制药工业如何运用工业4.0

中国制药企业正在积极布局工业4.0方案，比如美国某大型自动化公司与一家中国制药厂签订了大型智能工厂合作协议，主要内容是协助制药企业建立全自动化、智能化工厂，提供包括过程管理、制造执行系统在内的一系列信息自动化解决方案，主要目标为提升生产效率、质量和过程管理。

　　中国制药企业正在积极布局工业4.0方案，比如美国某大型自动化公司与一家中国制药厂签订了大型智能工厂合作协议，主要内容是协助制药企业建立全自动化、智能化工厂，提供包括过程管理、制造执行系统在内的一系列信息自动化解决方案，主要目标为提升生产效率、质量和过程管理。在这样的项目中，最重要的第一步是帮企业梳理整个业务和生产制造流程，通过理顺所有流程和要求，即可根据要求部署工业4.0相关应用的布局、设备、系统和人员配置。

　　制造领域技术的阶段性进步被描述为工业革命的四个阶段。4.0时代是利用互联网、大数据等数字化手段，将智能化贯穿在生产、物流和服务等各个相关领域。3.0时代的关键是实现单机自动化，而要跃升到4.0状态的工业，则需要实现智能设备互联，进而可将整个供应链过程实时化、透明化，并且为制造提供更高的柔性。总之，工业4.0的技术方案将要求设备与设备对接、设备与系统对接、系统与系统对接。在此我们着重讨论一下工业4.0在医药行业的主要应用需求和机遇。

　　制药行业工业化发展情况

　　近十年来，中国医药产业“十二五”期间复合增长率高达18.6%，总产值约为2.8万亿元，平均利润率约10%左右，总体发展水平较高，未来的“十三五”期间，预计将持续保持10%以上的增幅。

　　然而，与制药行业发展速度较快的现状相反的是，整个精工化学后续环节的低自动化水平。目前国内大多数医药行业在制剂后续的制造环节一般仅是单台设备的自动化，甚至有些小型企业尚存在大量的手工制造工序。同时，部分制药生产环节工序互相孤立，需要人为确认工序进展。相关人员不仅需要不停耗费时间核实工序完成情况，更将导致工序完成后，无法有效安排设备清洗、完成工序间传递，下一工序的生产计划也无法及时开展。因此，在一些制药企业，有大量的人员闲滞时间，大大影响了生产效率。另外，现在的生产过程监管，也是大量依靠人工检测以及记录，不仅影响效率，也容易出现数值误差等风险，无法更好的控制生产过程风险，提升药品质量。

　　制药行业如何运用工业4.0

　　国家对医药安全质量的管控加大、药品审批加快、更新周期缩短等趋势，推动着部分制药企业寻求智能化解决方案，以提升生产效率，加强产品质量管理等。智能工厂管理将是医药行业智能化的核心关注点。

　　工业4.0相关的三大解决方案，工厂管理、生产数据追踪以及更完善的自动化智能技术，可以帮企业有效解决以上问题。

　　首先是通过MES(生产执行系统)系统开展的工厂管理解决方案。现在大多数企业仅在一定程度用ERP系统管理整个产品采购到出厂的数据，而仅少数国内企业开始使用MES。MES系统中的智能工厂管理模块将通过设备数据与中央系统的对接，使整个工厂生产流程变得透明可视，这样不仅各个工序相关人员可以根据工序完成度来安排工作，工厂管理人员也可更有效率的综合管理生产节拍，减少不必要的闲滞。

　　其次，生产数据的记录和上传也可以通过工业4.0技术而实现。随着政府对药品安全监督越来越严苛，过去的手工记录生产过程数据将逐渐由系统自动记录所替代，并且数据类别的采集要求也将逐步提高。通过智能化、数字化的互联网手段，不仅可以通过传感器采集制造过程相关数据，也可以实时采集有关的环境数据、微生物数据等，从而对药品在工艺流程的实时环境状态进行有效的监控和追溯。将传感器在生产工艺中采集的数据实时传输到中央系统，上传至私有云等，即可实现这一系列的数据采集、存储、追溯以及分析。因此，在未来传感器的应用、实时数据监控系统、云服务以及相应的系统集成，将是制药行业实现工业4.0发展的另一些重点领域。

　　并且，对于尚有部分还是以手工进行生产的工艺来说，升级至自动化也是提升效率、质量的关键手段。不仅可以减少人为的不稳定性错误，也可以更好的控制生产过程中的环境数据，减少诸如微生物在内的数值，提升整体药品质量。另外，有效的自动化物流和仓储管理也将帮助企业提高生产效率，更好的开展精益管理，减少成本浪费。企业在建设工厂或改造时，应事先安排好整体工厂物流布局，设立物流路径以及仓储点，在未来逐渐实现立体仓库管理，通过扫码或识别技术以及AGV小车等，减少厂内物流效率浪费。

　　最后，能源管理的先进技术，包括自动探测设备、工厂的水、电、气等能源消耗，优化能源管理及监控系统，减少能源浪费。目前大多数企业即使已经开始实行一些能源管理，也仅是停留在单机能耗的监测和管理上，尚未升级到对多机、多生产线、甚至多厂区的智能管理，即通过分析包括能量、成本等大数据，自动进行负荷预测、调节负荷开关等，进而达到整体能耗最低化。绿色制造是“中国制造2025”的一个重点方向之一，政府将慢慢出台越来越严格的能源消耗标准，同时，能源管理相较于其他解决方案，比较能快速的看到投资回报，因此能源管理将是行业升级发展的另一个关键应用机遇。

　　制药4.0发展需要循序渐进

　　医药行业在中国整体制造业中，利润水平相对依然较高，并且自动化、智能化水平相较于电子等科技含量较高的产业落后，未来在工厂管理、药品数据追踪上，将有越来越多的工业4.0相关的方案需求，整体而言机遇较大。对于需要升级旧厂的企业，一次性改造投入相对较大，特别是限制于原来厂房布局，以及旧设备的接口限制，整体改造耗费较大。建议此类改造可以通过实施试点项目，逐步投入工业4.0相关领域的相关建设，如开发MES系统中数据管理模块、或加强投资某个工序的自动化设备、或开发私有云进行数据存储等，通过试点项目可以帮助企业更好理解工业4.0下智能化的含义，有针对性的进行工厂改良。对于尚处在2.0到3.0阶段的企业来说，智能化的开展，可以选择从包装自动化开始，提升整体生产效率。而对于新建工厂的安排，则需要结合工业4.0的解决方案合理布局厂房，并在采购设备时充分考虑数据采集和对接要求，寻找可靠合作伙伴打造4.0概念下的智能工厂和智能供应链。

　　工业4.0的解决方案是一种辅助企业发展的技术手段，如何选用工业4.0的方案，在哪些业务环节应投资工业4.0的解决方案，应当依据行业特性、行业痛点、流程工艺、企业文化、终端需求等各方面综合考虑。