【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】許多數(shù)字化工具的核心功能在于整合來自不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，包括生產(chǎn)控制系統(tǒng)、企業(yè)資源計劃(ERP)、實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)及計算機化維護(hù)管理系統(tǒng)(CMMS)。通過整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，用戶得以全景式洞察工廠運營各環(huán)節(jié)，形成對實際生產(chǎn)狀況的精準(zhǔn)認(rèn)知。這種數(shù)據(jù)聚合形成的“數(shù)據(jù)湖”，為企業(yè)深度應(yīng)用人工智能(AI)和大數(shù)據(jù)分析奠定了堅實基礎(chǔ)。

 

　　借助這些工具用戶可高效完成制造過程的異常診斷、物流瓶頸排查、生產(chǎn)需求的實時響應(yīng)及維護(hù)資源的科學(xué)調(diào)度。其中，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)作為連接控制層與ERP系統(tǒng)的橋梁，不僅優(yōu)化了排產(chǎn)計劃、提升了準(zhǔn)時交付能力，還可以顯著降低成品庫存的水平。數(shù)字化項目的另一個關(guān)鍵驅(qū)動因素是需要讓整個組織的用戶更容易訪問數(shù)據(jù)。
 

　　通過使用可視化工具和通信技術(shù)，制造商得以突破終端設(shè)備限制，使一線操作人員與后臺管理人員均能通過PC端、平板電腦和其他移動設(shè)備實時訪問關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對于采用批次生產(chǎn)模式的企業(yè)而言，需求更為多樣性的數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也更趨復(fù)雜。在此背景下，部署成熟的批次管理解決方案，將成為企業(yè)充分釋放工業(yè)4.0價值的關(guān)鍵抓手。
 

　　數(shù)字化轉(zhuǎn)型為制造商帶來了可觀的收益。通過重視經(jīng)過驗證的成熟解決方案，并依托前沿技術(shù)構(gòu)建堅實基礎(chǔ)，企業(yè)得以實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)、業(yè)務(wù)增長與運營效率的提升。數(shù)字化升級的最大回報來自精心設(shè)計和運營的核心流程。以批次管理系統(tǒng)為例，其價值不僅體現(xiàn)在技術(shù)架構(gòu)的合理性，更在于通過靈活的基礎(chǔ)技術(shù)配置幫助企業(yè)根據(jù)自身需求選擇適配的解決方案，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)的功能匹配與效益最大化。
 

　　批次管理系統(tǒng)的優(yōu)勢
 

　　批次生產(chǎn)過程的控制需要額外的編程和控制，而非連續(xù)生產(chǎn)過程。即使在單個配方中，批次控制也往往需要協(xié)調(diào)多個連續(xù)的操作步驟，其中流程中的每一步都取決于之前步驟的正確完成。
 

　　有些過程甚至?xí)⑿械姆种Р僮骱秃喜⒉僮鳌．?dāng)將批次控制系統(tǒng)用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品時，就必須對各種配方進(jìn)行管理，這些配方涵蓋了不同的原材料、設(shè)備需求，以及生產(chǎn)每種最終產(chǎn)品所需的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。此外，還需滿足全面的可追溯性文件記錄要求，嚴(yán)格遵守國際自動化學(xué)會ISA-88 批次控制標(biāo)準(zhǔn)以及良好生產(chǎn)規(guī)范(GMP)標(biāo)準(zhǔn)。這些要求進(jìn)一步提升了過程管理的復(fù)雜性。
 

　　部署批次管理系統(tǒng)的制造設(shè)施通常更為復(fù)雜，其過程分析所需的指標(biāo)體系也同樣繁瑣。數(shù)字化項目的成功實施高度依賴于原始數(shù)據(jù)的規(guī)范化整理和高效可獲取性。然而，對于缺乏完善批次管理系統(tǒng)的工廠而言，盡管仍能從數(shù)字化轉(zhuǎn)型中獲益，但往往需要投入更多的時間和資源，用于數(shù)據(jù)治理和清理工作。如果用戶正在考慮升級控制系統(tǒng)或規(guī)劃新的生產(chǎn)裝置，應(yīng)該仔細(xì)考量批次管理平臺的各種選擇方案。
 

　　完善的批次管理系統(tǒng)可為用戶提供了強大的功能支持，包括周期時間的精確計算、反應(yīng)階段原材料轉(zhuǎn)化情況的實時追蹤，以及優(yōu)質(zhì)批次特征標(biāo)識的建立。通過數(shù)字化工具的輔助，用戶不僅可以深入分析生產(chǎn)性能，還能借助AI技術(shù)實現(xiàn)預(yù)測性分析，并獲得有針對性的過程改進(jìn)建議。
 

　　在選擇批次控制系統(tǒng)時，必須全面考慮與具體應(yīng)用場景相關(guān)的所有因素，以及工廠未來的發(fā)展規(guī)劃。這不僅涉及生產(chǎn)規(guī)模的擴展需求，還包括技術(shù)升級的長遠(yuǎn)目標(biāo)。盡管市場上存在許多先進(jìn)的批次控制軟件，但最適配的解決方案并非總是技術(shù)最復(fù)雜的選項。通過對工廠實際需求的深入評估，制造企業(yè)可以精準(zhǔn)識別并實施最符合自身需求的系統(tǒng)。
 

　　ISA-88標(biāo)準(zhǔn)為批次處理系統(tǒng)的設(shè)計與控制提供了一種定義明確且條理清晰的方法，被廣泛視為行業(yè)最佳實踐。不管企業(yè)是否有合規(guī)方面的要求，遵循 ISA-88的設(shè)計原則仍然具有重要意義。該標(biāo)準(zhǔn)通過制定標(biāo)準(zhǔn)化的模型、術(shù)語和方法，顯著提升了批次處理過程的可重復(fù)性、最終產(chǎn)品的一致性，同時增強了代碼的可復(fù)用性，以及系統(tǒng)的可擴展性與適應(yīng)性。
 

　　選擇合適的批次控制解決方案
 

　　市面上有許多可用的批次控制軟件解決方案，這些方案往往包含多個附加功能層級，并且會帶來額外的成本。因此，要從中選出能夠滿足特定生產(chǎn)過程和工廠需求的最佳方案可能并非易事。
 

　　批次管理系統(tǒng)的實施可以根據(jù)功能劃分為不同層級：
 

　　第一層：簡單序列/輕型批次。這一層級利用內(nèi)置的基本過程控制系統(tǒng)功能，允許創(chuàng)建和執(zhí)行順序邏輯，這對于在批次生產(chǎn)過程中執(zhí)行各項操作至關(guān)重要。根據(jù)控制系統(tǒng)平臺的不同，批次代碼可以使用專用的順序功能圖(SFC)語言編寫，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)文本、梯形圖邏輯或功能塊編程來編寫。這些序列可能會遵循ISA-88設(shè)計原則，也可能不遵循。如果僅需要輕型的順序控制，這是一個不錯的解決方案，因為它通常不需要額外的許可證，并且設(shè)計工作量也最小。
 

　　第二層：批次管理。這種解決方案通常作為基礎(chǔ)控制系統(tǒng)功能的附加產(chǎn)品出售，通常會根據(jù)所需的批次單元數(shù)量按比例收費?，F(xiàn)代平臺會遵循ISA-88標(biāo)準(zhǔn)融入結(jié)構(gòu)化的過程控制和配方管理。這種解決方案可能需要在單獨的批次服務(wù)器上進(jìn)行額外投資。此類解決方案通常會為運行人員和工程師提供新的專用界面，以便更好地安排批次生產(chǎn)計劃、跟蹤批次生產(chǎn)情況并對批次生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行故障排查。
 

　　第三層：高級批次/系列生產(chǎn)管理。高級批次管理在功能上全面覆蓋了第二層的所有功能，并進(jìn)一步擴展以支持多配方、多生產(chǎn)線以及動態(tài)設(shè)備選擇與預(yù)留的復(fù)雜需求。此外，該層級還引入了系列生產(chǎn)管理功能，使操作員無需手動安排單個批次的生產(chǎn)任務(wù)。針對復(fù)雜的生產(chǎn)過程或生產(chǎn)設(shè)施，高級批次管理通過優(yōu)化設(shè)備利用率和減少批次啟動延遲，顯著提升工廠的生產(chǎn)效率。這種優(yōu)化不僅最大限度降低了設(shè)備的閑置時間，還有效縮短了整體生產(chǎn)周期。
 

　　定制批次管理解決方案的注意事項
 

　　由于每個批次生產(chǎn)過程和制造工廠的需求各不相同，軟件需求也會隨之變化。值得注意的是，滿足系統(tǒng)需求并不總是需要最先進(jìn)的軟件解決方案。在某些情況下，一個具有成本效益的定制化方案可能更為合適企業(yè)當(dāng)下的應(yīng)用需求。一些需要考慮的關(guān)鍵因素包括：
 

　　1.配方中的復(fù)雜程度。在一個過程中，有許多順序步驟以及在重新合并為單個步驟之前并行的分支，通常最好使用集成到符合ISA-88標(biāo)準(zhǔn)的批次軟件中的功能來處理。
 

　　2.控制系統(tǒng)必須運行的配方數(shù)量。一個包含多種配方變體的過程可能會從更高級別的軟件中受益。不過，根據(jù)具體過程的不同，有時可以通過更具成本效益的定制解決方案來滿足需求。
 

　　3.運營規(guī)模?？刂粕婕岸鄺l生產(chǎn)線、并行過程和動態(tài)設(shè)備分配的生產(chǎn)過程，最好由更高級別的軟件來處理。
 

　　4.可追溯性要求。中高端軟件解決方案通?？梢蕴峁└娴目勺匪菪怨δ埽⑶曳螴SA-88標(biāo)準(zhǔn)，包括生成顯示詳細(xì)批次歷史信息的電子批次記錄。但是，一些更高級別軟件的替代方案也可以滿足可追溯性要求。
 

　　5.正式的ISA-88和GMP合規(guī)性。GMP要求提供產(chǎn)品一致性、質(zhì)量和詳細(xì)批次歷史記錄的證明。支持 ISA-88 合規(guī)性和文檔記錄功能的中級或高級軟件最能滿足這些要求。
 

　　6.未來的增長計劃/可擴展性要求。如果合適的話，所選軟件應(yīng)能應(yīng)對因產(chǎn)量增加而導(dǎo)致的更多批次處理的未來計劃。
 

　　7.與現(xiàn)有控制系統(tǒng)匹配。當(dāng)選擇批次控制軟件以在現(xiàn)有設(shè)備上運行時，出于兼容性考慮，最好使用基本過程控制系統(tǒng)供應(yīng)商提供的批次控制軟件。然而，可能存在某些情況(如舊有的控制系統(tǒng)平臺、混合控制系統(tǒng)環(huán)境等)，使得這種選擇無法實現(xiàn)。在這些情況下，就需要進(jìn)行仔細(xì)的規(guī)劃和測試。
 

　　MES與批次生產(chǎn)過程
 

　　一家化工制造商對一個由可編程邏輯控制(PLC)控制的批次生產(chǎn)過程的工廠進(jìn)行了擴產(chǎn)。作為工作的一部分，他們需要更新現(xiàn)有的MES系統(tǒng)。他們有兩個選擇：一是采用PLC供應(yīng)商提供的更高一級的批次配方管理系統(tǒng)軟件；二是對現(xiàn)有的定制MES解決方案進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。雖然在其內(nèi)置功能方面，供應(yīng)商提供的解決方案有一定的優(yōu)勢，但這家化工制造商對該軟件的局限性以及每年都要支付的軟件訂閱費用心存顧慮。
 

　　定制的MES解決方案能更好地與ERP平臺相連接，并且具備工廠所需的所有配方管理功能。這使從客戶下單到產(chǎn)品發(fā)貨的整個過程的速度得到提升，同時還減少了人工操作。由于批次生產(chǎn)系統(tǒng)的實施設(shè)計得很完善，新的MES系統(tǒng)取得了成功。它與批次生產(chǎn)系統(tǒng)相連，能夠執(zhí)行來自ERP系統(tǒng)的訂單，并為幾十種產(chǎn)品加載配方。
 

　　基于這個改進(jìn)的批次生產(chǎn)解決方案，使得MES能夠?qū)RP系統(tǒng)與批次生產(chǎn)過程連接起來，充當(dāng)工藝工程師進(jìn)行配方管理的用戶界面，并將生產(chǎn)過程部門和業(yè)務(wù)部門聯(lián)系在一起，從而成功實現(xiàn)了產(chǎn)品擴張。通過該解決方案，這家化工制造商增加了動態(tài)參數(shù)輸入這一新功能，將每個批次階段的最大參數(shù)數(shù)量從22個增加到63個，并開發(fā)了14個配方管理顯示界面。
 

　　可視化與批次過程分析
 

　　另一家制造商曾因?qū)ψ陨砩a(chǎn)過程的可視性和洞察力不足而受到限制。過程分析僅限于控制系統(tǒng)人機界面(HMI)上所呈現(xiàn)的各種趨勢數(shù)據(jù)，以及通過手動導(dǎo)出或記錄在日志表上的數(shù)據(jù)。與此同時，公司的員工們越來越習(xí)慣使用 Power BI 和網(wǎng)頁瀏覽器界面來獲取其它業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
 

　　他們的數(shù)字化工作還側(cè)重于將數(shù)據(jù)從控制系統(tǒng)中提取出來，并導(dǎo)入到更易于訪問的數(shù)據(jù)倉庫中。一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)就可以提供給公司內(nèi)的任何人，甚至可以推送到云端實施進(jìn)一步分析。他們還能夠?qū)?shù)據(jù)推送到生產(chǎn)車間的關(guān)鍵績效指標(biāo)顯示屏上，以便運行人員能夠更好地跟蹤生產(chǎn)過程，并實時做出明智的決策。
 

　　選擇最合適的批次控制軟件解決方案，需要仔細(xì)考慮當(dāng)前和未來特定應(yīng)用的各項要求，然后，可以實施AI和數(shù)字化工具以進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)性能?；A(chǔ)技術(shù)與先進(jìn)解決方案相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)高效、可靠且可擴展的生產(chǎn)運營，滿足生產(chǎn)過程的獨特需求，并釋放最先進(jìn)的工業(yè)4.0工具所帶來的優(yōu)勢。