基于精益六西格瑪?shù)闹扑幑霉こ滔到y(tǒng)的智能化建設(shè)

引言

公用工程系統(tǒng)是制藥企業(yè)藥品生產(chǎn)的基礎(chǔ)。一般公用工程系統(tǒng)為制藥生產(chǎn)提供電力、動(dòng)力壓縮空氣、冷凍水等冷熱媒介,工業(yè)蒸汽或純蒸汽、工藝用氣體如潔凈壓縮空氣或氮?dú)?純化水與注射用水及空氣處理系統(tǒng)等,幾乎囊括了除藥品生產(chǎn)工藝系統(tǒng)以外所有的支持系統(tǒng)。因此,制藥公用工程系統(tǒng)對(duì)于保障制藥生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量起著舉足輕重的作用。

然而,與車(chē)間一般生產(chǎn)設(shè)備相比,公用工程設(shè)備存在以下3個(gè)問(wèn)題:

(2）公用工程設(shè)備由于數(shù)量多、布局分散,無(wú)法像一般生產(chǎn)設(shè)備那樣隨時(shí)有人操作和觀察。因此,對(duì)公用工程設(shè)備的管理,特別是大型制藥企業(yè),往往難以做到快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)響應(yīng)和處理,以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

(2）很多公用工程設(shè)備受外部環(huán)境和供應(yīng)介質(zhì)變化的影響,無(wú)法長(zhǎng)期恒定維持產(chǎn)出的穩(wěn)定可靠,需要視其狀況進(jìn)行干預(yù)調(diào)整。

(3）隨著制藥企業(yè)國(guó)際化腳步的加快和國(guó)家的質(zhì)量監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格,制藥企業(yè)對(duì)公用工程系統(tǒng)的質(zhì)量要求和數(shù)據(jù)完整性要求越來(lái)越高,而公用工程系統(tǒng)一般壽命較長(zhǎng),很多老舊設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)完整性的要求,無(wú)法對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ),從而無(wú)法進(jìn)行公用系統(tǒng)的質(zhì)量回顧一這在目前國(guó)際甚至國(guó)內(nèi)的GMP檢查中都會(huì)作為"缺陷項(xiàng)"被提出。

同時(shí),國(guó)家近幾年推出的藥品帶量采購(gòu)政策,對(duì)制藥企業(yè)的成本控制提出了極高的要求,大量藥品價(jià)格下降幅度超過(guò)50%乃至90%以上。如何在質(zhì)量法規(guī)要求不斷提高又需要極度壓縮成本的情況下生存,是目前各藥企面臨的首要問(wèn)題。

面對(duì)以上問(wèn)題,本文嘗試?yán)镁媪鞲瘳敼ぞ?對(duì)某制藥企業(yè)的公用工程系統(tǒng)進(jìn)行全面分析,推出以自動(dòng)化和信息化的技術(shù)手段進(jìn)行智能化升級(jí)改造,加快提升公用工程系統(tǒng)管理效率,在保證質(zhì)量的同時(shí)降低生產(chǎn)成本的方案。

1精益六西格瑪分析方法簡(jiǎn)介

精益六西格瑪?shù)母纳撇襟E可概括為"DMAIC"過(guò)程:(2）定義(Define）,根據(jù)客戶(hù)的要求,利用價(jià)值流圖等方法識(shí)別價(jià)值和目標(biāo):(2）測(cè)量(Measure）,利用過(guò)程流圖、測(cè)量系統(tǒng)分析等方法測(cè)量當(dāng)前過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù):(3）分析(Analyze）,根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析因果關(guān)系,盡量考慮所有因素,利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、失效模式等方法進(jìn)行分析,以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的根本原因:(4）改進(jìn)(Improve）,根據(jù)分析結(jié)果,利用防錯(cuò)、標(biāo)準(zhǔn)化等方法對(duì)流程進(jìn)行改進(jìn):(5）控制(Control）,利用控制圖、過(guò)程文件化等方法,對(duì)未來(lái)的狀態(tài)進(jìn)行控制,以保證與目標(biāo)間的缺陷已經(jīng)糾正,并不斷重復(fù)該過(guò)程,直到獲得期望的結(jié)果[2]。

2精益六西格瑪模式在公用工程智能化改造中的應(yīng)用案例

2.1定義階段

某制藥企業(yè)運(yùn)行中心,包含廠區(qū)內(nèi)兩個(gè)廠房的空調(diào)系統(tǒng)、水系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等所有公用系統(tǒng),運(yùn)行中心操作人員實(shí)行4班2運(yùn)轉(zhuǎn)制度,每班3個(gè)人,需要完成所有運(yùn)行設(shè)備設(shè)施的巡視、操作、記錄和異常與報(bào)警的處理,存在以下管理難點(diǎn):

(2）設(shè)備設(shè)施多,共208臺(tái)/套,且分布散、距離遠(yuǎn),分布在廠區(qū)各個(gè)角落多個(gè)區(qū)域的多個(gè)不同樓層,巡視一遍行程約2.5Gm:

(2）人工記錄多,共需填寫(xiě)各種運(yùn)行、操作記錄82份:

(3）自動(dòng)化不足,部分關(guān)鍵設(shè)備仍需要人工干預(yù):

(4）質(zhì)量保證難,無(wú)法24h關(guān)注各個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況,異常情況無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn),不能滿(mǎn)足國(guó)際化認(rèn)證需求。

綜上所述,目前該運(yùn)行中心存在的問(wèn)題有兩點(diǎn):

(1）工作量大,每日所需工時(shí)較多,人員略顯不足:

(2）質(zhì)量管理不能滿(mǎn)足國(guó)際化認(rèn)證需求,對(duì)于系統(tǒng)異常未能實(shí)現(xiàn)24h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和響應(yīng)。

針對(duì)以上問(wèn)題,制訂了兩項(xiàng)項(xiàng)目目標(biāo)(Y）:

(1）每24h人員工時(shí)降低:

(2）關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)間比例提升。

通過(guò)SIPOC圖(圖1）,對(duì)L流水線的輸入和輸出過(guò)程進(jìn)行分析,確定改善范圍,包括空調(diào)機(jī)組、水系統(tǒng)和其他公用介質(zhì)系統(tǒng)。

2.2測(cè)量階段

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目范圍內(nèi)所有系統(tǒng)相關(guān)工作的工時(shí)數(shù)據(jù)和記錄情況,計(jì)算出目前每24h人工工時(shí)為78工時(shí),關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)間比例為4%。

根據(jù)現(xiàn)狀數(shù)據(jù),結(jié)合運(yùn)行中心對(duì)于人員工作標(biāo)準(zhǔn)的提高和國(guó)際化質(zhì)量要求的提升,制訂了項(xiàng)目目標(biāo)為每24h人工工時(shí)從78工時(shí)降低到26工時(shí),關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)間比例從4%提高到100%。

2.3分析階段

為達(dá)成項(xiàng)目目標(biāo),首先繪制出工時(shí)的帕累托圖(圖2）,找到對(duì)于工時(shí)量影響最大的工作項(xiàng)目。

根據(jù)帕累托圖的分析,找到對(duì)工時(shí)量影響最大的因子,如表1所示。

對(duì)于以上因子再進(jìn)行深入分析,找出每項(xiàng)工作中無(wú)價(jià)值的部分,如表2所示。

2.4改進(jìn)階段

根據(jù)分析結(jié)果,針對(duì)性地制訂了以下改進(jìn)措施:

(1）消除行走時(shí)間一數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集中顯示:

(2）有價(jià)值工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一人工判斷操作變自動(dòng)程序控制:

(3）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程巡視一現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控:

(4）兩個(gè)監(jiān)控室工作合并一兩個(gè)監(jiān)控室系統(tǒng)合并到一個(gè)監(jiān)控室。

以以上改進(jìn)措施為基礎(chǔ),計(jì)劃建立一套公用系統(tǒng)的信息化管理系統(tǒng),包含SCADA系統(tǒng)和CCTV監(jiān)控系統(tǒng),另外需要對(duì)水分配系統(tǒng)和蒸餾水機(jī)實(shí)行自動(dòng)化改造。

2.4.1公用工程信息化系統(tǒng)建設(shè)系統(tǒng)建設(shè)按照以下步驟實(shí)施:

步驟一:與公用系統(tǒng)管理部門(mén)和質(zhì)量部進(jìn)行充分溝通,確定系統(tǒng)的用戶(hù)需求說(shuō)明即URS。

步驟二:獲得所有需要采集的設(shè)備數(shù)據(jù)的地址表(地址表是系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)）。在采購(gòu)設(shè)備的前期,除了要求配置通信接口硬件,還應(yīng)當(dāng)盡可能地獲得系統(tǒng)的可編輯的程序,包括PLC、觸摸屏或上位機(jī),這不僅可以用于建立信息化系統(tǒng),也有利于后期設(shè)備的改造和災(zāi)難恢復(fù)。如果供應(yīng)商不能提供可編輯的程序,至少需要提供不可編輯的恢復(fù)程序和數(shù)據(jù)地址表。這些信息需要在設(shè)備驗(yàn)證的時(shí)候確認(rèn)其正確性。

步驟三:編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件,包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、追溯矩陣、功能設(shè)計(jì)說(shuō)明、電路圖等。

步驟四:進(jìn)行設(shè)計(jì)確認(rèn)。

步驟五:將必要的機(jī)械儀表更換為電子儀表,并建立儀表的采集系統(tǒng)。

步驟六:建立設(shè)備局域網(wǎng)。由于涉及兩個(gè)廠房?jī)蓚€(gè)監(jiān)控室,每個(gè)廠房單獨(dú)建立公用系統(tǒng)局域網(wǎng),連接各自區(qū)域所有設(shè)備,然后再通過(guò)公司內(nèi)部專(zhuān)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將兩個(gè)監(jiān)控室連接起來(lái)。

步驟七:建立設(shè)備接口。對(duì)于PLC控制的自動(dòng)化設(shè)備,采用各自通信協(xié)議轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口模塊建立接口。對(duì)于原系統(tǒng)具有上位機(jī)數(shù)據(jù)采集的,開(kāi)通上位機(jī)軟件的OPC接口,然后接入新建的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。

步驟八:建立上位機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)GAMP5對(duì)于軟件分類(lèi)和驗(yàn)證的原則,為了降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn),上位機(jī)采用西門(mén)子WinCC軟件,組態(tài)公用系統(tǒng)SCADA工程軟件,用于采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)。這樣的軟件根據(jù)GAMP5可以歸類(lèi)為4類(lèi),它們可以降低驗(yàn)證的難度。在兩個(gè)廠房的監(jiān)控室各建立一套上位機(jī)系統(tǒng),其中主監(jiān)控室不僅連接本廠房所有系統(tǒng),還通過(guò)OPC將另一個(gè)廠房監(jiān)控室上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)全部抓取過(guò)來(lái),實(shí)現(xiàn)一個(gè)監(jiān)控室監(jiān)控兩個(gè)廠房的數(shù)據(jù)。

步驟九:對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安裝運(yùn)行確認(rèn),確保系統(tǒng)的文件、硬件、軟件和功能滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

步驟十:操作與維護(hù)SOP的編寫(xiě)以及培訓(xùn),更新計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)清單。

2.4.2設(shè)備自動(dòng)化改造

改造1:注射用水分配系統(tǒng)液位自動(dòng)調(diào)節(jié)的改造。

改造前:(1）蒸餾水機(jī)需要給3個(gè)儲(chǔ)罐補(bǔ)水,其中一個(gè)儲(chǔ)罐體積較大,補(bǔ)水較慢,會(huì)對(duì)其他兩個(gè)小儲(chǔ)罐的補(bǔ)水造成影響,可能導(dǎo)致出現(xiàn)缺水停泵情況。(2）需要根據(jù)儲(chǔ)罐耗水情況,人工去修改3個(gè)儲(chǔ)罐的補(bǔ)水液位。

改造后:在系統(tǒng)的西門(mén)子MP277觸摸屏中增加腳本程序,模擬人工補(bǔ)水液位的思路。當(dāng)兩個(gè)小儲(chǔ)罐需水時(shí),自動(dòng)修改大儲(chǔ)罐的補(bǔ)水液位,停止大儲(chǔ)罐補(bǔ)水。當(dāng)兩個(gè)小儲(chǔ)罐不需要補(bǔ)水時(shí),將大儲(chǔ)罐水量維持在較高液位,留有充分的緩沖量。

改造2:多效蒸餾水機(jī)進(jìn)水流量自動(dòng)調(diào)節(jié)的改造。

多效蒸餾水機(jī)在線監(jiān)測(cè)工業(yè)蒸汽進(jìn)汽溫度,根據(jù)工業(yè)蒸汽溫度和進(jìn)水流量對(duì)照表,工業(yè)蒸汽溫度值反饋進(jìn)水流量,泵變頻器改變頻率達(dá)到設(shè)定的流量,保證產(chǎn)量最大化。但是采用工業(yè)蒸汽溫度作為進(jìn)水流量的控制依據(jù)效果不好,具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:

(2）階梯的控制參數(shù)控制精度不夠,導(dǎo)致產(chǎn)水溫度波動(dòng)很大。

(2）實(shí)踐表明,工業(yè)蒸汽溫度與產(chǎn)水量?jī)烧咧g并沒(méi)有固定的比例關(guān)系,同樣的溫度,在不同的季節(jié)、不同的天氣,蒸汽的質(zhì)量不同,也會(huì)造成產(chǎn)水量不同。所以,無(wú)法根據(jù)工業(yè)蒸汽溫度確定一個(gè)固定的流量值。因此,需要經(jīng)常根據(jù)實(shí)際產(chǎn)水溫度,去調(diào)節(jié)工業(yè)蒸汽溫度對(duì)應(yīng)的進(jìn)水流量值。

(3）人工參與調(diào)節(jié),無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),造成水溫波動(dòng)大,溫度常過(guò)高或偏低,可能造成車(chē)間工藝設(shè)備水溫過(guò)高報(bào)警,也可能造成蒸餾水機(jī)低溫排放停機(jī)。

該項(xiàng)改造實(shí)施后,公用工程系統(tǒng)信息化系統(tǒng)上線,有了信息化系統(tǒng),即可對(duì)蒸餾水機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)進(jìn)水流量和一效溫度以及產(chǎn)水溫度之間的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)這一函數(shù)關(guān)系修改對(duì)應(yīng)的控制程序,實(shí)現(xiàn)進(jìn)水流量的自動(dòng)控制,降低產(chǎn)水溫度的波動(dòng),從而降低平均水溫,也避免了出現(xiàn)水溫過(guò)高或過(guò)低的情況。

2.4.3改進(jìn)結(jié)果

在信息化系統(tǒng)上線和自動(dòng)化改造后,運(yùn)行中心的人工工時(shí)降低到了26工時(shí)/24h,從過(guò)去的每班需要3名操作人員減少到了2名。對(duì)于關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)從過(guò)去的4%時(shí)間占比提高到了100%。

2.5控制階段

經(jīng)過(guò)DMAI這4個(gè)階段后,公用工程系統(tǒng)的整體管理效率大幅提升,直觀反映指標(biāo)也有了明顯上升,一些關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)波動(dòng)區(qū)間也有了顯著收縮。為保持改善成果,需對(duì)改善結(jié)果進(jìn)行固化。

根據(jù)改善結(jié)果,對(duì)各因子的優(yōu)化進(jìn)行固化,編制和修訂了相應(yīng)的SOP,確保改善結(jié)果的持續(xù)有效。

3結(jié)語(yǔ)

在此次公用工程系統(tǒng)智能化改造前,公用工程系統(tǒng)需要3名操作人員每4h對(duì)全部公用系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行一次巡視和抄表,每次巡視路線長(zhǎng)達(dá)2.5km,還無(wú)法保證所有系統(tǒng)24h監(jiān)測(cè)。在此次改造后,只需要1名操作人員就可以在控制室對(duì)所有設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行24h監(jiān)測(cè),同時(shí)所有數(shù)據(jù)每15min記錄一次,而對(duì)于數(shù)據(jù)異常則實(shí)時(shí)報(bào)警,一旦異常發(fā)生,控制室操作人員可以立刻通知現(xiàn)場(chǎng)維修人員進(jìn)行處理。此次智能化改造,極大地提高了設(shè)備管理效率,更好地保證了公用介質(zhì)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)完整性,為生產(chǎn)出更高質(zhì)量的藥品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。