数字化转型 | 原料药数字化建设现状浅析

摘要：数字化工厂是当下很热的话题，数字化技术能够给原料药企业带来什么、解决哪些问题及为什么要建立数字化工厂是很多人比较困惑的问题，本文以作者视角从为什么建立数字化工厂、数字化工厂能够给企业带来什么及当前行业建立数字化工厂面临的几个问题入手，进行分析并提出观点，以期为行业同仁提供一些参考借鉴。

关键词：自动化、数字化、网络化、智能化、智慧化、工业4.0、智能制造2025、数字孪生、大数据、黑灯工厂。

一、原料药生产工厂为什么要上数字化

德国“工业4.0”、美国“第三次工业革命”、中国“制造业2025”，世界各国纷纷提出新一代制造理念，主要是为了指导工业制造业的发展，在数字化、智能化、智慧化的全球大环境下，拉动传统制造往智能制造方向升级，从而满足未来市场更快速、更个性化的需求响应，并实现更低的制造成本。

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年远景目标的建议中提到：“推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群。”等一系列政策引导企业加快数字化建设。

化工行业安全事故时有发生，每一次事故都要付出惨痛的代价，人员伤亡、资产荒废、环境污染等等问题触目惊心，机械化换人、自动化减人、数字化管控等无疑是减少伤亡、降低损失、提高安全的一种技术手段。

“到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2060碳中和目标驱使行业技术创新、技术变革，其中自动化、数字化发展是必经之路，以此来提升能源利用率，降低碳排放，实现绿色发展。

二、数字化工厂能够为原料药生产带来什么

“机械化换人、自动化减人”，通过设备与工艺、自动化良好结合可以实现减人增效的目的，提高产品质量，保证不同批次生产的一致性，同时通过数字化提高生产运营管理效率。

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。

制药企业产品生命周期在缩短，CDMO是行业发展趋势之一，通过批次配方生产管理（Batch）可以满足多功能车间不同产品线的高效切换、提高设备周转率，提升企业生产效率，为企业早日、快速盈利，增加生产系统的柔性。

通过数字化管理，可以提高能源使用效率，节约公用能源的使用，为企业降低能源成本，减少碳排放。通过数字化工厂可以实现无纸化生产，保证生产管理数据的真实可靠，管理者可以轻松及时的查看关注的生产运营指标，让作假无处遁形。

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

说到数字化工厂，人们通常会想到工业机器人、大数据、数字孪生等，很多企业误认为上了以上技术就是数字化车间、数字化工厂，没有以上技术就算不上数字化。这是有失偏颇的，上数字化的目的是解决企业短期或长期的问题或困扰，而并非为了数字化而数字化，这样不但解决不了问题，反而增加了不必要的投入，更甚至建设了不适合企业的数字化平台，需要额外的资源进行维护、管理。数字化车间/工厂的建设需要结合企业自身情况，分析自身痛点及需要解决的问题，判断企业自己处于智能制造发展的哪个阶段，结合实际情况，搭建符合企业自己的数字化车间/工厂。著名智能制造专家、北航刘强教授提出的 “不要在落后的工艺基础上搞自动化，不要在落后的管理基础上搞信息化，不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化”也充分说明了脱离开自身基础建设空谈数字化效果是好不了的。

2、缺少系统性战略规划

数字化建设非短期工程，可以结合企业现状做数字化长期规划，同时分步布局、建设。分析当前企业处于工业几点零，按照智能制造模型架构进行整体战略规划，分阶段执行。例如，可以先实现基础的设备智能化、生产过程自动化，再上信息化、数字孪生、大数据分析等。FDA指出：质量不是在产品中检验出来的,而是在过程中形成的,或者是由过程设计决定的。我们要遵循QbD的理念，通过设计来把控质量，通过设计来完善提高我们的生产和管理水平。

3、生产运营中的投用效率不高

北京大学马国钧老师认为“智能程度=自动化程度*运营管理数字化程度”。自动化程度过低或者运营管理数字化程度过低都会严重拉低智能程度，而很多企业过度的重视自动化或者数字化而忽略了另一部分，或者自动化与信息化没有良好融合，自动化、信息化之前的数据不能很好的上传下达，做不到数据的即时有效，达不到预期投用效率。

4、对黑灯工厂（或无人工厂）的理解误区

行业都在追求黑灯工厂，首先我并不否认黑灯工厂的前景及发展趋势，但个人认为，人机结合才是最优的发展方向。之所以出现黑灯工厂，一方面是因为人口红利的不复存在，另一方面是自动化设备的发展，同时相应的工业软件的突破，智能装备、自动化、信息化、网络化、数字化、智能化等各层级有机集成，才可能实现黑灯工厂的目的。虽然机械化可以换人，自动化可以减人，数字化可以提高管控效率，精益管控，但是仍然有很多技术有待提高与突破，在此之前，有些操作根本无法实现无人化，尤其是间歇式生产的原料药行业。

5、先进PAT技术在行业应用不足

生产过程中一些温度、压力、流量、液位等简单的数据比较容易获得；但对一些复杂的参数如反应液浓度、结晶度、饱和度等参数的测量一般需要借助诸如在线红外、在线拉曼等PAT技术来实现。工程师更愿使用直接检测，而非软测量，如温度、pH、DO等参数，其次愿意使用有算法基础的参数，如OUR、CER和RQ等，最次才是软测量。目前这些技术的应用成本比较高，效果有的还不理想，随着这些技术的进步和应用成本的降低，也会给原料药的发展带来新的变革。

6、对数据分析、再利用不足

自动化、数字化为企业收集了大量的生产、运营数据，很多企业对于这些数据仅是做到了存储的目的，没有进行数据的挖掘再利用。近些年，行业逐步开始重视生产数据及运营数据的分析再利用，可以通过生产数据进行批次对比，甚至工艺员通过绘制的理论最优生产趋势图与各批次生产记录数据进行比对，帮助发现生产过程中可优化的过程参数，用于优化生产工艺。对运营数据分析，可以发现运营管理中的不足，帮助企业完善管理，提高运营效率，降低管理成本，达到精益管理目的。

四、结束语

在智能制造发展进程中，原料药因为其行业特殊性，能够借鉴离散行业的成果案例，却或许无法照搬其模式，我们要判断好自己的企业发展阶段处于工业几点零，然后结合智能制造架构进行合理布局。搭建系统架构，做好网络规划，解决信息孤岛问题，同时各层网络独立避免网络风暴、网络安全等问题。通过智能装备、自动化生产过程系统为数字化建设打好基础建设，为信息化、资产管理、数据分析、数字孪生、数字化等打好基础。以工艺为导向建设信息化平台，依托整体数字化设计及数字化呈现，解决企业痛点及关注点，整体建设要遵循合规性和可用性。

参考文献：

[1]范玉顺，胡耀光. 企业信息化战略规划方法与实践.电子工业出版社,2007.12

[2]马国钧，不要在自动化数字化智能化里绕圈子.Q管理

作者：刘泊伟 王震