SIMATIC SIPAT: Оптимизация разработки и производства продукции Siemens

Область применения

SIMATIC SIPAT V3.0 рекомендуется для применения в следующих индустриях:

• Фармацевтика
• Химия, тонкий органический синтез
• Пищевая, напитки и табачная индустрии
• Бумажная и целлюлозная промышленность

Обзор

Благодаря приложению Process Analytical Technology (PAT), принятому управлением по продовольствию и лекарствам (Food & Drug Administration), Вы можете разрабатывать, анализировать, оптимизировать и контролировать процесс разработки продукта и производства, на основе современных средств измерения качества и характеристик исходного материала, материалов, находящихся в производстве и технологического процесса, чтобы абсолютно точно гарантировать качество конечного продукта.

Применение PAT предоставляет Вам следующие возможности:

• Получение полной информации о продукте и процессах разработки
• Определение факторов, влияющих на качество конечного продукта, на основе архивных данных
• Оценка качества конечного продукта через непрерывный анализ влияющих факторов
• Раннее инициирование мер контроля в зависимости от результатов анализа, для гарантирования качества конечного продукта
• Гарантирование однородного качества продукта через адаптирование процессов, изменения режимов, в зависимости от лабораторных результатов или изменения количества сырья
• Контроль процесса в соответствии с директивами

Отслеживание в реальном времени параметров, относящихся к качеству продукта, помогает Вам не только лучше понимать и управлять процессом, но также уменьшить или  полностью устранить финальный контроль.  Также это позволяет отказаться от подготовки контрольных образцов и последующих проверок, что зачастую отнимает очень много времени.

Результаты, полученные с помощью PAT, в процессе разработки продукта в лаборатории, могут быть легко перенесены на реальные режимы производства. Производительность может быть легко и быстро приспособлена к изменяющимся требованиям рынка с сохранением качества.

Все эти функции приводят к быстрой разработке продукта и времени запуска со значительным сокращением стоимости.

SIMATIC SIPAT от Siemens  является соответствующей программной платформой для интеграции PAT в перерабатывающую промышленность. PAT может быть интегрирована в новую или уже существующую инфраструктуру. Это может быть SCADA/Система управления технологическим процессом (опционально с batch процессами), системы управления производством (MES), планирование и управление ресурсами предприятия (ERP), лабораторная информационная система(LIMS), порталы данных, базы знаний, и т.д.. Соединение с системой управления процессом SIMATIC PCS7 через OPC.

Важные функции SIMATIC SIPAT:

• Модульная, масштабируемая архитектура с единым интерфейсом для анализа процессов и приложений сбора данных
• Может быть интегрирована в существующую или новую инфраструктуру
• Запись данных: запись данных о продукции и технологических данных используя стандартные анализаторы.
• Интеллектуальный анализ данных: оценка данных и определение соответствующих качественных параметров, например, через моделирование и  валидацию, а также анализ многомерных данных (MVDA)
• Предсказание в реальном времени качественных параметров
• Непрерывный мониторинг и контроль качества продукта
• Визуализация онлайн, функции отчетов, и анализ исторических данных
• Поддержка простого и быстрого контроля технологического процесса
• Аудит для соответствия установленным директивам (инструкциям)
• Соответствие директивам в 21 CFR часть 11, в части управления версиями, сохранения исходных данных и привелегий доступа

Прим:
Текущая версия SIMATIC SIPAT V3.0 может быть использована вместе с SIMATIC PCS7 V7.1.

Дизайн

Пример распределенной архитектуры SIMATIC SIPAT

Программное обеспечение, поставляемое на DVD с SIMATIC SIPAT V3.0, представлено следующим образом:

SIMATIC SIPAT Central Database

Центральная реляционная база данных, содержащая конфигурацию и рабочие данные.

SIMATIC SIPAT Station Service

Сервисы Windows для сбора данных, вычислений и т.д..

SIMATIC SIPAT Productivity Pack

Единый интерфейс для интеграции анализов в  SIMATIC SIPAT. В комбинации с разработанными поставщиками оборудования программным обеспечением, позволяет параметризировать, калибровать и контролировать эти устройства в дополнение к сбору данных.

SIMATIC SIPAT Watchdog Service

Windows сервис для мониторинга доступности конкретных SIMATIC SIPAT станций.

SIMATIC SIPAT Data Logger Service

Windows сервис для хранения рантайм данных (запись в центральную базу SIMATIC SIPAT, буферизирование событий о перебоях питания)

SIMATIC SIPAT Workflow Service

Windows сервис для выполнения онлайн параметризации/калибрования анализаторов и подготовки  SIMATIC SIPAT методов.

SIMATIC SIPAT Umetrics Server

Windows сервис для выполнения онлайн моделей следующих программных продуктов Umetrics:

• Umetrics SIMCA QP+
• Umetrics SIMCA P+
• Umetrics SBOL

SIMATIC SIPAT CAMO Server

Windows сервис для выполнения онлайн моделей следующих программных продуктов CAMO:

• Camo Unscrambler OLUP
• Camo Unscrambler OLUC

SIMATIC SIPAT Matlab Server

Windows сервис для выполнения онлайн моделей  Matlab:

SIMATIC SIPAT Client

SIMATIC SIPAT пользовательский интерфейс для доступа к базе данных SIMATIC SIPAT. С ним Вы можете:

• Конфигурировать методы SIMATIC SIPAT и создавать хемометрические модели.
• Контроль и визуализация выполнения методов.

SIMATIC SIPAT OPC Services (Automation Service, Writer Service, Alarm Service)

Windows сервис для обмена данными между OPC и SCADA/Системами управления технологическим процессом (DCS), например SIMATIC PCS7

SIMATIC SIPAT Archiver Service

Windows сервис для долговременного архивирования SIPAT рантайм данных в XML файл. Архивные данные могут быть перемещены из рантайм базы данных (SIMATIC SIPAT Central Database).

SIMATIC SIPAT Report Manager Server

Web сервер с бизнес объектами XI для отчетов, базирующихся на данных SIMATIC SIPAT.

Струра распределенного программного обеспечения может быть гибко распределена по различным PC совместимым конфигурациям аппаратного обеспечения (например, SIMATIC Industrial PC), в зависимости от размеров процесса и требований заказчика.

Все программные компоненты могут исполняться на SIMATIC Industrial PC (IPC).  Для обеспечения высокой производительности системы, используется распределенная IPC архитектура SIMATIC SIPAT V3.0 (см. пример распределенной SIMATIC SIPAT архитектуры). В таблице показано назначение ролей аппаратному обеспечению, в зависимости от установленного на нем программного обеспечения, в соответствии с архитектурой SIMATIC SIPAT V3:

Другие возможности для гибкой адаптации к технологическому процессу, следуют из лицензионной модели, зафиксированной в номенклатуре SIMATIC SIPAT V3.0. Это определено сделующим образом:

SIMATIC SIPAT Base Station

(полная лицезия: четыре одновременно выполняемых метода)

SIMATIC SIPAT Base Station это PAT приложение для производственной установки. Оно использует данные от одного или нескольких анализаторов вместе с данными от существующих систем (DCS, SCADA, MES, ERP, LIMS, or Historian)  для определения "Качественного процесса снятия характерных признаков (Qualitative Process Fingerprints)", предопределяемых  "Критичными показателями для качества (Critical-to-Quality)" параметрами. С этой целью, она собирает рантайм данные с различных источников, использую конфигурируемые методы, сопоставляет их друг с другом и выполняет сложные вычисления.

Все записанные технологические данные, конфигурация и  контрольный журнал сохраняются, вместе с пользовательской информацией в SIMATIC SIPAT центральной базе данных. Эти данные используются для более глубокого понимания процесса и его оптимизации.

SIMATIC SIPAT Model Builder

SIMATIC SIPAT Model Builder как правило используюется для анализа оффлайн исторических данных и последующей их передачи в хемометрическое программное обеспечение. SIMATIC SIPAT Model Builder также присваивает версию и администрирует жизненный цикл модели MVDA, определенной для модели хемометрического программного обеспечения. Это также позволяет контролировать и оптимизировать эти модели.

SIMATIC SIPAT Basic Package

SIMATIC SIPAT Basic Package  - комплект SIMATIC SIPAT Base Station license и SIMATIC SIPAT Model Builder license. В отличие от полного пакета лицезий (четыре одновременно выполняемых метода), лицензия SIMATIC SIPAT Base Station в SIMATIC SIPAT Basic Package ограничена одним одновременно выполняемым методом.

SIMATIC SIPAT Basic Package Trial Version

Лицензия SIMATIC SIPAT Basic Package Trial Version ограничена длительностью использования SIMATIC SIPAT Basic Package в 90 дней. Она не может быть расширена SIMATIC SIPAT Basic Package PowerPack.

SIMATIC SIPAT Basic Package PowerPack

SIMATIC SIPAT Basic Package PowerPack license расширяет SIMATIC SIPAT Base Station представленной в SIMATIC SIPAT Basic Package до полной лицензии (до четырех одновременно выполняемых метода).

SIMATIC SIPAT Productivity Pack (Analyser Type/Analyser)

SIMATIC SIPAT Productivity Pack объединяет анализаторы в единый интерфейс, именуемый набором инструментов, в  SIMATIC SIPAT. Набор инструментов используется для двустороннего обмена данными с анализаторами. Они используют программное обеспечение устройств и интерфейсы производителей устройств (требуется лицензия на программное обеспечение производителя).

Каждый набор инструментов отдельного типа служит драйвером для соответствующих инструментов данного типа. В настоящее время доступен набор инструментов для следующих устройств:

• ABB Bomem
• Bruker OPUS
• Bruker Lancir
• Dr. Schleuniger / Bruker Tandem
• Malvern Insitec Particle Size
• Malvern Morphology
• Thermo Fisher Antaris
• Kaiser Optics
• Granumet XP
• Malvern Morphology
• Brimrose Luminar
• Expo ePAT601
• Carl Zeiss 500/600

SIMATIC SIPAT Report Manager Server

SIMATIC SIPAT Report Manager Server лицензия позволяет использовать данные SIMATIC SIPAT для отчетов с Business Objects XI.

SIMATIC SIPAT Report Manager Universe Customizer

SIMATIC SIPAT Report Manager Universe Customizer лицензия позволяет пользовательскую адаптацию отчетов с  Business Objects.

SIMATIC SIPAT Productivity Pack Reporting

Вместе с SIMATIC IT Report Manager Server или полной лицензией Business Object, лицензия Productivity Pack Reporting расширяет функционал отчетов SIMATIC SIPAT.

SIMATIC SIPAT Report Manager Client

SIMATIC SIPAT Report Manager Client лицензия используется для представления отчетов SIMATIC SIPAT reports в Internet Explorer. Лицензия позволяет в следующих двух версиях клиентов иметь одновременный доступ к SIMATIC SIPAT Report Manager Server:

• 1 клиент
• 10 параллельных клиентов 

SIMATIC SIPAT Lab/Line License

SIMATIC SIPAT Lab/Line License объединяет все лицензии SIMATIC SIPAT, требующиеся для лаборатории или участка завода(участок процесса в соответствии с ISA-88), за исключением следующих лицензий для отчетов:

• SIMATIC SIPAT Report Manager Server
• SIMATIC SIPAT Report Manager Universe Customizer
• SIMATIC SIPAT Productivity Pack Reporting
• SIMATIC SIPAT Report Manager Client (1 or 10 concurrent clients)

SIMATIC SIPAT Site License

SIMATIC SIPAT Site License объединяет все лицензии SIMATIC SIPAT, требующиеся для предприятия (в соответствии с ISA-88) за исключением следующих лицензий для отчета:

• SIMATIC SIPAT Report Manager Server
• SIMATIC SIPAT Report Manager Universe Customizer
• SIMATIC SIPAT Productivity Pack Reporting
• SIMATIC SIPAT Report Manager Client (1 or 10 concurrent clients)

Функции

Важные функции SIMATIC SIPAT V3.0:

Сбор данных

Запись данных анализа процесса

SIMATIC SIPAT может использоваться вместе с различными анализаторами для записи данных технологического процесса и данных о продукте. В зависимости от функций, специфичных для конкретного устройства и программного обеспечения производителя, SIMATIC SIPAT может использоваться не только для сбора данных, но и также для конфигурации анализаторов, включая калибровку и проверку режимов работы.

Получение/чтение данных и их распределение

SIMATIC SIPAT использует открытые технологии, базирующиеся на индустриальных стандартах для обмена данными с внешними системами, например с системой управления технологическими процессами SIMATIC PCS7. SIMATIC SIPAT может считывать данные, например, температуру, давление, величину pH для приложения в PAT через OPC интерфейс. OPC коммуникация может быть также использована для передачи в SIMATIC SIPAT информации о начале и конце batch, процедурах и фазах.

В дополнении к онлайн данным анализаторов и системы SIMATIC PCS 7, SIMATIC SIPAT может также использовать качественные параметры от ERP систем, LIMS систем, таких, как SIMATIC IT Unilab, или MES систем, таких как  SIMATIC IT Production Suite, таких, как например, результаты анализов исходного материала.

Калибровка устройств и проверка режимов работы

Характеристики анализаторов обычно проверяются перед их использованием. SIMATIC SIPAT учитывает течение технологического процесса и вызывает процесс калибровки или тестирование режимов работы, базирующихся на внешних или внутренних стандартах. Для отслеживания данных, SIMATIC SIPAT сохраняет как результаты, так и другие данные с привязкой к соответствующему устройству.

Интеллектуальный анализ данных

Model Builder используется для предварительной обработки данных процесса и продукта, записанных SIMATIC SIPAT. Это может быть использовано для вычисления данных и разработки корректной модели.

SIMATIC SIPAT записывает данные онлайн, предварительно их обрабатывает и  может использовать модель в "качестве фона", для осуществления предсказаний. Результаты могуть быть визуализированы и/или сгруппированы SIMATIC SIPAT. SIMATIC SIPAT может работать совместно с различными MVDA пакетами анализа данных. Хемометрические функции из Umetrics уже интегрированы как стандарт в SIMATIC SIPAT.

Модели сохраняются с данными по версии и статусными данными в SIMATIC SIPAT архиве. Нет необходимости комбинировать все предсказания для конкретных PAT процедуры в одной простой модели. Процедура может включать несколько меделей, которые могут быть организованы параллельно или в виде иерархии. Требуемые для этого данные могут быть использованы повторно.

В противоположность другим PAT системам, которые обычно ограничены одной анализируемой моделью или возможно дополнительной моделью простой процедуры, в SIMATIC SIPAT может быть разработана  общая процессная модель, позволяющая предсказать характеристики продукта на выходе.

Типы моделей

• Модель простого анализатора
  Модель базируется на записанных данных конкретных анализаторов, например, через создание процедур ближней части инфракрасного спектра (NIR), предсказание конкретных параметров, анализ главных компонентов (PCA) или процедуры наименьших дробных квадратов (PLS)
• Модель одиночной процедуры
  Модель на базе записанных данных отдельных процедур (данные от датчиков, анализоторов и пр.), например, комбинация значений pH, температуры, давления, растворенный кислород и NIR данные в процессе работы простого биореактора.
• Модель основного процесса/продукта(ов)
  Модель основана на записанных данных различных простых процедур общего процесса - от исходных материалов до конечного продукта. Эта модель - специальная функция SIMATIC SIPAT.

Мониторинг и регулирование с разомкнутым контуром

Интеграция c batch

Модель простой процедуры процесса используется  как база для разработки модели для управления процесса (прямая и обратная связи управление/коррекция).

SIMATIC SIPAT отвечает за качество процесса и предоставляет соответствующую информацию для SCADA/Системе управления технологическим процессом. SCADA/Система управления технологическим процессом осуществляет управление измерениями для гарантии качества. Для выполнение прямого/обратного управления системы соединяются через OPC интерфейс.

Тесная интеграция с batch процессами позволяет синхронизировать рецептные процедуры с SIMATIC SIPAT. SIMATIC SIPAT может, например, определить конечные условия процедуры или фазы.

Визуализация данных

Графический пользовательский интерфейс (GUI) SIMATIC SIPAT позволяет Вам записывать данные в интерактивном режиме, создавать PAT процедуры, просматривать дополнительную информацию текущих и исторических batch процессов. Все критические параметры могут быть просмотрены в онлайн.

Процесс может быть просмотрен сравнением реальных параметров с эталонными batch параметрами. Визуализация может быть выполнена либо с применением SCADA/PCS7, либо с помощью графического пользовательского интерфейса SIMATIC SIPAT.

Обратная связь со SCADA/PCS7

SIMATIC SIPAT может быть сконфигурирован так, чтобы критические для качества параметры были возвращены в  SCADA/PCS7. Они могут быть использованы SCADA/PCS7 для контроля, используя трандиционный или продвинутый (APC) PID контроллер.

SIMATIC SIPAT может отправлять критические значения или компоненты онлайн в SCADA/PCS7 и в любые OPC сервера. Могут быть также интегрированы ERP и MES системы . Типичный пример приложения  - передача критически важных для качества параметров в MES или ERP систему для подтверждения одиночной процедуры.

Регистрация

SIMATIC SIPAT сохраняет все измеренные и вычисленные в процессе работы значения PAT процедур вместе  с доступной batch информацией в базу данных. Эти данные доступны для оценки, используя инструменты журнала регистрации.

SIMATIC SIPAT поддерживает протоколирование с:

• Предопределенными или пользовательскими отчетами
• Протоколирование модулей для создания CSV файлов, используя универсальные запросы к базе данных

Протоколы, представленные в CSV формате могут быть импортированы в статистические программы или в приложения Microsoft Office.

Функции аудита

SIMATIC SIPAT предоставляет полный функционал аудита, который гарантирует выполнение последовательностей в соответствии с рекомендациями GMP (Good Manufacturing Practice)  в фармацевтике и пищевой индустрии. Эти рекомендации соответствуют принятым директивам FDA (Food and Drug Administration ) в части 21 CFR часть 11. Наиболее важные функции аудита, включают:

• Безопасность системы и проверку авторизации
• Электронные подписи
• Запись всех изменений данных, включая кто, что и почему и заметки
• Хранение документов и их воспроизводимость в онлайн базе данных, так же как и архивные данные
• Проверка версий объектов, таких как PAT процедур, моделей, устройств, установок и т.д.

Пользовательские настройки

Стандартный функционал, предоставляемый SIMATIC SIPAT  для проектирования, анализа, оптимизации и управления производством продукта, на основе актуальных измерений параметров качества и характеристик исходного сырья, является очень широким и универсальным. Он может легко конфигурироваться пользователемя через графический пользовательский интерфейс (GUI) SIMATIC SIPAT.

Последовательности, которые могут быть выполнены с помощью стандартных функций SIMATIC SIPAT могут быть адаптированы и дополнены с помощью пользовательских функций и технологических процессов.

Особенности

Применение Process Analytical Technology (PAT) с SIMATIC SIPAT позволяет Вам значительно увеличить эффективность и рентабельность лаборатории и в  процессе производства.  Важные преимущества уже определены целями PAT:

• Расширение и углубление знаний относительно всего процесса и внутренних взаимосвязей
• Оценка качества продукта в реальном времени
• Гарантированное, однородное высокое качество продукта
• Повышение производительности всего процесса
• Соблюдение установленных директив через онлайн контроль качества

Другие важные преимущества могут быть представлены следующим образом:

• Значительное сокращение затрат
  • Ликвидация брака/повторной обработки
  • Сокращение запасов исходных материалов, промежуточных продуктов и конечных продуктов
  • Сокращение лабораторных затрат
  • Гибкая адаптация количества выпускаемой продукции в зависимости от запросов
• Повышение качества через интегральный контроль качества
  • Уменьшение риска отзывов
  • Уменьшение опасных примесей
• Сокращение времени на разработку продукта и его запуск в производство
  • Повышение эффективности через оперативный контроль качества
  • Более простое соответствие регламентам, благодаря оптимизации контроля
  • Простое и быстрое масштабирование системы
  • Простой и быстрый перенос системы
• Увеличение доли рынка
  • Завоевывание рынка через более быструю разработку продукта и выход его на рынок
  • Патентование продукта обеспечивает конкурентные преимущества
• Обновление имиджа 
  • Инновация продукта/технологии
  • Минимизация рисков отзыва

Дальнейшая информация

Siemens AG
Industry Sector
Industry Automation Division
Industrial Automation Systems
Karlsruhe

E-mail: info.sipat@siemens.com

You can find more information on the Internet at:

http://www.siemens.com/sipat