本文为“2024年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2024年度,为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
宏济堂制药(莱芜区)有限公司已完成山东宏济堂中药生产项目,本项目主要建设中药口服液、中药固体制剂等智能化生产线及相应的配套、能源辅助系统。项目占地213亩,总建筑面积18.8万平方米,主要建设中药口服液、中药固体制剂等智能化生产线及相应的配套、能源辅助系统。
项目新上中药口服液、中药固体制剂等智能化生产线包括前处理生产联动线、提取浓缩设备、喷雾干燥设备、制剂设备、包装设备、物流仓库设备等共计2000余台(套)。项目采用“5G+工业互联网”智能化技术,新上SCADA、WMS、WCS等系统,能源管理系统、全流程溯源系统和自动包装系统等,实现全厂区的生产、物流、能源、人员管理的全部数字化采集、药渣综合利用体系,打造自动化、数字化、智能化、绿色化的智慧园区。

图1 公司LOGO
二、企业在智能制造方面的现状
山东宏济堂中药生产项目,项目主要建设中药口服液、中药固体制剂智能化生产线及相应的配套、能源辅助系统。项目新上智能化前处理生产联动线、提取浓缩设备、制剂设备、包装设备、物流仓库设备等共计2000余台(套)。项目采用“5G+工业互联网”智能化技术,新上SCADA、MES、WMS、WCS系统,能源管理系统,溯源系统和自动包装系统,实现全厂区的生产、物流、能源、人员管理的全部数字化采集,打造自动化、数字化、智能化的智慧园区。项目全线达产后,可实现年产16亿支/袋口股液、6000批次中药固体制剂,新增年销售收入620000万元,利税125000万元。
1.建设数字化工厂,提升中药生产过程自动可控
本项目利用网络技术、信息化及物联网技术改进现有工厂的管理能力,以MES系统为核心,带动厂区内多厂区、多部门之间的互联互通,使用PAT(过程分析技术)进一步实现工厂人、机、料、法、环、测等生产要素的全面连接,辅以SCADA系统和DCS系统,实现设备运行数据的实时采集和控制,清楚掌握生产进程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预,以及合理的生产计划编排与生产进度;将《药品生产质量管理规范》融合于平台各过程中,通过平台自动建立完善的质量保证体系;建立集团化WMS,实现集团视角的物流监控、多仓联动、库存共享。按照紧急程度,正在进行ERP、WMS、WCS、温湿度监控、能源管理平台、电子监管码等项目,目前正在有序的实施。

图2 数字化工厂建设示意图
2.建立药品生产过程的全流程溯源体系
本项目建立药品生产过程的全流程溯源体系,从供应商选择、原辅包等物料入厂、产品的整个生产过程、成品包装入库及产品发运等均有记录,过程可查。另外,项目计划上线“码上放心”和宏济堂溯源查询系统2套溯源系统用于产品的信息追溯,通过与ERP、MES等系统的数据打通,消费者可通过扫描条码或二维码查询产品流向及相关原料批次、供应商信息、产品检验报告、工艺流程、包装样式等内容。有效实现了产品的来源可知、去向可追、质量可查、责任可究。
3.引进行业领先的自动化设备
该项目从药材前处理到成品入库,无论是单机设备还是联动线,均选用国内一线品牌,采用DCS(PLC)控制系统、先进的伺服控制系统以及优良视觉传感技术,实现了精确的位置定位,实时的过程监控,快速的质量预警。灭菌物流设备、内外包装联动线等设备配备了智能机器人,实现了生产全过程的无人操作;自动灯检机不仅实现了全过程无人值守,设备还能通过大数据识别,具备了自学习功能。设备投入运营后不仅可节省劳动力40%,还将切实提升产品质量。
4.采用高效提取技术
本项目采用投料、提取、浓缩、辅助等四个方面的高效提取技术,可减少人工干预,保证产品质量稳定性,提高生产效率。投料方面:采用WCS系统与DCS系统、AGV系统通讯,通过信号传输,实现自动投料的功能。提取方面:合理布局工艺管道,采用DCS系统进行全程控制,部分设备及管道采用单点反馈信号,保证了产品生产的安全性,提升工艺符合性。双效浓缩方面:采用单机版自控,一对一真空泵,可以更好的控制浓缩过程,使药液在较低温度下,实现浓缩。辅助方面:凝水回收机组利用蒸汽凝水对饮用水进行换热,实现热量回收利用,达到节能降耗的目的(每年可节约新鲜蒸汽耗量约8%-10%);卧螺离心机回收冷沉沉淀渣中废乙醇,降低安全风险。
5.建立高效、安全、环保的药渣资源化综合利用体系
本项目投产运营后产生的药渣为一般工业固废,满产后中药渣原材料年用量约2.1万吨,预计日产生中药渣130吨左右,根据药渣产生的实际情况,前期处理方式为委托生物质电厂进行焚烧处理,后期根据药渣产生量情况计划进行药渣有机肥处理。焚烧处理是利用了药渣主要成份为生物质特点,将药渣彻底燃烧,从而达到无害化处理的效果。同时,在燃烧过程中还可以产生热能,可以用来供热或者发电,能够为社会带来经济效益。焚烧处理是一种高效、安全、环保的药渣处理方式。根据实际产生药渣的情况,计划未来采取对药渣更为充分的利用方式,根据药渣成分为含纤维素、木质素、生物碱、矿物质的特点,使用现代有机肥技术,将药渣制成生物有机肥,实现药渣废物利用,变废为宝。药渣制成的生物有机肥、药源种植专用肥等功能肥,可用在育苗种植基质,食用菌栽培基质,土壤改良剂等领域。
6.建设智能化口服液生产示范线
本项目将聚焦中药传统制造的痛点与难点,针对中药质量特点和生产特点,基于中药新型制造新模式,以效/毒质量标志物全过程控制为核心,与山东大学合作开展中药现代智能化制造全过程质量控制关键技术研究与制药装备开发,应用于口服液的智能制造示范生产线建设。
本项目创新开展基于功效成分的中药口服液、中药固体制剂质量控制关键技术研究,实现中药制造全过程质量控制、全流程信息追溯,建成中药智能制造示范生产线。本项目可实现复方西羚解毒胶囊、血府逐瘀口服液、雏凤精、海龙蛤蚧口服液、前列欣胶囊等中药大品种改良及金贝口服液等中药新药自主创新成果的产业化。项目全部达产后,可年产16亿支中药口服液、6000批次中药固体制剂,预计实现产值62亿元,实现利税12.5亿元,新增就业1000余人,全面提升宏济堂中药口服液及固体制剂的产业化科技水平,推动山东省中药产业的技术提升和转型升级,全面实现中药现代化建设。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1、项目背景介绍
中药现代化就是在继承和发扬我国中医药优势和特色的基础上,充分利用现代科学技术的理论、方法和手段,借鉴国际认可的医药标准和规范,研究开发、管理和生产出以“现代化”和“高技术”为特征的“安全、高效、稳定、可控”的现代中药产品,使中药产业实现“大品种”“大企业”和“大市场”,成为具有强大国际竞争力的现代产业和国民经济新的增长点,扩大我国中药在国际市场上的份额。
随着科技的飞速发展,医疗领域也在不断的探索和创新,中药现代化为人类健康提供了更多的保障。近年来国家出台多项政策大力支持中医药产业发展。山东作为中医药大省,中医药历史积淀深厚,名家辈出,极为重视中医药产业发展。
宏济堂制药是山东省百年中药制药实体企业,山东省百年品牌重点培育企业,拥有山东省中医药治疗呼吸系统疾病技术创新中心、中医药发展战略研究中心、山东省博士后创新实践基地等10余个科研创新平台,承担着国家及省级多项重大课题研究。
宏济堂制药作为中医药龙头企业、山东省十强产业“雁阵形”集群龙头企业,遵循中医药发展规律,传承精华,守正创新,加快推进中医药现代化、产业化。宏济堂制药围绕现有151个文号,持续加大中药大品种改良和中药新药等自主创新成果产业化,并在济南市莱芜区建设自动化、数字化、智能化、绿色化的中药现代化生产园区,对于实现宏济堂制药高质量发展,提升中医药产业的发展水平、满足市场需求、推动产业升级和转型具有重要意义。
2、项目实施与应用情况详细介绍
建设地点
工厂位于山东省济南市莱芜区口镇街道,金安街以北,汇河大道以南,珠海路以东,珅诺基药业以西地段。项目所在地交通便利,地理位置优越,能够满足项目建设需要。
场地条件
山东嬴城控股集团根据宏济堂制药的技术要求进行厂房代建,宏济堂制药负责设备的采购,厂房建成投产后宏济堂制药先租赁使用,五年以后宏济堂制药通过回购厂房的方式将厂房等资产回购到宏济堂制药名下。
市政配套条件
(1)供电
在厂区设置10kV高压开闭所,用电主要是生产设备用电和照明用电。项目10kV电源引自110kV智产站共3路,其中2路电源由站内直接配出为专用线路,第3路电源自智产站不同母线配出环网柜T接提供。2路10kV专用高压回路,用于全厂所有负荷供电,第3路电源作为一二级负荷备用电源。同时,从市政电网网环线路引入1路10kV高压源,作为全厂应急负荷备用电源。
(2)供水
市政方面暂时先提供一路DN300,0.3MPa给水接口,日后根据需要可增加接口。接入点位于珠海路以东,从综合仓库与综合制剂车间之间接入厂区。市政供水,水质优良,口镇设有自来水厂供水稳定,项目区周围自来水已形成闭环,其他地方发生漏水现象不会影响供水。本项目厂区所有生产、生活给水均采用二次加压供水。
(3)排水
本项目厂区外敷设有市政排水管网,排水系统按“清污分流”“雨污分流”的原则进行系统划分,雨水井收集后进入雨水收集池绿化回用,多出的雨水直接排入市政雨水管网。厂区设有污水处理站,生产、生活污废水经污水站处理后,排入市政污水管网。项目污水处理站污水处理能力满足厂区污水处理要求。
(4)供热
使用蒸汽供热,所需工业蒸汽来自市政蒸汽管道,厂内不设置锅炉房。
(5)供气
本项目联合厂房二层设置空压机房,配备两台空压机;提取车间一一层设置空压机房,配备两台空压机;提取车间二一层设置空压机房,配备两台空压机;提取车间三一层设置空压机房,配备两台空压机;综合制剂车间一层设置空压机房,配备两台空压机。为各生产车间提供压缩空气。
(6)制冷
冷水机组设在车间内,每个单体设置各自独立的供冷系统。
(7)厂内道路
为满足厂内外交通运输及消防要求,厂内道路平行于主要建筑物,其他次干道与主干道呈正交环状布置。厂内道路设计为城市型砼路面,路面设计符合生产运输及消防要求。
(8)厂内外运输
本项目厂区外部运输采用车辆运输,由自备车辆及社会车辆解决。厂内运输采用装载机、自卸汽车、叉车及手推车完成。
本项目充分利用土地,保证了全厂道路环通,以满足运输和消防的需要。
厂内原料的运进以及成品运出皆以公路运输为主,人、货流无交叉返复。
运输能力由公司及社会运输车辆共同承担。

图3 项目地理位置图

图4 项目周边环境
智能制造规划
莱芜公司在最开始的时候便将数智化建设理念融合到智慧园区、厂房及工艺的设计中,以数字化、智能化、无人化为基准进行规划,在整个公司层面对厂区的整体推进思路进行了统一的认识,对于智能工厂的建设目标有明确的了解。

图5 公司智能制造规划
所有的智能制造离不开一个可靠的底座,所以我们首先规划了智慧园区的建设,基于立体安防的理念,规划安防、监控、门禁、车辆、人员定位、智能灯杆等模块;数据中心采用超融合方案,承担公司的所有业务系统;网络安全方面规划了办公网、工业网、监控网三张网络,实现物理隔离,对于所有工控机,采用工控卫士来进行安全防护,最大程度上对可靠性进行保障。
其次智能制造方面,对于各个业务系统基于精益理念,对所有的业务流程进行了端到端梳理,制定了纵向与横向的贯穿及打通。

图6 业务流程梳理
在设备的招标阶段,我们要求了统一的PLC品牌及型号,并对于数据字典、点位表等方面也进行了要求,这样对于设备的互联有了保障。
对于车间的自动化,我们进行了大胆的尝试,设计了原药材仓库的自动出入库、自动配料、自动投料、DCS、箱式运输线、立体仓库等各个车间的自动化设计,并通过信息系统,将这些自动化的车间连接起来,实现了厂内上下游的业务联动。
智能化改造整体建设方案
本项目采用智能化的制药设备和检验仪器以及 ERP/MES/LIMS/WMS等软件系统,结合智能化投料和运输、机器人技术、DCS远程控制系统,构建成数字化工厂系统模型和企业核心数据库,搭建了与生产过程控制、生产管理系统互通集成的实时通信与数据平台,实现了生产设备运行状态的实时监控、故障报警和诊断分析,实现了生产系统全过程智能化、数字化跟踪追溯。项目符合国家食品药品监督管理总局的药品GMP标准,实现整个园区信息的数字化采集,打造全省首家自动化、数字化、智能化的中药智慧园区,推动中药制造业的智慧化进程。
本项目通过ERP、WMS、DCS、SCADA等软件系统和遍布车间内部各个工序的自动化投料、物料自动转运、机器人设备实时联通,形成一套完整的物流系统,无需现场人工干预;物流系统对物料转运最小单元实行一物一码管理,使物料在入库、存储、转运、投料等各个环节,实现可追溯性,杜绝认为因素引发的混淆,保证物料在各个环节的高可靠性;生产系统通过对根据生产订单的下达,软件系统自主调节生产节拍,满足产品大批量生产的需求。通过各个软件系统与智能化硬件的愚弄,实现了产品全生命周期的自动化、信息化、智能化。
项目智能化改造建设情况
智能化项目的建设目标
山东宏济堂中药生产项目本着高起点规划、高标准建设、高效能管理的原则,已建成5幢生产车间、两栋仓库、一幢综合楼、质检楼以及无污水处理厂、危化品库等建筑。通过各种软件系统和智能硬件系统的打通,智能园区建设目标分为以下五个方面:
提高生产效率:通过引入智能化设备和系统,实现生产过程的自动化和智能化,提高生产效率和产能。智能化设备可以自动完成生产任务,减少人工操作,提高生产效率和质量。
降低生产成本:智能化生产车间可以减少人力资源的使用,降低人工成本。EMS能源管理系统可以更加高效地利用资源,减少能源和原材料的浪费,降低生产成本。
提高产品质量:智能化生产车间可以实现自动化的质量控制和检测,减少人为因素对产品质量的影响。智能化设备可以实时监测生产过程中的各项参数,及时调整生产参数,保证产品质量的稳定和一致性。
提高安全性:智能化生产车间可以通过自动化设备和系统来替代危险和重复性的工作,减少事故和伤害的发生。SCADA系统可以实时监测工作环境和设备状态,及时预警和处理潜在的安全风险。
实现可持续发展:智能化生产车间可以通过优化资源利用和能源消耗,减少对环境的影响。智能化设备可以实现智能调度和优化生产计划,减少生产过程中的浪费和排放,实现可持续发展的目标。
建设内容
中药生产智慧园区架构:

图7 智慧园区架构图
ERP系统
通过上线金蝶ERP,整合公司内部资源,提高各个部门之间的沟通和协作效率,对公司内部各种业务流程进行优化和改进;可提供给公司管理人员实时、准确的信息,帮助管理层更好的管理公司。
ERP融合GMP管理业务流程:

图8 ERP融合GMP管理流程
ERP系统建设模块以及主要管理流程:
财务云:总账、报表、固定资产、出纳管理、应付管理、发票管理、应收管理、成本管理。
供应链云:销售管理、采购管理、库存管理。
制造云:工程数据管理、生产管理、计划管理、车间管理。
质量云:质量管理、质量追溯、异构系统接口。
ERP系统与各个生产系统之间数据交互:

图9 ERP与生产系统之间交互流程
智慧仓储系统(WMS)建设
宏济堂莱芜分公司为了更好地服务于当前生产需求并契合公司未来发展规划,推动仓储环节的精细化管理,并提高工作效率。计划通过本次项目的实施,建立宏济堂莱芜分公司仓储管理系统,支持出入库管理的收货、验收、上架请验放行、领料/成品发货、拣选、退货、移库 、作业、调拨、盘点、库存调整、物料状态管理、预警管理等作业层功能,以及统计报表、决策 分析、可视化管理和绩效管理等管理层功能。最终实现仓储管理数字化、精准化、智能化,提高工作效率、质量和可追溯性,降低仓储环节的运作、人工与时间成本,增强公司的整体竞争 能力。最终达到以下业务管理要求目标:
(1)引入一套严谨、稳定、高度可扩展性的WMS系统,通过信息化系统全面跟踪和监控仓储 管理各个业务环节,最大限度提升仓库的空间利用率,合理控制库存存量,满足全天候生产要求,同时增加产品周转率;
(2)WMS系统实时对物流中心的全程作业进行管理,WMS系统与现在运行的金蝶 ERP等业务 系统建立无缝对接,实现物流和信息流的统一及实时同步;
(3)提供条码化的作业管理流程,引入无线作业设备,并与设备厂商密切配合,与多种现 代化物流设备安全稳定地进行对接,提高作业效率和准确率;
(4)物流中心全程作业管理,建立QC质检、上架、订单处理、拣货、配送、调货、退货等 各作业环节的处理规则,灵活准确的指导物流中心作业;
(5)通过系统对产品批次和单品的管理,实现对整个物流仓储过程的原材料及成品质量跟踪、追溯管理;
(6)WMS系统对于拣货作业任务的合理派发,优化拣货方式和拣货路径,实现快速、准确拣 货,提高配送效率;
(7)支持人员绩效KPI数据考核,同时提供灵活、多样化报表和报表工具,实时掌控库存情况,合理保持和控制企业库存;
(8)系统必须满足宏济堂信息安全要求,并在上线前通过安全测试。

图10 各系统层级图
项目要求
提升仓库整体作业效率和信息化水平,并与金蝶 ERP、时空 ERP 系统、赋码系统、WCS 系统、MES 系统、LIMS 系统、第三方物流系统等系统实现信息集成。
推进批次及库位管理信息化,借助系统业务执行策略配置实现物资出入库业务的自动推荐,提升仓储物资管理的信息化和智能化水平;
实现仓库管理的信息化和库位可视化;
WMS 业务流程可以满足不同仓库的多种作业流程的并行;
降低仓储管理人员数据录入工作量,提升仓库账务处理的及时性,并与 ERP 等系统实 现信息的及时同步,为了 ERP 的生产排产提供数据支持;
提供 WMS+WCS 系统,实现硬件设备的统一调度和集成,降低运维的成本;满足 GMP 和 CSV 认证的要求,配合完成 CSV 认证文件;
满足 GSP 管理要求;
为公司实现产品的全流程追溯提供基础保障和数据支持;
图11 仓库管理流程图
项目实施范围
本项目实施范围包含了宏济堂位于莱芜生产基地的自动化立库和平库,其中原材料仓库 (平库)、两套立体库,涉及的部门:GSP商业公司、物料中心、生产计划下达部门、生产部门、质量部门等。
原料仓库(原料出入库业务,提高库内作业效率,准确性,仓库利用率,实现货位管理,批次管理,库龄管理,预警管理等;
实现关键物料的条码管理及出库频次管理;
实现仓库“库位”管理及物料生命周期“履历”管理;
与金蝶 ERP、时空 ERP 系统、赋码系统、WCS 系统、MES 系统、LIMS 系统、第三方物流 系统等系统的对接;
统计分析报表;
接口:实现 WCS 等设备对接;
系统验证:提供技术文件,协助完成 GMP、GSP 等系统验证。
系统功能说明:

图12 物流系统功能说明图
温湿度监测系统
温湿度管理系统:通过分布在仓库内各个区域的检测设备,实现整个仓库的温湿度监控。能够在温湿度达到一定的阈值时,自动通过微信、短信、电话等方式发送警报。本项目为交钥匙工厂,需供方完成方案的深化设计,设备的制作、卸车、安装、调试及验证指导工作。
项目建设范围
温湿度自动检测系统:客户端;
温湿度管理平台:多区域(客户端)集中监测管理;
微信报警平台:微信报警;
测点位置确认:现场采集数据分析确认温湿度测点安装具体位置,并出具位置确认测试方案及报告;
温湿度系统验证:4Q验证。
项目建设内容
项目测点位置确认:现场采集数据分析确认温湿度测点安装具体位置,并出具位置确认测试方案及报告;
企业微信报警平台:
通过平台实现监测点位超限后推送微信报警信息;

图14 企业微信报警平台
仓储物流系统(WCS)建设
项目概述:本项目业务包含综合制剂车间、综合仓库和成品仓,实现三个仓库间的物料流动,并通过连廊实现三个仓库间的联动,具体包含中药加工所使用的包材、辅材存储供应及成品的存储和发货作业。存入综合仓库的包材和辅材通过连廊向综合制剂车间产线供应,综合制剂车间24h进行成品加工作业,加工完成后的成品下线,至综合仓库码垛后入库,并实现在综合仓库和成品仓库间的调拨和发货作业。综合制剂车间、综合仓库和成品仓库之间通过连廊连接,并由潜伏式 AGV 实现货物水平运输。


图15 仓储物流系统(WCS)建设效果图
仓储物流系统建设内容
综合制剂车间:
综合制剂车间共分为三层,均为加工生产车间,一层和三层加工车间成品经箱式输送线至料箱式提升机处汇合到二层,并在二层连廊处通过箱式输送线运输至综合仓库。每个产线下料口对应一台提升设备,输送线距离地面三米高度,保证输送线下人员通行便利以及安全性。
综合仓库:
综合仓库共分为四层,用于存储药品成品、包材和辅材。9 个巷道的单伸 AS/RS 托盘立库实现成品(阴凉库)和包材(常温库)的存储,成品仓区6个巷道,共计11520托盘位;包材库区3个巷道,共计5688货位;因此综合仓立库共计17208托盘位。辅材存储于三楼地堆区,共计475托盘位。成品自制剂车间下线后,通过二层连廊运输至综合仓库多穿库,或直接至机械手处码垛(3 台机械手,一台机械手对应两个码垛工位),多穿库有2个巷道,4台出入库提升机,12台灵动穿梭车,共计储量3384箱位。
一层为辅材、成品收货区,以及成品发货区(主要为整托发货和在线整箱拣选发货)。二层为成品的码垛区域,机械臂码垛完成后存储至AS/RS立库。辅材和包材通过二、三层连廊运输供应至综合制剂车间生产线。
成品仓库:
成品仓库共三层,用于存储药品成品。8个巷道的单伸 AS/RS 堆垛机,立库实现成品的存储,8个巷道,共计18240托盘位。一层为成品发货区,二层为成品入库区,成品入库由综合仓库,通过连廊调拨转运至成品仓入库。

图18 成品仓库工艺布局图
WCS控制系统:
WCS 系统主要是指对仓储数字化设备进行调度、监控层面的软件,它的主要任务是监测仓库状态,接收上层仓储管理系统发出的作业任务并进行分解和调度,生成与物流设备相关的作业指令,并且发送作业指令给具体的智能物流设备执行;同时,仓储控制系统接收智能物流设备,并向仓储管理系统上传作业任务的执行情况和设备状态等信息。仓库设备控制系统(WCS)是仓库管理系统(WMS)和物流设备之间的桥梁,负责读取WMS 数据,并将数据转化为物流设备调度信息,协调、调度底层的各种物流设备,使底层物流设备可以执行(WMS)的业务流程。接收 WMS 通过接口输送的任务、将任务执行状态通过接口传输到 WMS、任务状态查询、支持人工设定任务的优先级。
自动投料系统
通过工业网络将智能化设备变为智能化系统。在构建系统时,尽力提高设备的智能化水平。AGV小车、机械臂、输送机、WMS、WCS等系统并行集成、并行采集,每个子系统不但能够独立运作而且顶层能够实现策略的管控,减少设备系统之间的耦合度,在各个子系统之间通过智能仓储管理系统(WMS)进行联结,在平行串联的基础上实现整个系统的智能化、柔性化,达到高内聚低耦合。在将来发展的基础上,能做到本系统与外部系统沟通和协作,实条近现整个系统的有效运作与监控。
仓储投料系统整体流程:

图19 仓库投料系统流程图
系统由仓储管理系统、仓库控制系统、仓储物流以及自动投料系统组成。
原药材仓储物流规划
原药材以 1900x1500x1800m 仓储笼作为载具进行仓储物流,由AGV进行点到点配送。

图20 仓储物流规划图
原药材仓储物流,规划AGV系统、称重系统、提升机系统,物流配送搬运、跨楼层输送等;
自动物流系统与WMS系统对接任务指令,完成作业后返回作业完成信息;
原药材作业区域为联合厂房一楼、二楼、三楼,楼层通过提升机进行联通,AGV可通过提升机进行换乘,实现点对点的配送;
一楼收发区人工进行组盘扫码作业,投标方根据招标方WMS指令调度AGV进行搬运入库作业;
1F/2F/3F分别有原药材存储平库区域、原药材处理区域,用于原药材存储、原药材前处理;
前处理完成后,净药材标准托盘人工上线到南侧各层提升机入口,由提升机输送到4楼,AGV作业进行净药材存取;
净药材处理完成的空仓储笼,由AGV潜伏车配送到库区暂存或一楼空仓储笼放置区收货区有呼叫需求时,由AGV搬运到收发区。
净药材仓储物流
净药材以周转箱进行存储,以1200x1000托盘为载具,每托可放5箱*4层,20箱/托。1/2/3 层净药材操作间的净药材托盘在提升机入口输送机进行上线,由提升机转运到4楼;4楼空箱托盘由AGV上线到提升机入口,由提升机配送到1/2/3楼各净药材处理间。

图21 净药材仓储物流图
配料系统
配料系统配置托盘输送线、箱式输送线、机器人拆/码垛系统、称重系统、箱盖自动开盖系统、投料系统、投料箱输送线、清洗系统等。
系统完成净药材托盘上线后自动拆卸、自动称量复核、自动开盖、自动倒料、载具自动清洗、空箱自动合盖、空箱自动码垛、托盘自动供给作业,系统实现无人值守可自动运行。

图22 配料系统布局图
机器人拆垛系统
系统由一套机械臂系统组成,可满足系统作业效率要求,兼容拆、码作业,预留拓展区域,可根据需要增设一套机械臂。系统配套拆码盘一体机、拆垛后空托盘自动收集堆叠、空箱码垛空托盘自动供应。

图23 机器人拆垛系统
开/合盖系统

图24 开/合盖系统
规划通过行架机械手进行开盖和合盖作业,满箱开盖后,盖到空箱上,由机器人码后统一防护车间。
设置箱盖缓存区,箱盖不平衡时可进行缓存。箱子流程为在线,满箱和空箱箱盖配比平衡。
净药材配料系统

图25 净药材配料系统
罐区自动投料
罐区配备投料设备天方地圆,与灌口对接,投料配置快速卷帘门,2个投料罐口配置1 套除尘设备。
AGV 路线双通道布局:
AGV配送到指定投料罐口,控制卷帘门打开、除尘设备开启;
AGV完成投料后投料框回正驶离,控制卷帘门关闭、除尘设备关闭。

图26 罐区自动投料布局图
SCADA、MES系统
项目生产设备包含联合厂房、提取二车间、制剂车间设备,对接平台包含能源平台、WMS系统、WCS系统、ERP系统、空调自控系统等公共系统,项目建设详情:
采用专业SCADA平台,建设全厂数据采集与监控(SCADA)系统平台。
实现前处理厂、提取二厂、综合制剂厂生产设备、公用设备数据采集和实时监控。
利用车间内部生产网络,实现设备集成、各车间互联互通,建设生产网络。
实现SCADA系统与DCS、PLC、空调自控、能源系统等系统对接。
车间内楼层、关键产线、关键设备3D、2.5D建模与视频展示。
打通MES和SCADA的全数据接口。
采用专业MES平台,建立全厂符合制药企业生产规范的生产制造执行系统。
MES实施范围为为联合厂房、提取车间一、提取车间二、综合制剂、综合仓库、成品仓库、质量中心,涉及口服液、片剂、胶囊剂、颗粒剂的*个品种*个规格。
MES系统须实现生产过程全流程,包括生产计划、物料管理、生产执行、电子批记录、审计追溯、谱系追溯、生产成本核算管理等的全流程数字化管理控制。

图27 MES平台流程
网络建设以及数据中心
宏济堂莱芜工厂项目自建企业网络与数据中心,企业网络包括核心网络、办公网络、生产网络;数据中心包括服务虚拟化、网络安全、工业信息安全等。
总体网络架构
企业网络建设是指为企业设计和搭建一个稳定、高效、安全的网络环境,以满足企业日常办公、业务发展和信息传输等需求。企业网络建设包括网络规划、网络设计、网络设备选型、网络布线、网络配置、网络安全等方面。

图28 总体网络架构
互联网出口设备依次为负载均衡AD,下一代防火墙AF,均为主备模式,保证高可用性,下联上网行为管理设备。
三台核心交换机组成链路环网,下联汇聚交换机,采用双联路连接方式,实现链路冗余。
核心交换区旁路部署态势感知探针用于获取镜像流量,传输给态势感知平台用于安全分析;旁路部署无线控制器,控制厂区的室内室外无限AP;核心交换机旁路部署BBC集中管理平台,用于管理AF、AC、SD-WAN等设备。
核心交换机旁路部署两台sdwan设备用于组网,采用主备模式,保证高可用性。
核心交换区到生产楼汇聚中间部署工业级防火墙。
车间内生产网络
车间内生产网络分为垂直主干子系统与工作区管理子系统组成。单楼层内敷设环形万兆光缆,由工业交换机进行连接,具有抗干扰、抗电磁干扰、工作温度范围广等特点,能够适应工业环境的苛刻条件;楼层间用万兆光缆连接,在单层建筑内的弱电机房汇聚至园区总机房,通过工业网关连接至核心网络,进行数据交互。
计算中心建设
宏济堂莱芜园区计算中心采用虚拟化建设方案,集合杀毒、备份、工业主机防护等措施,保证数据安全。

图29 计算中心建设图
超融合节点:品牌为DELL EMC专业服务器硬件厂商。本地有专业售后服务中心及大型备品库。可对硬件节点及超融合节点综合问题处理。
超融合软件:采用VMware,全球市场占有率近50%,最高稳定性,及先进性,有权威KB库,使用安全可靠性,维修的便捷性最高。
杀毒软件:使用亚信虚拟化杀毒及物理机杀毒,自有最大的服务器安全病毒库,非第三方PC病毒库。
备份系统:采用Veritas专业备份系统,内置IPS、IDS、Selunix、不可变存储等专业勒索病毒防护。
工控主机防护:使用六方云主机工控安全,专业白名单防护,非服务器及PC主机防护,保障工控主机稳定性稳定性高,防止误杀。
3、效益分析
项目新上中药口服液、中药固体制剂等智能化生产线包括前处理生产联动线、提取浓缩设备、喷雾干燥设备、制剂设备、包装设备、物流仓库设备等共计2000余台(套)。采用“5G+工业互联网”智能化技术,新上SCADA、WMS、WCS等系统,能源管理系统、全流程溯源系统和自动包装系统等,实现全厂区的生产、物流、能源、人员管理的全部数字化采集、药渣综合利用体系,打造自动化、数字化、智能化、绿色化的智慧园区。
智能工厂整体关键工序数控化率提高 15%,关键设 备联网率提高 25%,机器人数量52台,生产效率提高 40.9%,生产运营成本降低31.81%,产品不良率降低40%,单位产值能耗降低10.5%。
通过引入智能化设备和系统,实现生产过程的自动化和智能化,提高生产效率和产能,缩短订单完成周期。智能化设备可以自动完成生产任务,减少人工操作,提高生产效率和质量。降低人工成本。EMS能源管理系统可以更加高效地利用资源,减少能源和原材料的浪费,降低生产成本。还可以根据药渣产生的实际情况,前期处理方式为委托生物质电厂进行焚烧处理,后期根据药渣产生量情况计划进行药渣有机肥处理,达到原料利用率最大化。并且智能化生产车间可以实现自动化的质量控制和检测,减少人为因素对产品质量的影响。智能化设备可以实时监测生产过程中的各项参数,及时调整生产参数,保证产品质量的稳定和一致性,降低产品不良品率。