【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(lái)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(jì)劃(ERP)、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)及計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)(CMMS)。通過(guò)整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，用戶(hù)得以全景式洞察工廠運(yùn)營(yíng)各環(huán)節(jié)，形成對(duì)實(shí)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

 

　　借助這些工具用戶(hù)可高效完成制造過(guò)程的異常診斷、物流瓶頸排查、生產(chǎn)需求的實(shí)時(shí)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(jì)劃、提升了準(zhǔn)時(shí)交付能力，還可以顯著降低成品庫(kù)存的水平。數(shù)字化項(xiàng)目的另一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是需要讓整個(gè)組織的用戶(hù)更容易訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。
 

　　通過(guò)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(xiàn)操作人員與后臺(tái)管理人員均能通過(guò)PC端、平板電腦和其他移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對(duì)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(jià)值的關(guān)鍵抓手。
 

　　數(shù)字化轉(zhuǎn)型為制造商帶來(lái)了可觀的收益。通過(guò)重視經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的成熟解決方案，并依托前沿技術(shù)構(gòu)建堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，企業(yè)得以實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)、業(yè)務(wù)增長(zhǎng)與運(yùn)營(yíng)效率的提升。數(shù)字化升級(jí)的最大回報(bào)來(lái)自精心設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的核心流程。以批次管理系統(tǒng)為例，其價(jià)值不僅體現(xiàn)在技術(shù)架構(gòu)的合理性，更在于通過(guò)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(shí)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(shì)
 

　　批次生產(chǎn)過(guò)程的控制需要額外的編程和控制，而非連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。即使在單個(gè)配方中，批次控制也往往需要協(xié)調(diào)多個(gè)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(guò)程甚至?xí)⑿械姆种Р僮骱秃喜⒉僮?。?dāng)將批次控制系統(tǒng)用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品時(shí)，就必須對(duì)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(mǎn)足全面的可追溯性文件記錄要求，嚴(yán)格遵守國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)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(guò)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(guò)程分析所需的指標(biāo)體系也同樣繁瑣。數(shù)字化項(xiàng)目的成功實(shí)施高度依賴(lài)于原始數(shù)據(jù)的規(guī)范化整理和高效可獲取性。然而，對(duì)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(shí)間和資源，用于數(shù)據(jù)治理和清理工作。如果用戶(hù)正在考慮升級(jí)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(tái)的各種選擇方案。
 

　　完善的批次管理系統(tǒng)可為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的功能支持，包括周期時(shí)間的精確計(jì)算、反應(yīng)階段原材料轉(zhuǎn)化情況的實(shí)時(shí)追蹤，以及優(yōu)質(zhì)批次特征標(biāo)識(shí)的建立。通過(guò)數(shù)字化工具的輔助，用戶(hù)不僅可以深入分析生產(chǎn)性能，還能借助AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性分析，并獲得有針對(duì)性的過(guò)程改進(jìn)建議。
 

　　在選擇批次控制系統(tǒng)時(shí)，必須全面考慮與具體應(yīng)用場(chǎng)景相關(guān)的所有因素，以及工廠未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃。這不僅涉及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)展需求，還包括技術(shù)升級(jí)的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。盡管市場(chǎng)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(xiàng)。通過(guò)對(duì)工廠實(shí)際需求的深入評(píng)估，制造企業(yè)可以精準(zhǔn)識(shí)別并實(shí)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(jì)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(shí)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(jì)原則仍然具有重要意義。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)化的模型、術(shù)語(yǔ)和方法，顯著提升了批次處理過(guò)程的可重復(fù)性、最終產(chǎn)品的一致性，同時(shí)增強(qiáng)了代碼的可復(fù)用性，以及系統(tǒng)的可擴(kuò)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(gè)附加功能層級(jí)，并且會(huì)帶來(lái)額外的成本。因此，要從中選出能夠滿(mǎn)足特定生產(chǎn)過(guò)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(shí)施可以根據(jù)功能劃分為不同層級(jí)：
 

　　第一層：簡(jiǎn)單序列/輕型批次。這一層級(jí)利用內(nèi)置的基本過(guò)程控制系統(tǒng)功能，允許創(chuàng)建和執(zhí)行順序邏輯，這對(duì)于在批次生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行各項(xiàng)操作至關(guān)重要。根據(jù)控制系統(tǒng)平臺(tái)的不同，批次代碼可以使用專(zhuān)用的順序功能圖(SFC)語(yǔ)言編寫(xiě)，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)文本、梯形圖邏輯或功能塊編程來(lái)編寫(xiě)。這些序列可能會(huì)遵循ISA-88設(shè)計(jì)原則，也可能不遵循。如果僅需要輕型的順序控制，這是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，因?yàn)樗ǔ２恍枰~外的許可證，并且設(shè)計(jì)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(huì)根據(jù)所需的批次單元數(shù)量按比例收費(fèi)?，F(xiàn)代平臺(tái)會(huì)遵循ISA-88標(biāo)準(zhǔn)融入結(jié)構(gòu)化的過(guò)程控制和配方管理。這種解決方案可能需要在單獨(dú)的批次服務(wù)器上進(jìn)行額外投資。此類(lèi)解決方案通常會(huì)為運(yùn)行人員和工程師提供新的專(zhuān)用界面，以便更好地安排批次生產(chǎn)計(jì)劃、跟蹤批次生產(chǎn)情況并對(duì)批次生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行故障排查。
 

　　第三層：高級(jí)批次/系列生產(chǎn)管理。高級(jí)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(kuò)展以支持多配方、多生產(chǎn)線(xiàn)以及動(dòng)態(tài)設(shè)備選擇與預(yù)留的復(fù)雜需求。此外，該層級(jí)還引入了系列生產(chǎn)管理功能，使操作員無(wú)需手動(dòng)安排單個(gè)批次的生產(chǎn)任務(wù)。針對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程或生產(chǎn)設(shè)施，高級(jí)批次管理通過(guò)優(yōu)化設(shè)備利用率和減少批次啟動(dòng)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(shí)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(xiàng)
 

　　由于每個(gè)批次生產(chǎn)過(guò)程和制造工廠的需求各不相同，軟件需求也會(huì)隨之變化。值得注意的是，滿(mǎn)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(gè)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(gè)過(guò)程中，有許多順序步驟以及在重新合并為單個(gè)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(lái)處理。
 

　　2.控制系統(tǒng)必須運(yùn)行的配方數(shù)量。一個(gè)包含多種配方變體的過(guò)程可能會(huì)從更高級(jí)別的軟件中受益。不過(guò)，根據(jù)具體過(guò)程的不同，有時(shí)可以通過(guò)更具成本效益的定制解決方案來(lái)滿(mǎn)足需求。
 

　　3.運(yùn)營(yíng)規(guī)模?？刂粕婕岸鄺l生產(chǎn)線(xiàn)、并行過(guò)程和動(dòng)態(tài)設(shè)備分配的生產(chǎn)過(guò)程，最好由更高級(jí)別的軟件來(lái)處理。
 

　　4.可追溯性要求。中高端軟件解決方案通常可以提供更全面的可追溯性功能，并且符合ISA-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(jí)別軟件的替代方案也可以滿(mǎn)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(jí)或高級(jí)軟件最能滿(mǎn)足這些要求。
 

　　6.未來(lái)的增長(zhǎng)計(jì)劃/可擴(kuò)展性要求。如果合適的話(huà)，所選軟件應(yīng)能應(yīng)對(duì)因產(chǎn)量增加而導(dǎo)致的更多批次處理的未來(lái)計(jì)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(yùn)行時(shí)，出于兼容性考慮，最好使用基本過(guò)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(tái)、混合控制系統(tǒng)環(huán)境等)，使得這種選擇無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在這些情況下，就需要進(jìn)行仔細(xì)的規(guī)劃和測(cè)試。
 

　　MES與批次生產(chǎn)過(guò)程
 

　　一家化工制造商對(duì)一個(gè)由可編程邏輯控制(PLC)控制的批次生產(chǎn)過(guò)程的工廠進(jìn)行了擴(kuò)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(gè)選擇：一是采用PLC供應(yīng)商提供的更高一級(jí)的批次配方管理系統(tǒng)軟件；二是對(duì)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(shì)，但這家化工制造商對(duì)該軟件的局限性以及每年都要支付的軟件訂閱費(fèi)用心存顧慮。
 

　　定制的MES解決方案能更好地與ERP平臺(tái)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(hù)下單到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)過(guò)程的速度得到提升，同時(shí)還減少了人工操作。由于批次生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)施設(shè)計(jì)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(lái)自ERP系統(tǒng)的訂單，并為幾十種產(chǎn)品加載配方。
 

　　基于這個(gè)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(guò)程連接起來(lái)，充當(dāng)工藝工程師進(jìn)行配方管理的用戶(hù)界面，并將生產(chǎn)過(guò)程部門(mén)和業(yè)務(wù)部門(mén)聯(lián)系在一起，從而成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品擴(kuò)張。通過(guò)該解決方案，這家化工制造商增加了動(dòng)態(tài)參數(shù)輸入這一新功能，將每個(gè)批次階段的最大參數(shù)數(shù)量從22個(gè)增加到63個(gè)，并開(kāi)發(fā)了14個(gè)配方管理顯示界面。
 

　　可視化與批次過(guò)程分析
 

　　另一家制造商曾因?qū)ψ陨砩a(chǎn)過(guò)程的可視性和洞察力不足而受到限制。過(guò)程分析僅限于控制系統(tǒng)人機(jī)界面(HMI)上所呈現(xiàn)的各種趨勢(shì)數(shù)據(jù)，以及通過(guò)手動(dòng)導(dǎo)出或記錄在日志表上的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，公司的員工們?cè)絹?lái)越習(xí)慣使用 Power BI 和網(wǎng)頁(yè)瀏覽器界面來(lái)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(lái)，并導(dǎo)入到更易于訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，生產(chǎn)過(guò)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(shí)施進(jìn)一步分析。他們還能夠?qū)?shù)據(jù)推送到生產(chǎn)車(chē)間的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)顯示屏上，以便運(yùn)行人員能夠更好地跟蹤生產(chǎn)過(guò)程，并實(shí)時(shí)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(lái)特定應(yīng)用的各項(xiàng)要求，然后，可以實(shí)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(kuò)展的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的獨(dú)特需求，并釋放最先進(jìn)的工業(yè)4.0工具所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。