MES在制药行业的应用研究

石　油　化　工　自　动　化,2004,5∶65

AUTOMATIONINPETRO2CHEMICALINDUSTRY

MES在制药行业的应用研究3

孙旨义

(华北制药集团倍达有限公司,河北石家庄　052165)

　　摘要:根据制药行业的特点和MES(Manufactu2ringExecutionSystem)设计的理念,阐述了制药行业MES应用的特点,以及如何应用MES,在整个生产流程过程中有效地贯彻实施GMP管理。　　关键词:制造执行系统;制药;GMP规范;cGMP规范;FDA规范

　　中图分类号:TP273　　　文献标识码:B　　　文章编号:100727324(2004)0520065204

1　问题的提出

随着中国经济的发展和全球化进程的加快,中国的制药企业,尤其是大型制药企业集团,更是面临着前所未有的挑战。通过IT技术的引入使集团公司把曾经分散的业务和生产过程合并成为一个高效、完整的整体。通过公司内部局域网、互联网和先进的软件应用,公司管理层能全面控制各车间和处室的业务活动。

但是,医药行业是特殊的管制行业,为帮助制药企业把安全有效的产品及时推向市场,并且在使用中监管产品及其安全性来增进和保护公众的健康,强制执行GMP(GoodManufacturingPrac2tices)管理规范,通过规范生产流程,实现标准化生

手段之一。制造执行系统MES(ManufacturingExecutionSystem)可在整个生产流程过程中有效地贯彻实施cGMP[1]。2　MES面向生产过程MES是一个立足于整个企业生产活动的计算机系统。利用MES的管理手段和信息,企业可优化从制定产量到管理最终产品的整个生产流程中的各个环节。利用实时、准确的数据,MES指导、管理、记录企业各项生产活动,为企业提供及时准确的信息,使企业及时根据外界环境的变化调整生产。其结果是企业的无效益生产活动减少,企业生产效益提高、生产设备利用率提高、产品质量提高、库存降低、供货周期缩短,最终使得企业的盈利水平得以提高。

尽管制造技术和计算机软件水平近年来有了飞速发展,很多生产企业基本上还是20年前的方式管理企业的生产活动。旧有的信息管理和生产管理方式已不能满足新的生产环境的需求。随着竞争的激烈化,市场的全球化,传统的“生产大量产品,维持一定库存”的生产经营模式已经落后,与此相连的静态组织结构的商业模式已不再适用。企业需要采取快速变化、高度灵活的组织结构和生产,在最短的时间内,以最低的成本生产出满足当前客户特定需求的产品。如果没有能够实时制定计划、安排生产的系统,保证生产策略得到快速

　　3制造信息化示范工程　03213562D　　收稿日期:2004206210

作者简介:孙旨义,(1965-),男,河北正定人,1986年毕业于河北大学精密仪器专业,学士学位,现为华北制药集团倍达有限公司主控室主任,高级工程师,从事基础自动化、控制系统、先进控制系统应用、工厂综合自动化集成、Batch应用等工作,主持倍达有限公司ERP应用开发、MES的应用与开发等河北省重点信息化建设项目。

产过程。几年前,卫生部就推出分阶段强制推行GMP的实施汁划:

1)新开办企业/车间必须通过GMP认证,方

可发放《药品生产企业许可证》。

2)在规定的期限内未通过GMP认证的企业,将不换发《药品生产企业许可证》,如粉针剂、大容量注射剂生产企业必须于2000年底通过GMP认证;小容量注射剂生产企业必须于2002年年底通过GMP认证等。

3)申请3,4,5类新药和仿制友好生产企业必须取得相应剂型或车间的GMP证书。

从国际上来看,产品要进入欧洲市场,要按照cGMP(currentGoodManufacturingPractices)规范进行生产并通过认证:产品要进入美国市场,要按照美国食品和药品管理局FDA(FoodandDrugAdministration)规范进行生产并通过认证。

由于FDA对生产流程和产品质量的严格要求,制药企业一直都在寻求优化生产流程,规范生产过程,积极争取通过FDA认证。应用合适的计算机生产管理系统是帮助企业实现cGMP的有效

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高效地实施,企业就跟不上外界的变化。因此制造

企业要跳出传统的“计划—生产”的模式,转向“执行—驱动”的模式。

MES具有动态调整生产计划、合理安排生产的能力。采用MES后[2],企业可以动态安排生产量、及时根据市场的变化,调整生产,缩短产品周期、在增加产量的同时降低生产成本和控制合理的产品库存。MES规范企业生产过程,确保各项生产活动都是经过优化、减少浪费、提高生产效率的。MES使企业能够有序地利用其资源。MES合理安排生产人员,确保胜任其工作岗位,最大限度地

发挥操作人员的潜能。MES协调后勤维护和车间的生产,使得资源利用率始终保持较高水准。MES根据生产流程之间的依赖关系,动态安排工作量,并据此安排生产及其所需的资源。MES实时追踪车间的生产情况,及时沟通生产情况和出现的问题,迅速消除阻碍生产的因素。MES使得企业能够事先察觉到潜在的问题和生产中可能出现的瓶颈,及时采取行动,让各方面能够协调有序地工作。MES不仅能为企业提供完整的制造信息,还可为企业带来全球的竞争力。其具体网络结构如图1所示。

图1　网络结构

3　MES的主要功能

一般的MES功能通常被归纳到一组相关的

功能集,这些功能互相配合,提供了几乎适用于管理各个类型企业的信息平台。企业管理人员、质量管理人员、后勤维护人员、文档和调度管理人员都可以在MES中找到他们适用的工具。MES的典型功能主要具有以下几个方面。

1)生产资源的调配和管理。提供资源详尽的既往使用记录,在生产中可供使用资源的实时状态信息,保证资源处在最佳状态。这些资源包括设备、工具、人员(要求具备特殊技能的人员)、原材料和生产产品信息文档。信息必须是具备可维护和可利用性能,必须具备忠实的有效性。

2)生产计划安排。根据优先级、特性、资源和流程间的依赖关系安排生产,优化生产流程并最大限度地减少重复劳动。按照操作的可替代性、并行性和重叠性,计算出详细精确的时间表、设备

利用表。

MES层通过对生产设备和人力资源等生产要素的分配来控制生产流程。包括批量控制系统的启动、生产顺序的发布,以及生产运行启动指令。

3)生产过程管理。监督生产过程,自动地纠正或改进生产过程,或提供信息反馈给操作员。具有报警管理机制,以确保生产人员了解生产过程中出现的超出偏差允许范围的情况。

通常,实际的生产执行处于MES层功能以外的DCS,尤其是自动化生产水平较高的生产线更是如此。然而,当生产处于手动操作运行时,MES常常应用于对生产人员下达特殊的生产指令。MES生产执行功能能够分清手动和自动操作过程的各自职责。

4)配方管理。生产配方的编辑、验征、发布与管理。

5)生产文件归档控制。包括SOP(标准操作

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程序)、生产指令、配方、控制系统程序、工艺流程图表、批量生产记录、生产报警信息记录,以及除生产报表以外的其他一些生产文档资料。

6)劳动力管理根据劳动技能、工作方式,制定在各个批次生产中操作人员的使用。这些信息资料通常被保存在人力资源系统,但对于更加详细的数据信息资料通常都不会在人力资源系统中得到,在这种情况下,人力资源管理能够被充分考虑到并同时作为MES功能的一部分。

7)产品质量管理。产品质量的检验可以在线或者离线进行。在线实时采集质量信息,可以保证严格的产品质量,也能及时发现问题所在,并能够妥善解决所存在的质量问题;同时也支持产品质量的离线分析,最典型的是在实验室完成产品质量的分析。对从生产中采集的数据进行实时分析,以确保适当的产品质量控制,能够迅速发现需要引起注意的问题,并提供相应的解决方案。产品质量的管理是最重要的MES功能之一。

8)设备维护管理。维持企业生产运行过程中的生产设备、工具和仪器仪表的正常运行是企业生产运行最重要的功能。如果这些生产工具不是被集中在一个企业中,就可以考虑作为一种MES功能。维护管理保证工厂的设备处在良好的状态,正常完成工作任务。

9)批数据采集。生产数据信息采集功能所关心的是历史数据、事件数据、操作员的输入数据信息、操作员的操作记录,以及在产品生产过程中所产生的任何信息资料。并包括相关流程、原材料和人员、设备以及产品质量信息。

10)产品批数据追踪。MES层不但关心生产计划编制,而且还跟踪实际生产和计划的执行情况,这主要包括监控生产设备、原材料和人员在生产中的使用,用以建立相关产品的历史信息。可提供的状态信息包括该产品生产人、原料及供货商、批号、序列号、当前产品状况、以及相关的报警、返工、其他非正常生产信息和相应采取的改进措施。在线追踪功能产生的历史记录,用以追踪相关半成品和最终产品的相关信息。

11)产品批数据分析产品分析包括批生产数据信息分析、人力资源与生产设备的利用、生产操作流程和产品质量及成本的分析。这些生产数据信息通常应用于优化生产流程和资源配置。某些数据信息能够作为调整生产规则与调度的依据。

批数据分析还应包括对多批产品数据的批间差异分析。包括劣质批量生产或者不符合生产工艺的生产运行的数据信息分析,以便分析和测定所存在的根本原因;对异常批量生产质量或者高质量生产运行的数据信息分析,以便分析和测定优化生产运行的条件。4　MES是ERP和DCS信息沟通的桥梁

MES是在制造类企业中广泛采用的系统之一。其他系统包括企业资源计划(ERP)系统和各类控制系统(如DCS,PLC等)。MES立足于整个企业的生产活动,因此是各种不同类型系统的连接点。MES可以把其他系统和实际的制造状态和生产能力连接起来[3]。

MES国际联合会把MES定义为“MES能通过信息传递对从定单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理”,MES是处于企业信息管理层和过程控制层的操作控制系统之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行,强调企业信息系统和控制执行系统之间的通信和执行,把整个企业的信息系统和控制执行系统进行集成。

作为各种系统的连接点,MES向各类系统提供信息。ERP需要从MES获取“实际数据”,例如:成本、周期时间、质量信息、设备情况、产量、库存和其他产品性能数据。控制系统则从MES获取配方和工作指令。MES也从这些系统中获取信息来保证其信息在整个工厂中被有效地运用。MES依照ERP的计划来制定生产量。来自于控制系统的数据可帮助MES动态地分析实际的性能和操作环境。

MES和其他系统有重叠的管理领域。但不同的系统有不同的侧重点,这些重叠之处正是便于不同系统进行集成。MES主要致力于整个企业的生产,并具有极强的优化生产过程的功能。MES功能可被从工厂管理人员、质量管理人员、维护人员、文档、调度管理人员、操作员和技术人员等企业各类工作人员直接使用。MES的任务就是预测、指导、管理企业各种生产活动,并记录其结果。它可从整个企业的角度来看待生产、原料、人力资源、机器和设备的运用情况。整个生产情况,包括实际发生的情况和理论上应该发生的情况都记录在MES中。据此,MES可指导、监测企业整体的效率。它可采集性能数据来改善企业整体或个别操作流程,同时可在计划中体现集团企业对成本、原料和操作的预期。它以整体和局部的观念来看整个企业的生产活动,不仅能看到正在发生的事情,还可看到

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为了达到生产目的所应该发生的事情。没有任何

其他系统具有此项功能,或者提供类似的服务。5　MES在制药企业中的特殊应用

美国FDA的主要任务是通过制定一系列协助药品研发、临床试验和投产的指导原则,帮助制药企业把安全有效的产品及时推向市场,并且在使用中监管产品及其安全性来增进和保护公众的健康。当前规范生产流程cGMP是FDA在制药企业中推广的标准化生产过程之一。

由于FDA对生产流程和产品质量的要求严格,制药类企业一直都在优化生产流程,规范生产过程,积极争取通过FDA验证。寻找合适的生产管理系统是帮助他们实现cGMP的有效手段之一。MES可在所有影响产品质量特性和商业特性的生产活动中有效地贯彻实施cGMP。

MES从cGMP关注的“记录、人员、材料、设备

批次损耗达US＄50万元;减少了90%的批次偏

差;减低了20%的运营开销;减少了75%的最终产品库存。6　MES的实施

要在任何企业中成功实现MES,关键是企业必须认识到行业特性及其对生产的影响。例如一些行业可以凭借高品质的产品赢取高额利润;而另一些行业只关心其通行的质量标准是否达到。这两类企业对产品质量的不同要求,会导致MES在具体实施中对不同功能模块有不同的优先级和侧重点。大部分的MES在坚持其核心功能的同时,允许客户在设计和实施时选择其优先级,同时提供一些机制来满足用户设计或定制系统以满足某特定需求。许多美国大型制药企业在实施MES时,经常采取先制定MES整体方案,而后分阶段实施的策略。

一旦企业选定可满足其基本生产和商业模式的MES产品以后,就应关注于企业的操作模式、设计相应MES功能。在MES的选择阶段,有必要听取企业操作专家的建议,因为恰恰是他们知道企业运作的细节。操作人员要指出企业现有问题及其最佳解决方案,确保MES各种功能的实现。

参考文献:

1　汪仁智1MES是连接过程控制与企业资源计划系统之关键

(上)1世界仪表与自动化,2002,(5):18

3　林洪1GxP计算机化系统验证和系统更新1世界仪表与自动

和设施”5个方面对从产品的配方生成、生产执行

和结果分析进行系统管理。MES有效地强制cGMP的实施,防止事故、减少浪费、推动生产流程不断改进,切实掌握整个生产过程的主动权。具体MES在制药企业中的应用体现在配方管理、生产

管理、材料管理、称量加料管理和批生产记录管理(EBR)。

在MES的指导和管理下,企业生产成本降低,利润增加。来自美国保健产品制造商的数字显示MES实现的商业利润:减少了50%的生产时间周期;企业性能提高了30%;每年由于有效增加生产能力而创造的利润达US＄5000万元;每年减少(上接第54页)

化,2003,(3):12

点,它集MIS,DCS及Scada系统于一体,将各项技术相互融合,通过该项目的实施,作为用户和设计

单位,对该系统的特点在以下方面有实际的感受。

1)有较高的系统灵活性、安全性和可靠性,完善的安全管理机制。

2)DCS即插即用、自动识别系统硬件的特点,使系统维护更加方便,降低了系统安装的工作量。系统组态更加容易。

3)应用OPC技术将生产过程监控网络、管理信息网络和采气厂管理信息系统等其他计算机网络连接,实现了数据采集、过程监测和控制、管理信息系统及计算机网络的一体化解决方案。过程控制系统和管理信息系统的设计一次完成,避免了以往建立管理网络时需要进行二次接口开发的工作。

助决策支持、指导,实现过程的监督,提高了调度、管理人员决策的准确性,提高了调度管理效率。

2)发现、处理、避免事故:对生产过程的实时监控,使生产调度人员能够准确掌握生产状况,及时发现生产过程存在的问题以及安全隐患,科学果断及时地进行处理,有效避免事故的发生或减小事故造成的影响。

3)生产过程优化:充分利用信息系统进行生产优化,使全系统达到优化运行降低消耗和降低生产成本的目的。5　结束语

该系统区别于常规DCS或的MIS,它具有集成度更高、组网更加灵活、管理能力更强等特