医疗行业数字化车间建设成功案例

1 项目背景1.1 实施背景本项目主要实施对象为某医疗器械制造有限公司 A 车间，开发完成一次性使用无菌注射器先进自动化生产线，涵盖了从供料、注塑、组装、包装、灭菌等全部生产环节，包括中央供料控制、注塑机组管控、注射针组装、移印硅化处理、注射器组装、自动摆料、吸塑包装等子系统，并实现了车间生产自动化控制，其生产工艺及生产线制造水平已达到国际先进水平。1.2 客户痛点（1）A 车间的自动化生产线运行虽局部实现了自动化运行，但各个生产工作设备（部件）仍独立运行，处于“信息孤岛”状态，生产信息未实现采集和远程传输。（2）公司管理部门不能及时得到生产设备的实时生产状况，不能及时作出科学的生产管理计划及改进措施，对于现场实时生产过程缺乏集中监控，无法掌握关键工艺环节的作业情况，影响了公司生产效能的发挥。（3）缺乏面向车间生产执行管理 MES 系统，未能实现车间生产计划排产、设备运行可视化管理、设备管理、质量追踪、报警统计、仓储管理等。（4）缺乏车间工控网络安全防护措施，在车间网络化集成的前提下，车间生产安全存在被攻击的风险。（5）原有 ERP 系统主要单纯用于财务管理，没有与其他企业管理系统进行有效集成。缺乏从设备控制层到企业管理层的网络集成和数据信息共享，未能实现从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制。1.3 目标效果通过该医械以数字化工厂(车间) 为方向的流程制造试点示范项目建设，成功地将 A 车间主要自动化生产设备联入企业局域网内，形成了涵盖车间所有岗位所有生产设备的车间物联网，全面消除了车间“信息孤岛”，实现了生产数据的实时采集，达到中控室对全车间生产过程可视化透明管理；通过 MES 系统部署实现生产可视化管理、质量管理分析、设备资源管理和物料信息管理等功能；通过与 ERP 系统的集成，实现了企业信息的共享，显著地提高了企业的管理水平。2 解决方案及特点2.1 系统框架本项目以流程制造为方向，通过对 A 车间实施数字化、信息化、网络化、智能化建设，对车间底层设备进行联网集成，从而消除信息孤岛，构建点-线-面一体化网络架构，同时建设中央监控室，对车间现场数据进行集中采集和监控；通过部署 MES 系统，实现生产过程的量化管理，成本和质量的动态跟踪；通过 MES 和 ERP 的集成，实现从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制。与此同时，充分考虑工业控制信息安全防护，通过部署工业控制隔离网关，实现车间工业信息网络的安全通信和生产的安全运营。实现工厂的生产过程质量在线智能检测、车间布局及生产情况三维实景展示、车间设备数据自动采集、A车间设备全网集成、办公网与生产网边界安全防护、车间生产执行系统部署、MES 与 ERP 系统集成与信息共享、企业信息综合展示、该舆情大数据分析等功能。2.2 技术方案2.2.1 工艺流程设计及仿真A 车间一次性无菌注射器生产工艺流程设计如图 2.1 所示，生产工艺流程总图如图 2.2 所示。图 2.1 注射器生产工艺流程图 2.2 数字工厂（车间）生产工艺流程总图中央供料自动控制采用西门子人机控制，集中控制系统的除尘、输送系统、报警等工作。注塑机组管控系统主要实现注塑机的联网集成、状态信息采集、配置信息管理、历史作业信息存储等功能。注射针组装整个过程采用 PLC 自动控制，全线通过位置传感器、限位开关、锁保护、光电传感器、CCD 成像检测等手段，实现了注射针组装过程高度自动化连续无停顿控制。注射器外套丝印和硅油润滑过程全部由专用单片机系统自动控制，供料、传送、丝印、硅化等过程在线智能检测，自动剔除外套烧焦、黑点等不合格品，保证生产的连续性。注射器组装过程由专用单片机系统全自动控制，全程采用光电开关检测，对缺件部件进行及时剔除，减少对后续工艺环节的影响，保证生产的连续性。自动摆料过程采用 PLC 自动控制完成，同时采用光电传感器进行缺件和缺料传感检测，最大程度提高生产效率和连续性。吸塑包装过程采用 PLC 自动控制完成，同时采用 CCD 成像检测技术，对包装产品的完整性进行实时在线监测，保证产品质量和生产连续性。2.2.2 信息网络系统建设该医疗器械制造有限公司 A 车间的信息通信与网络通信架构如图 2.3 所示，包括注塑机组网络、中央供料机组网络、注射针组装机组网络、移印硅化机组和注射器组装机组网络、摆料机组和吸塑包装机组网络。图 2.3 数字工厂（车间）信息通信与网络系统架构工控网络信息安全：数字工厂（车间）在信息化和网络化建设过程中充分考虑工业控制网络的安全脆弱性和风险特性分析，在办公网与生产网间采取基于工控网络边界隔离网关的信息安全防护方案，如图 2.4 所示：图 2.4 办公网与生产网间安全隔离防护方案基于工控网络边界隔离网关的信息安全防护方案，通过在车间控制设备与数据采集服务之间部署工控网络边界隔离网关，对管理层和车间设备层之间进行安全隔离，同时通过部署基于“白名单”的安全防护策略，实现对 A 车间生产设备通信的身份识别、访问控制、内容检测和日志审计等功能。2.2.3 数字工厂（车间）数据采集与监控管理系统架构为促使本项目主要产品生产全过程采用自动化、数字化生产模式，将从企业资源计划(ER