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数(shu)字(zi)化转(zhuan)型 | 原料药数字化建设(she)现状浅析

摘要：数字化工厂(chang)(chang)是当(dang)下很热的话(hua)题，数字化技术能(neng)够给原(yuan)料药企(qi)业带(dai)(dai)来什(shen)么、解(jie)决哪些问题及为(wei)什(shen)么要建立数字化工厂(chang)(chang)是很多人比较困(kun)惑的问题，本文(wen)以作(zuo)者视角从为(wei)什(shen)么建立数字化工厂(chang)(chang)、数字化工厂(chang)(chang)能(neng)够给企(qi)业带(dai)(dai)来什(shen)么及当(dang)前(qian)行业建立数字化工厂(chang)(chang)面(mian)临(lin)的几个问题入(ru)手(shou)，进行分析并提出观点，以期(qi)为(wei)行业同(tong)仁提供(gong)一些参考(kao)借(jie)鉴(jian)。

关键词：自动化(hua)(hua)、数字化(hua)(hua)、网络(luo)化(hua)(hua)、智(zhi)能化(hua)(hua)、智(zhi)慧化(hua)(hua)、工(gong)业(ye)4.0、智能制造2025、数字孪生、大数据(ju)、黑灯工厂。

一、原料药生产工厂为什么要上数字化

德国(guo)“工(gong)业(ye)(ye)4.0”、美国“第三次工(gong)业(ye)(ye)革命”、中(zhong)国“制(zhi)造业(ye)(ye)2025”，世界各国纷纷提出新一代制(zhi)造理念，主要(yao)是为(wei)了指导工(gong)业(ye)(ye)制(zhi)造业(ye)(ye)的(de)发展，在数字化(hua)(hua)(hua)、智能化(hua)(hua)(hua)、智慧化(hua)(hua)(hua)的(de)全球大环境(jing)下，拉动传统(tong)制(zhi)造往智能制(zhi)造方向升级，从而满足(zu)未来市(shi)场(chang)更快速、更个(ge)性(xing)化(hua)(hua)(hua)的(de)需(xu)求(qiu)响应，并(bing)实现更低的(de)制(zhi)造成(cheng)本。

2020年初一场突如其来的新型冠状病毒疫情席卷了全球，让人口红利原已不复存在的中国劳工市场深受打击。原料药生产企业，面对疫情的用工荒，更加深切体会到了原料药生产过程现代化建设的重要性，其中数字化建设是当前行业迫切发展的方向。

我国第十四个五年规划和2035年远景目标的(de)建议(yi)中提(ti)到：“推进数字(zi)产业化和产业数字(zi)化，推动数字(zi)经济(ji)和实体经济(ji)深度融合，打造具(ju)有国际竞争力的(de)数字(zi)产业集(ji)群(qun)。”等一系列(lie)政策引导企业加快数字化建设。

化工行业安全事(shi)故时有(you)发生(sheng)，每一次事(shi)故都要付(fu)出(chu)惨痛的代价，人(ren)员(yuan)伤亡、资产荒废、环(huan)境污(wu)染等等问(wen)题触目惊心，机(ji)械(xie)化换(huan)人(ren)、自动化减人(ren)、数字化管(guan)控等无疑是减少伤亡、降低损(sun)失(shi)、提高(gao)安全的一种技术手段。

“到(dao)2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。”2030碳达峰和(he)2060碳中和(he)目标(biao)驱使行(xing)业(ye)技术创新、技术变革，其中自(zi)动(dong)化、数字化发展(zhan)是(shi)必经之路(lu)，以此来提升能源利(li)用率，降低碳排放，实现(xian)绿色(se)发展(zhan)。

二、数字化工厂能够为原料药生产带来什么

“机械化(hua)换人(ren)(ren)、自(zi)动化(hua)减人(ren)(ren)”，通过设(she)备与工艺、自(zi)动化(hua)良好结合可以实(shi)现减人(ren)(ren)增效的(de)目的(de)，提(ti)高(gao)产品(pin)质量，保证不同批次生(sheng)产的(de)一致(zhi)性，同时通过数字(zi)化(hua)提(ti)高(gao)生(sheng)产运营管理效率(lv)。

数字孪生平台可以帮助企业对新员工进行培训，减少不必要的现场培训，提高效率，降低安全隐患，减人增效。

制(zhi)药企业(ye)产品生命(ming)周期在缩(suo)短(duan)，CDMO是行(xing)业发展趋势之一，通过批次(ci)配方(fang)生产(chan)管(guan)理（Batch）可(ke)以满足多(duo)功能车间不同产(chan)品(pin)线的高(gao)(gao)效切换、提高(gao)(gao)设备周转(zhuan)率，提升企业生产(chan)效率，为企业早日、快速(su)盈(ying)利，增加(jia)生产(chan)系统的柔性(xing)。

通过数(shu)字(zi)化(hua)管(guan)理，可(ke)以(yi)提(ti)高能(neng)源(yuan)使用(yong)效率，节(jie)约公用(yong)能(neng)源(yuan)的使用(yong)，为(wei)企业降低(di)能(neng)源(yuan)成本(ben)，减少碳排放。通过数(shu)字(zi)化(hua)工厂(chang)可(ke)以(yi)实现无(wu)纸化(hua)生产(chan)，保(bao)证(zheng)生产(chan)管(guan)理数(shu)据的真实可(ke)靠，管(guan)理者可(ke)以(yi)轻(qing)松(song)及(ji)时的查看关注的生产(chan)运营指标，让作假(jia)无(wu)处遁形。

三、原料药数字化工厂建设面临的几个问题

1、未按照企业自身需求及发展阶段来建设数字化工厂

说到数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工厂，人们通常会想到工业机器人、大数(shu)(shu)据、数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)孪(luan)生等，很多企业误认为(wei)上(shang)了(le)以上(shang)技术就是(shi)数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)车间、数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)工厂，没有以上(shang)技术就算不上(shang)数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)。这(zhei)是(shi)有失偏颇的(de)，上(shang)数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)目的(de)是(shi)解决(jue)企业短期(qi)或长期(qi)的(de)问(wen)题或困扰，而并(bing)非为(wei)了(le)数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)而数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)，这(zhei)样不但解决(jue)不了(le)问(wen)题，反(fan)而增加了(le)不必要(yao)的(de)投(tou)入，更甚(shen)至建(jian)设了(le)不适(shi)合企业的(de)数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)平台，需要(yao)额外的(de)资源(yuan)进行维护、管理。数(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)(hua)车间/工厂(chang)的(de)建设(she)需要结合(he)(he)企(qi)业(ye)(ye)自身(shen)情况，分析自身(shen)痛点及需要解决的(de)问(wen)题，判断企(qi)业(ye)(ye)自己处于智(zhi)能(neng)制(zhi)造发展的(de)哪个阶段，结合(he)(he)实际情况，搭建符(fu)合(he)(he)企(qi)业(ye)(ye)自己的(de)数字化车间/工厂(chang)。著名智(zhi)能(neng)制(zhi)造专家、北航刘(liu)强教授提出(chu)的(de) “不要在(zai)落(luo)后的(de)工艺基(ji)础上搞自动化，不要在(zai)落(luo)后的(de)管理基(ji)础上搞信息(xi)化，不要在(zai)不具备数字化网络化基(ji)础时(shi)搞智(zhi)能(neng)化”也(ye)充分说明了(le)脱(tuo)离开自身(shen)基(ji)础建设(she)空谈数字化效果是好(hao)不了(le)的(de)。

2、缺少系统性战略规划

数字化(hua)(hua)建(jian)设非短期(qi)工程，可以结合企业(ye)现状做数字化(hua)(hua)长期(qi)规(gui)划，同时分步布局、建(jian)设。分析当前(qian)企业(ye)处于(yu)工业(ye)几点零(ling)，按照(zhao)智能(neng)(neng)制造模型架构进行整体战略规(gui)划，分阶段执(zhi)行。例如，可以先实现基础的设备(bei)智能(neng)(neng)化(hua)(hua)、生产过程自动化(hua)(hua)，再上信(xin)息化(hua)(hua)、数字孪生、大数据分析等。FDA指(zhi)出：质(zhi)量不(bu)是(shi)在(zai)产(chan)品中(zhong)检验(yan)出来的(de),而是(shi)在(zai)过(guo)(guo)程中(zhong)形成的(de),或者是(shi)由(you)过(guo)(guo)程设(she)计决定(ding)的(de)。我(wo)们要遵循QbD的(de)理念，通过(guo)(guo)设(she)计来把控质(zhi)量，通过(guo)(guo)设(she)计来完(wan)善(shan)提高(gao)我(wo)们的(de)生产(chan)和管理水平。

3、生产运营中的投用效率不高

北京大(da)学马国钧(jun)老师认(ren)为“智能程(cheng)度(du)=自动(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)*运营管(guan)理数(shu)(shu)字化(hua)(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)”。自动(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)过(guo)低或(huo)者(zhe)运营管(guan)理数(shu)(shu)字化(hua)(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)过(guo)低都会严重拉(la)低智能程(cheng)度(du)，而(er)很多企业过(guo)度(du)的重视自动(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)或(huo)者(zhe)数(shu)(shu)字化(hua)(hua)(hua)(hua)而(er)忽(hu)略了另一部分，或(huo)者(zhe)自动(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)与信息(xi)化(hua)(hua)(hua)(hua)没有良好(hao)融合，自动(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)、信息(xi)化(hua)(hua)(hua)(hua)之前(qian)的数(shu)(shu)据(ju)不能很好(hao)的上传下达，做不到(dao)数(shu)(shu)据(ju)的即(ji)时有效(xiao)，达不到(dao)预期(qi)投用效(xiao)率。

4、对黑灯工厂（或无人工厂）的理解误区

行业都在(zai)追求黑灯(deng)(deng)工(gong)厂，首先我并不否认(ren)黑灯(deng)(deng)工(gong)厂的(de)前景及发(fa)(fa)展趋势，但个人(ren)认(ren)为，人(ren)机(ji)结合(he)才是最优的(de)发(fa)(fa)展方(fang)向。之所(suo)以(yi)出现(xian)黑灯(deng)(deng)工(gong)厂，一(yi)方(fang)面是因为人(ren)口红(hong)利的(de)不复存(cun)在(zai)，另一(yi)方(fang)面是自(zi)动(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)设备(bei)的(de)发(fa)(fa)展，同时相应的(de)工(gong)业软件的(de)突(tu)破(po)，智能(neng)(neng)装备(bei)、自(zi)动(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、信(xin)息化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、网络化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、数字化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、智能(neng)(neng)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)等(deng)各(ge)层级(ji)有机(ji)集(ji)成，才可(ke)(ke)能(neng)(neng)实(shi)现(xian)黑灯(deng)(deng)工(gong)厂的(de)目(mu)的(de)。虽然机(ji)械(xie)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)可(ke)(ke)以(yi)换人(ren)，自(zi)动(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)可(ke)(ke)以(yi)减人(ren)，数字化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)可(ke)(ke)以(yi)提(ti)高(gao)管(guan)控效率，精(jing)益管(guan)控，但是仍然有很(hen)多技术有待提(ti)高(gao)与突(tu)破(po)，在(zai)此(ci)之前，有些操作根本无法实(shi)现(xian)无人(ren)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，尤其是间歇(xie)式(shi)生产(chan)的(de)原(yuan)料药行业。

5、先进PAT技术在行业应用不足

生产过程中(zhong)一(yi)些温度(du)(du)、压力、流(liu)量(liang)、液(ye)位等(deng)简单的(de)数(shu)据(ju)比较容易获得；但对一(yi)些复(fu)杂的(de)参(can)数(shu)如反应液(ye)浓度(du)(du)、结晶度(du)(du)、饱和(he)度(du)(du)等(deng)参(can)数(shu)的(de)测(ce)量(liang)一(yi)般需(xu)要借助(zhu)诸如在(zai)线红外、在(zai)线拉曼等(deng)PAT技(ji)术来(lai)实(shi)现。工(gong)程师更愿使(shi)用(yong)(yong)直接检测，而非软测量(liang)，如(ru)温度、pH、DO等参数，其次(ci)愿意使(shi)用(yong)(yong)有(you)算法(fa)基(ji)础的(de)(de)(de)参数，如(ru)OUR、CER和RQ等，最次(ci)才(cai)是软测量(liang)。目前这(zhei)些(xie)技(ji)术的(de)(de)(de)应(ying)用(yong)(yong)成本比较高，效果(guo)有(you)的(de)(de)(de)还不理(li)想，随(sui)着这(zhei)些(xie)技(ji)术的(de)(de)(de)进步和应(ying)用(yong)(yong)成本的(de)(de)(de)降低，也会给原(yuan)料药的(de)(de)(de)发展带来(lai)新的(de)(de)(de)变革(ge)。

6、对数据分析、再利用不足

自动化、数(shu)(shu)字(zi)化为企(qi)业(ye)收集了大量的(de)生产(chan)(chan)、运(yun)营(ying)数(shu)(shu)据(ju)，很多企(qi)业(ye)对于这(zhei)些数(shu)(shu)据(ju)仅是(shi)做到了存(cun)储的(de)目的(de)，没有进行数(shu)(shu)据(ju)的(de)挖(wa)掘再利用(yong)。近些年，行业(ye)逐步开始重视生产(chan)(chan)数(shu)(shu)据(ju)及运(yun)营(ying)数(shu)(shu)据(ju)的(de)分析再利用(yong)，可以通(tong)过生产(chan)(chan)数(shu)(shu)据(ju)进行批次对比，甚至工艺(yi)(yi)员通(tong)过绘制的(de)理(li)论最优(you)生产(chan)(chan)趋势图与各(ge)批次生产(chan)(chan)记录数(shu)(shu)据(ju)进行比对，帮助发(fa)现(xian)生产(chan)(chan)过程中(zhong)可优(you)化的(de)过程参数(shu)(shu)，用(yong)于优(you)化生产(chan)(chan)工艺(yi)(yi)。对运(yun)营(ying)数(shu)(shu)据(ju)分析，可以发(fa)现(xian)运(yun)营(ying)管(guan)理(li)中(zhong)的(de)不(bu)足，帮助企(qi)业(ye)完善管(guan)理(li)，提高运(yun)营(ying)效(xiao)率(lv)，降低(di)管(guan)理(li)成本，达(da)到精益管(guan)理(li)目的(de)。

四、结束语

在智(zhi)能制造发展进程(cheng)中，原料药因为(wei)其行业(ye)特(te)殊性，能够(gou)借鉴(jian)离散行业(ye)的(de)成果案例，却或许无法照搬其模式，我们要判断(duan)好(hao)自己的(de)企(qi)业(ye)发展阶段(duan)处于(yu)工业(ye)几点(dian)零，然(ran)后结合智(zhi)能制造架构(gou)(gou)进行合理(li)布(bu)局。搭建(jian)系统(tong)架构(gou)(gou)，做(zuo)好(hao)网(wang)(wang)(wang)络(luo)(luo)规(gui)划，解决(jue)信(xin)息孤岛(dao)问(wen)题，同时各层网(wang)(wang)(wang)络(luo)(luo)独立避免网(wang)(wang)(wang)络(luo)(luo)风暴、网(wang)(wang)(wang)络(luo)(luo)安全等问(wen)题。通过智(zhi)能装(zhuang)备、自动化(hua)生产过程(cheng)系统(tong)为(wei)数(shu)(shu)(shu)字(zi)化(hua)建(jian)设(she)(she)打好(hao)基础建(jian)设(she)(she)，为(wei)信(xin)息化(hua)、资产管理(li)、数(shu)(shu)(shu)据(ju)分析、数(shu)(shu)(shu)字(zi)孪生、数(shu)(shu)(shu)字(zi)化(hua)等打好(hao)基础。以工艺为(wei)导(dao)向建(jian)设(she)(she)信(xin)息化(hua)平台，依托(tuo)整(zheng)体数(shu)(shu)(shu)字(zi)化(hua)设(she)(she)计及数(shu)(shu)(shu)字(zi)化(hua)呈现(xian)，解决(jue)企(qi)业(ye)痛点(dian)及关(guan)注(zhu)点(dian)，整(zheng)体建(jian)设(she)(she)要遵循合规(gui)性和可(ke)用(yong)性。

参考文献：

[1]范(fan)玉顺(shun)，胡耀光. 企(qi)业信(xin)息化战(zhan)略规划(hua)方法与(yu)实践.电子工业出(chu)版(ban)社,2007.12

[2]马(ma)国钧(jun)，不要在(zai)自动(dong)化数字化智能化里绕圈子.Q管理

作者：刘泊伟 王震(zhen)