智能成套装备及先进的智能制造模式在中医药行业更为广泛的推广应用树立典范。

  基于本案例在中医药智能工厂的新模式探索与推广应用,实现中医药产品的设计、工艺、制造、检测、物流等全生命周期的智能化提升,大大提高我国中医药行业的智能制造水平,推动中医药制造业产业结构升级。

  本案例建设内容包括中医药产品原辅料快速准备、环境净化装备、制剂生产、自动化包装、智能化物流及仓储系统、制造过程现场数据采集与可视化系统、数字化集中监控系统、企业资源计划(ERP)系统等。

  本案例重点攻克高参数自动化立体仓库、车间成套物流装备(移动AGV机器人)、六关节搬运机器人、高速堆垛机、智能分拣机、高速托盘输送机等核心智能制造装备,建立中医药产品智能制造工厂互联互通网络架构与信息模型、中医药产品数据管理系统,实现中医药产品制造过程现场数据采集与可视化,建立面向信息集成的中医药产品制造大数据平台,实现MES、PLM和ERP协同的中医药产品智能工厂管控系统,促进自动化物流信息系统的集成;实现中医药产品从原辅料准备、前处理到后续多剂型制剂、包装、物流仓储、分拣配送等全过程自动化生产,实现全过程的实时质量监控与可追溯。

  中医药产品制造过程主要包含药品前期生产部分、内包装前关键工艺、内包装、二次包装(外包装)、装箱等。通过基于二维码、RFID标识的产品追踪系统,温度、湿度、气压等传感器,在线测量设备等自动化信息采集装置获取中医药产品制造过程、物料仓储、车间环境等生产系统状态;通过CPS平台通讯、计算及控制能力实现生产对象信息物理融合和交互操作,支撑生产和物流系统的智能化;通过大数据平台知识挖掘和专家系统实现中医药品生产工艺的持续优化和创新,并实现生产管理决策的智能化。

  智能成型分装制药设备:如压片机,压力参数根据具体品种设置,压片过程中可自动采集压力,反馈并调整,或报警;如多列粉剂颗粒包装机:分装过程中可自动称量,反馈并调整,或报警;如口服液灌装机:灌封过程中可自动检测装量和密封性,反馈并调整,或剔除;

  智能包装生产线:对不合格包装品进行检测剔除,对标签条码进行检测剔除,使用装箱机器人和码垛机器人,实现柔性化生产。

  智能净化厂房:使用各类传感器,采集温湿度、尘埃粒子等参数,并与设定值对比,自动调整相关控制器,以达到标准,或进行报警。

  高参数自动化立体仓库主要由包材库、成品库、中间产品库、中药材原辅料库、阴凉原辅料库、中药饮片药材库、贵细品库、成品在检库、经销产品库,各仓库采用由单元式货架构成,通过高速堆垛机方式实现物品的自动出入库操作。各个仓库之间通过高速托盘输送机实现各种物品的出入库输送,不同种类和规格的物品通过自动信息识别后,在库端经高速托盘输送机分配至对应的自动化立体仓库,然后由轻型高速堆垛机放入指定货位。自动化立体仓库包含双伸位堆垛机及单伸位堆垛机。

  本案例车间物流智能化成套装备即移动搬运机器人(AGV)可直接与立体仓库衔接,接受搬运作业命令,利用各种自动导引方式选择合理的运行路线和速度在一定范围内进行搬运作业,遇障碍物可自行停车等待或绕行。车间物流智能化成套装备包括AGV控制管理系统,AGV自动导引车,在线自动充电系统,AGV监控信息系统及接口软件组成。

  中医药产品数据主要包括产品在生产全流程中涉及的原辅料、包装材料、工艺、资源、过程等数据,利用分层思想开发中医药产品数据管理系统。根据系统功能间的内聚性,系统分成基础设施、数据平台、数据模型层、数据分析层和展现层五层组成。

  基础设施层是中医药产品智能制造车间的映像,作为数据源为本系统提供原始数据(Raw Data)来源。

  数据平台层存储从数据源中获得的大量产品数据,包括生产数据、质量数据等。着眼于产品数据追溯需求,需要对大量的生产过程、统计分析、管理数据进行有效的存储、使用和管理。

  数据模型层对中医药产品智能制造工厂内数据进行统一描述。针对存储的药品原辅料、包装材料、工艺数据进行抽象组织,提供统一描述接口和模式,实现对中医产品数据的统一建模,实现各车间信息互联互通。

  数据分析层通过对系统分析处理服务的包装,为上层以及外部系统提供数据支撑。建立零部件结构、部门科室、生产制造、质量检验等不同主题的数据仓库,提供数据查询、跟踪追溯等核心功能,同时提供相关数据挖掘算法,对中医药产品制造数据进行分析。

  展现层用于为终端客户提供个性化的调用接口以及用户的身份认证,是用户可见的系统操作入口,同时本层也提供相关的数据可视化界面,直观呈现数据挖掘与分析结果。

  整个中医药产品智能化生产过程数据采集及可视化实施技术方案。分为设备/生产线级、车间级和智能化工厂三个级别层次,各种智能传感器主要配置在第一层次,第二、三层次主要集中于互联网数据通讯方式的选择与应用,实现方案如图7所示。

  针对中医药产品生产现场数据的多源异构特点,基于Apache Hadoop HDFS建立分布式文件系统,形成大数据存储集群。整个平台由通用预处理层,数据仓库层和专用算法层三层组成。通过多源数据整合方法,将生产现场不同来源的数据与MES、ERP、PLM等生产管理软件融合。对结构化数据,通过将其放入到HBase中,通过按列存储的方式,每一列单独存放;对于非结构化的数据,将其放置在HDFS当中。通过对不同的筛选和生产线上机台数据的预处理,剔除冗余数据;从而为后续分析、高层应用和用户界面提供标准化、可靠、可复用的数据资源。

  1)通过数字化、网络化、智能化技术的充分运用,生产装备的生产效率大幅提升,产品质量进一步提高。

  2)通过集成应用高参数立体仓库、车间成套物流装备、自动化分拣系统等,智能物流应用水平大幅度的提高。

  3)通过应用生产管控系统、产品数据管理平台、制造大数据平台、仓库管理系统WMS(含WCS)等软件系统,实现了生产过程的数字化、透明化管理,实现了产品数据的管理和追踪。

  通过本案例的推广应用,最终实现了生产效率提升25%,运营成本降低21.3%,产品不良率降低25%,单位产值能耗降低30.2%,产品升级周期缩短31.5%。

  在医药行业,机科股份近年来先后为西安杨森、丽珠药业、江中制药、华东药业、辉瑞制药、上海君实等典型医药企业提供了整体解决方案及车间成套物流系统,获得了该行业充分认可和赞同,国家领导人多次到这些企业参观考察,形成了行业集成应用案例的名片。

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