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數(shù)字化轉(zhuǎn)型 | 原料藥數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀淺析
摘要：數(shù)字化工廠是當(dāng)下很熱的話題，數(shù)字化技術(shù)能夠給原料藥企業(yè)帶來什么、解決哪些問題及為什么要建立數(shù)字化工廠是很多人比較困惑的問題，本文以作者視角從為什么建立數(shù)字化工廠、數(shù)字化工廠能夠給企業(yè)帶來什么及當(dāng)前行業(yè)建立數(shù)字化工廠面臨的幾個問題入手，進行分析并提出觀點，以期為行業(yè)同仁提供一些參考借鑒。
關(guān)鍵詞：自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、智慧化、工業(yè)4.0、智能制造2025、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、黑燈工廠。
一、原料藥生產(chǎn)工廠為什么要上數(shù)字化
德國“工業(yè)4.0”、美國“第三次工業(yè)革命”、中國“制造業(yè)2025”，世界各國紛紛提出新一代制造理念，主要是為了指導(dǎo)工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、智慧化的全球大環(huán)境下，拉動傳統(tǒng)制造往智能制造方向升級，從而滿足未來市場更快速、更個性化的需求響應(yīng)，并實現(xiàn)更低的制造成本。
2020年初一場突如其來的新型冠狀病毒疫情席卷了全球，讓人口紅利原已不復(fù)存在的中國勞工市場深受打擊。原料藥生產(chǎn)企業(yè)，面對疫情的用工荒，更加深切體會到了原料藥生產(chǎn)過程現(xiàn)代化建設(shè)的重要性，其中數(shù)字化建設(shè)是當(dāng)前行業(yè)迫切發(fā)展的方向。
我國第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議中提到：“推進數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，推動數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群?！?/span>等一系列政策引導(dǎo)企業(yè)加快數(shù)字化建設(shè)。
化工行業(yè)安全事故時有發(fā)生，每一次事故都要付出慘痛的代價，人員傷亡、資產(chǎn)荒廢、環(huán)境污染等等問題觸目驚心，機械化換人、自動化減人、數(shù)字化管控等無疑是減少傷亡、降低損失、提高安全的一種技術(shù)手段。
“到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達(dá)到12億千瓦以上。”2030碳達(dá)峰和2060碳中和目標(biāo)驅(qū)使行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)變革，其中自動化、數(shù)字化發(fā)展是必經(jīng)之路，以此來提升能源利用率，降低碳排放，實現(xiàn)綠色發(fā)展。
二、數(shù)字化工廠能夠為原料藥生產(chǎn)帶來什么
“機械化換人、自動化減人”，通過設(shè)備與工藝、自動化良好結(jié)合可以實現(xiàn)減人增效的目的，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證不同批次生產(chǎn)的一致性，同時通過數(shù)字化提高生產(chǎn)運營管理效率。
數(shù)字孿生平臺可以幫助企業(yè)對新員工進行培訓(xùn)，減少不必要的現(xiàn)場培訓(xùn)，提高效率，降低安全隱患，減人增效。
制藥企業(yè)產(chǎn)品生命周期在縮短，CDMO是行業(yè)發(fā)展趨勢之一，通過批次配方生產(chǎn)管理（Batch）可以滿足多功能車間不同產(chǎn)品線的高效切換、提高設(shè)備周轉(zhuǎn)率，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，為企業(yè)早日、快速盈利，增加生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。
通過數(shù)字化管理，可以提高能源使用效率，節(jié)約公用能源的使用，為企業(yè)降低能源成本，減少碳排放。通過數(shù)字化工廠可以實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)，保證生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的真實可靠，管理者可以輕松及時的查看關(guān)注的生產(chǎn)運營指標(biāo)，讓作假無處遁形。
三、原料藥數(shù)字化工廠建設(shè)面臨的幾個問題
1、未按照企業(yè)自身需求及發(fā)展階段來建設(shè)數(shù)字化工廠
說到數(shù)字化工廠，人們通常會想到工業(yè)機器人、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等，很多企業(yè)誤認(rèn)為上了以上技術(shù)就是數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠，沒有以上技術(shù)就算不上數(shù)字化。這是有失偏頗的，上數(shù)字化的目的是解決企業(yè)短期或長期的問題或困擾，而并非為了數(shù)字化而數(shù)字化，這樣不但解決不了問題，反而增加了不必要的投入，更甚至建設(shè)了不適合企業(yè)的數(shù)字化平臺，需要額外的資源進行維護、管理。數(shù)字化車間/工廠的建設(shè)需要結(jié)合企業(yè)自身情況，分析自身痛點及需要解決的問題，判斷企業(yè)自己處于智能制造發(fā)展的哪個階段，結(jié)合實際情況，搭建符合企業(yè)自己的數(shù)字化車間/工廠。著名智能制造專家、北航劉強教授提出的 “不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞自動化，不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞信息化，不要在不具備數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)時搞智能化”也充分說明了脫離開自身基礎(chǔ)建設(shè)空談數(shù)字化效果是好不了的。
2、缺少系統(tǒng)性戰(zhàn)略規(guī)劃
數(shù)字化建設(shè)非短期工程，可以結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀做數(shù)字化長期規(guī)劃，同時分步布局、建設(shè)。分析當(dāng)前企業(yè)處于工業(yè)幾點零，按照智能制造模型架構(gòu)進行整體戰(zhàn)略規(guī)劃，分階段執(zhí)行。例如，可以先實現(xiàn)基礎(chǔ)的設(shè)備智能化、生產(chǎn)過程自動化，再上信息化、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析等。FDA指出：質(zhì)量不是在產(chǎn)品中檢驗出來的,而是在過程中形成的,或者是由過程設(shè)計決定的。我們要遵循QbD的理念，通過設(shè)計來把控質(zhì)量，通過設(shè)計來完善提高我們的生產(chǎn)和管理水平。
3、生產(chǎn)運營中的投用效率不高
北京大學(xué)馬國鈞老師認(rèn)為“智能程度=自動化程度*運營管理數(shù)字化程度”。自動化程度過低或者運營管理數(shù)字化程度過低都會嚴(yán)重拉低智能程度，而很多企業(yè)過度的重視自動化或者數(shù)字化而忽略了另一部分，或者自動化與信息化沒有良好融合，自動化、信息化之前的數(shù)據(jù)不能很好的上傳下達(dá)，做不到數(shù)據(jù)的即時有效，達(dá)不到預(yù)期投用效率。
4、對黑燈工廠（或無人工廠）的理解誤區(qū)
行業(yè)都在追求黑燈工廠，首先我并不否認(rèn)黑燈工廠的前景及發(fā)展趨勢，但個人認(rèn)為，人機結(jié)合才是最優(yōu)的發(fā)展方向。之所以出現(xiàn)黑燈工廠，一方面是因為人口紅利的不復(fù)存在，另一方面是自動化設(shè)備的發(fā)展，同時相應(yīng)的工業(yè)軟件的突破，智能裝備、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化等各層級有機集成，才可能實現(xiàn)黑燈工廠的目的。雖然機械化可以換人，自動化可以減人，數(shù)字化可以提高管控效率，精益管控，但是仍然有很多技術(shù)有待提高與突破，在此之前，有些操作根本無法實現(xiàn)無人化，尤其是間歇式生產(chǎn)的原料藥行業(yè)。
5、先進PAT技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用不足
生產(chǎn)過程中一些溫度、壓力、流量、液位等簡單的數(shù)據(jù)比較容易獲得；但對一些復(fù)雜的參數(shù)如反應(yīng)液濃度、結(jié)晶度、飽和度等參數(shù)的測量一般需要借助諸如在線紅外、在線拉曼等PAT技術(shù)來實現(xiàn)。工程師更愿使用直接檢測，而非軟測量，如溫度、pH、DO等參數(shù)，其次愿意使用有算法基礎(chǔ)的參數(shù)，如OUR、CER和RQ等，最次才是軟測量。目前這些技術(shù)的應(yīng)用成本比較高，效果有的還不理想，隨著這些技術(shù)的進步和應(yīng)用成本的降低，也會給原料藥的發(fā)展帶來新的變革。
6、對數(shù)據(jù)分析、再利用不足
自動化、數(shù)字化為企業(yè)收集了大量的生產(chǎn)、運營數(shù)據(jù)，很多企業(yè)對于這些數(shù)據(jù)僅是做到了存儲的目的，沒有進行數(shù)據(jù)的挖掘再利用。近些年，行業(yè)逐步開始重視生產(chǎn)數(shù)據(jù)及運營數(shù)據(jù)的分析再利用，可以通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行批次對比，甚至工藝員通過繪制的理論最優(yōu)生產(chǎn)趨勢圖與各批次生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)進行比對，幫助發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可優(yōu)化的過程參數(shù)，用于優(yōu)化生產(chǎn)工藝。對運營數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)運營管理中的不足，幫助企業(yè)完善管理，提高運營效率，降低管理成本，達(dá)到精益管理目的。
四、結(jié)束語
在智能制造發(fā)展進程中，原料藥因為其行業(yè)特殊性，能夠借鑒離散行業(yè)的成果案例，卻或許無法照搬其模式，我們要判斷好自己的企業(yè)發(fā)展階段處于工業(yè)幾點零，然后結(jié)合智能制造架構(gòu)進行合理布局。搭建系統(tǒng)架構(gòu)，做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，解決信息孤島問題，同時各層網(wǎng)絡(luò)獨立避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)安全等問題。通過智能裝備、自動化生產(chǎn)過程系統(tǒng)為數(shù)字化建設(shè)打好基礎(chǔ)建設(shè)，為信息化、資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生、數(shù)字化等打好基礎(chǔ)。以工藝為導(dǎo)向建設(shè)信息化平臺，依托整體數(shù)字化設(shè)計及數(shù)字化呈現(xiàn)，解決企業(yè)痛點及關(guān)注點，整體建設(shè)要遵循合規(guī)性和可用性。
參考文獻：
[1]范玉順，胡耀光. 企業(yè)信息化戰(zhàn)略規(guī)劃方法與實踐.電子工業(yè)出版社,2007.12
[2]馬國鈞，不要在自動化數(shù)字化智能化里繞圈子.Q管理
作者：劉泊偉 王震
