文章

未来属于智能传感器

2021-09-01Volker Kupitz

218阅
通过优化数据采集过程可提高产品质量:智能传感器为什么值得我们采用?——无论是pH值、溶解氧含量、电导率、活细胞密度还是氧化还原性,模拟传感器一直以来都是众多领域的首选产品。尽管目前市场的应用仍是如此,但现代智能传感器也带来了一系列的优势。
   近年来,传感器技术一直在不断进步。自美国食品药品监督管理局(FDA)发起PAT(过程分析技术)计划,倡议制药业通过实时监测和控制其生产过程以实现质量创新以来,传感器市场便迎来了巨大改变。尽管这项倡议实质上是为促成一些高新技术的出现,但通向未来的发展道路(理想中的质量源于设计)仍然处于初期阶段。众多关键过程参数(CPP)的监测就显得尤为重要,其提升空间非常广阔。
 
智能传感器技术为生产过程添翼
 
   尽管模拟传感器一直以来都是(且目前仍然是)众多领域的首选产品,但现代智能传感器也提供了一系列可帮助用户遵从PAT框架要求的优点。在线过程传感器可实现关键过程参数的自动化控制,避免了以手工采样和独立分析设备对参数进行记录的过程。智能传感器可以直接与过程控制系统(PCS)通信而无需再配置独立的变送器。智能传感器不仅能向过程控制设备发送补偿测量值,而且还能发送传感器自动记录和存储的各种诊断数据。这种数据记录和发送功能从设计上早已超越了FDA和GMP(药品生产质量管理规范)的要求。
 
   例如,Hamilton公司就以Arc命名了一项智能传感器技术。这一品牌涵盖了该公司旗下完整的pH值、溶解氧含量、电导率、活细胞密度和氧化还原传感器产品系列,同时推出了自有的ArcAir应用程序,该软件可用于这些传感器的配置、校准、验证和故障排查。
 
图1
 
   人工智能和自我诊断
 
   该技术在特定条件下可支持离线校准功能。此外,配置设置值可以轻松传输给其他传感器,从而极大地减少了对员工操作时间的要求以及发生错误的可能性。由于采用了Modbus通信方式,操作者可以充分利用来自这些智能传感器的综合数据。而且这还是一个双向通信过程,传感器也可以直接由PCS进行配置,无需变送器参与。
 
   当传感器发生故障时,会立即向操作人员示警,而非过程结束后。这项功能保证了整批原料全部被浪费的风险。Arc智能传感器可向过程控制系统发送警报、调试信息、质量指标和诊断信息,并能向可在移动设备上运行的ArcAir应用程序远程发送信息。其数据记录和发送功能在设计上满足并超越了FDA和GMP规范指南的要求。
 
   通过这种方式,操作者可以立刻看到这些传感器在什么时间启用、是否经过校准,以及是否发生了接口错误或发出了其他警告信息。ArcAir还能记录诸如玻璃阻抗等可能出现的硬件错误。当发生过程偏差时,这项信息可立刻被调用,或可保留至将来,以备在校准或更换传感器时使用。
图2
 
   尽管传感器在技术上已经完成了迭代更新,但前方的阻碍却是未知的。PAT计划鼓励企业进行更多的数据采集过程,相应技术也会继续推进,以便操作者可以采集、存储和利用这一数据流(详情请参见专家访谈)。
 
专家访谈:“近乎无限的可能性”
 
   Hamilton公司过程分析营销部部长Karen Henrich和创新过程分析部长Philipp Arquint博士在传感器创新领域颇具建树。基于与客户的密切合作,他们与其团队一起,不仅开发出了满足市场需求的产品,而且毫不夸张地说,他们其实是在塑造现代生物技术生产的未来。
 
图3
 
   当思考传感器技术的未来时,您秉持着什么样的愿景?
 
   HENRICH:Hamilton公司一直在努力创造未来,拓展更多可能,力求满足PAT计划的要求,这些工作从引入新型测量参数开始,直至推出先进的数据管理方式方才结束。
 
   我认为未来的传感器技术将会与越来越多的云计算和物联网(IoT)设备相融合。通过这种方式,将为工厂运营方和技术人员的工作带来更多便利。在这种场景之下,过程控制系统将从传感器收到数据并即时将数据发送到云端。
 
   ARQUINT:云端将存储用于过程分析、预防性维护和资产管理的信息,使得这些过程的效率大幅提升。这样就再也不必手动追踪各项维护作业,而是可以利用云自动计算下次维护作业的发生时间。在这样一个单个批次产品价值就可突破数百万美元的行业,工厂管理者只需利用此项数据就能做出决策,例如,在某个传感器使用5次后是否予以更换。
 
   这意味着,就像其他众多领域一样,需要处理和评估的数据正在变得越来越多。除涉及到传感器本身外,与周边过程的关系如何?
 
   HENRICH:智能工厂不再是未来世界的愿景。效率提升不仅涉及到直接测量过程,而且涉及到采购过程。云既可以用于监测存货,实现简洁且符合GMP要求的产品文档编制,还可用于订购所需的传感器。其可能性近乎于无限,并且极有可能成为未来的工作方式。
 
   这样看来,将可以获得大批量的高质量数据。这点适用于每一个领域吗?
 
   ARQUINT:我只能针对过程分析领域而言,但我要回答“是”。通过采用以太网通信协议,我们能够处理现代过程所需要的丰富数据。随着获得越来越多的可用数据,就有可能开展各种各样的新型和回溯式分析,由此达成最终产品的持续改进。质量源于设计是生物制药公司的最终目标,在未来达成智能工厂级运营水平是这些公司的愿景。目标和现实之间会隔着许多创新发明,而我们的Arc智能传感器凭借着改进过程理解和控制技术,可使得这些公司向这一未来目标更近一步。未来由可测量过程参数组成的矩阵将继续扩充,同时测量精确度也将继续提升。流程工业领域的科学家们将能越来越多地了解到所研究的过程,其所采用的数据传输和管理工具也将越加复杂。
 
   HENRICH:以太网和云计算将为流程工业领域的科学家们提供强大的技术支持,这是智能传感器所蕴含的潜力。如同PAT计划所预测的那样,这一强力组合将把生物制药过程提升到前所未有的高度,无论是效率、产量还是质量水平。

      本文作者系瑞士HamiltonBonaduz AG公司市场经理。
责任编辑:杨培
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
读者评论 (0)
请您登录/注册后再评论