呂宏

藥品生產(chǎn)關(guān)系到千家萬戶的用藥安全，因此對藥品生產(chǎn)的全過程的監(jiān)控和智能調(diào)度的重要性不言而喻。中藥制造企業(yè)又面臨著傳統(tǒng)工藝的復雜性、不規(guī)范性，以及資源保護和質(zhì)量控制的難題，還有老字號品牌的企業(yè)生命的復興命題。

過去沒有5G技術(shù)，中藥制藥行業(yè)的SCADA系統(tǒng)全都從設計上考慮本地部署方案，但屬地的網(wǎng)絡安全環(huán)境薄弱，對于重要的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，無法做到高質(zhì)量防御、實時監(jiān)測、實時響應，若要改造或升級一次性投入成本較高，后期維護成本也大。所以企業(yè)面臨非核心業(yè)務的高成本，而且國家新版GMP要求企業(yè)對業(yè)務數(shù)據(jù)的可追溯提出了更高要求，基本藥物、醫(yī)保報銷藥物等患者普遍關(guān)注的藥品，需盡快建立藥品全產(chǎn)業(yè)鏈追溯體系，這樣技術(shù)上要確保萬無一失，所以企業(yè)為控制風險不得不承擔相應的高額運維成本。而現(xiàn)階段隨著5G技術(shù)的應用，企業(yè)如何既享受到云端服務的安全、可靠、便捷，同時還不損失工藝對業(yè)務數(shù)據(jù)的要求。本文將結(jié)合在上海某中型中藥制造企業(yè)中，5G技術(shù)在中藥智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應用案例進行探討，提供行業(yè)應用示范參考。

一、現(xiàn)狀痛點

（一）中藥制藥行業(yè)SCAD系統(tǒng)現(xiàn)狀

SCADA是監(jiān)控控制與數(shù)據(jù)采集的英文縮寫，是一種用于監(jiān)控和控制工業(yè)過程的計算機系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)通常由一臺或多臺遠程終端單元（RTU）、操作站、數(shù)據(jù)庫、通信設備和軟件等組成，可以實時監(jiān)控和管理工業(yè)過程中的各個參數(shù)和設備，如溫度、壓力、流量、電力負荷等。

醫(yī)藥工業(yè)引入SCADA系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時洞察和控制，提高生產(chǎn)效能和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和風險。具體來說，SCADA系統(tǒng)+MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)可以幫助醫(yī)藥工業(yè)實現(xiàn)，實時監(jiān)控生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)過程，遠程控制和管理，提高生產(chǎn)安全性和可靠性。

（二）傳統(tǒng)醫(yī)藥工業(yè)SCADA系統(tǒng)的痛點

傳統(tǒng)醫(yī)藥工業(yè)SCADA系統(tǒng)主要是通過DCS和PLC來洞察和控制，生產(chǎn)過程中的各類參數(shù)，比如溫濕度、流速、壓力、轉(zhuǎn)速等。這些數(shù)據(jù)可以通過SCADA系統(tǒng)實時采集、處理和分析，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和管理。然而，傳統(tǒng)醫(yī)藥工業(yè)SCADA系統(tǒng)在實際應用中，大多數(shù)醫(yī)藥企業(yè)仍然采用本地部署的方式，即將SCADA系統(tǒng)安裝在企業(yè)內(nèi)部的服務器上，由企業(yè)自己負責系統(tǒng)的運維和維護。本地部署的方式可以保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，但需要企業(yè)投入大量的資金和人力資源。

二、技術(shù)方案

5G網(wǎng)絡技術(shù)相較于前幾代移動通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)了各方面能力的飛躍性發(fā)展。這一切使得我們進入了一個充滿機遇的時代，滿足了人們對各種萬物互聯(lián)的想象。5G網(wǎng)絡技術(shù)的主要特點包括更快的網(wǎng)速，可以滿足大數(shù)據(jù)量的快速傳輸需求；更低的時延，滿足了實時性的要求；更廣的連接范圍，可以滿足多站點并發(fā)采集的需求。正因為如此，5G網(wǎng)絡技術(shù)的到來為提高中藥制造智能化監(jiān)控水平提供了更多的可能性。

基于5G云部署的方式是將SCADA系統(tǒng)部署在云平臺上，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到各個生產(chǎn)設備，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和管理。具體技術(shù)方案如下。

（一） 云平臺選擇

選擇一個可靠的云平臺供應商，如AWS、Azure、阿里云等，根據(jù)實際需求選擇適合的云平臺服務。

（二） 虛擬化環(huán)境搭建

在云平臺上創(chuàng)建虛擬機實例，安裝SCADA系統(tǒng)所需的操作系統(tǒng)和軟件，并進行相應的配置和優(yōu)化。

（三） 數(shù)據(jù)采集設備連接

將生產(chǎn)設備連接到SCADA系統(tǒng)，通過網(wǎng)關(guān)或串口等方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_上。

（四） 數(shù)據(jù)存儲和處理

將采集到的數(shù)據(jù)存儲在云平臺上的數(shù)據(jù)庫中，并進行實時處理和分析，生成實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和報表。

（五） 遠程訪問和控制

通過互聯(lián)網(wǎng)連接到SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的遠程訪問和控制，包括實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、報警處理、遠程控制等功能。

（六） 安全性保障

采取各種安全措施，如數(shù)據(jù)加密、身份認證、防火墻等，確保SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和操作安全可靠。

三、 優(yōu)勢分析

使用5G技術(shù)進行云部署方式具有很多優(yōu)勢，可以幫助企業(yè)降低部署和維護成本，提高系統(tǒng)的擴展性、穩(wěn)定性、安全性和性能。當然，企業(yè)也需要注意選擇可靠的云服務提供商和5G網(wǎng)絡運營商，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

（一） 擴展性方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以提供更高的擴展性，因為5G網(wǎng)絡具有高帶寬和低延遲的特點，可以支持更多的用戶和應用。同時，5G網(wǎng)絡還支持廣連接，可以連接更多的設備，從而實現(xiàn)更大規(guī)模的部署。

（二）部署和維護成本方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以減少部署和維護成本，因為企業(yè)不需要購買和維護昂貴的硬件設備、軟件系統(tǒng)以及人力資源投入，只需要支付云服務提供商的租用費用即可。此外，使用5G技術(shù)進行云部署方式還可以通過自動化管理和監(jiān)控來降低維護成本。

（三）系統(tǒng)升級難度方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以降低系統(tǒng)升級難度，因為云服務提供商可以通過云平臺來實現(xiàn)系統(tǒng)升級，企業(yè)只需要按照云服務提供商的升級流程進行操作即可。此外，云服務提供商還可以提供自動化升級工具，幫助企業(yè)快速完成系統(tǒng)升級。

（四）系統(tǒng)穩(wěn)定性方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，因為5G網(wǎng)絡具有更強的容錯性和健壯性，可以在網(wǎng)絡故障和設備故障的情況下保持系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。此外，云服務提供商還可以提供容災和備份機制，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)和應用的備份和恢復，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

（五）數(shù)據(jù)安全性方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以提高數(shù)據(jù)安全性，因為5G網(wǎng)絡具有更高的安全性和可靠性，可以保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴４送?，云服務提供商還可以提供安全性管理和監(jiān)控工具，幫助企業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，并及時發(fā)現(xiàn)和處理安全威脅。

（六）系統(tǒng)運行速度方面

使用5G技術(shù)進行云部署方式可以提高系統(tǒng)運行速度，因為5G網(wǎng)絡具有低延遲和高帶寬的特點，可以支持更多的并發(fā)請求和數(shù)據(jù)處理。此外，云服務提供商還可以提供分布式計算和負載均衡技術(shù)，將請求分散到多個計算節(jié)點上進行處理，從而提高系統(tǒng)的響應速度和處理能力。

四、 應用案例

國內(nèi)5G網(wǎng)絡技術(shù)的快速普及和商用，給中藥制造業(yè)SCADA數(shù)據(jù)的采集和通信提供了一種很好的解決方案。5G 無線網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式設計在上海某中型中藥制藥企業(yè)，進行了測試應用，通信良好且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，起到了示范作用。

（一） 高帶寬

目前，該企業(yè)共有生產(chǎn)車間5個，倉庫1個，辦公樓1棟，輔助工程樓1棟，合計樓宇共計8棟，總面積約3.3萬m2，采集總點數(shù)13767點，其中制劑7233 點 ，提取4868點 ，前處理1666 點。采集設備范圍包括：提取、濃縮、噴霧干燥機、帶式干燥機、總混機、制粒機、包裝機等。數(shù)據(jù)包括各類溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、工作時間、報警信息等。

由于各個車間建設的時期不一樣，之前的通信網(wǎng)絡受限于早期的技術(shù)條件，有自建以太網(wǎng)連接，自建簡易機房，網(wǎng)絡狀態(tài)不佳，數(shù)據(jù)通信不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)庫安全性差，機房無備災措施、維護工作量大，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有業(yè)務對數(shù)據(jù)采集和智能化調(diào)度的需求。5G網(wǎng)絡技術(shù)改造方案的提出和實施，很好地解決了上述問題，同時為后續(xù)的企業(yè)智能制造打下了堅實的基礎(chǔ)，增強了寬帶創(chuàng)造出了更快的網(wǎng)絡速率，解決了之前帶寬低、數(shù)據(jù)擁堵、刷新慢的問題，可以集成DCS和PLC系統(tǒng)，滿足對多設備、多產(chǎn)線、多機型的大數(shù)據(jù)采集需求，為中藥企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，如圖1所示。

（二）低時延

改造之前，整個SCADA網(wǎng)絡通信時延較大，時有發(fā)生丟包的現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新頻率較低，個別采集點每隔一段時間還會出現(xiàn)網(wǎng)絡卡死或假死的現(xiàn)象，導致數(shù)據(jù)不刷新，需要維護人員到現(xiàn)場站點重啟復位網(wǎng)絡設備。該問題處理起來不僅工作量大，還給支持整個企業(yè)日常運營的信息化系統(tǒng)的安全運維帶來隱患。該項目采用5G技術(shù)并結(jié)合SCADA軟件DNP協(xié)議的主動上報功能，不僅讓數(shù)據(jù)達到毫秒級的實時上傳，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性也得到質(zhì)的提升。

延時測試，通過專線訪問屬地設備，延時較低，滿足采集業(yè)務要求。生產(chǎn)工藝人員能更加及時地了解到產(chǎn)線上各個節(jié)點參數(shù)的變化情況，關(guān)鍵設備溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等的變化情況，結(jié)合產(chǎn)線的智能仿真系統(tǒng)，可及時有效地對產(chǎn)線的危險情況做出預警。整個SCADA的監(jiān)控調(diào)度更加流暢，數(shù)據(jù)刷新頻率更快，實時性更高，各生產(chǎn)設備控制點遠程監(jiān)控命令更加高效和可靠，為今后有人值守崗位減員 增效打下了很好的基礎(chǔ)，提升中藥制造企業(yè)自動化控制的整體水平。

（三）廣連接

SCADA系統(tǒng)面臨的最大問題就是采集點位多，分布廣。改造之前不同通信方式接入的時間缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，IP資源分配不合理，面臨IP資源枯竭的問題。另外，2G/3G 無線通信卡撥號時候一般都是動態(tài)IP的方式，每次重啟后重新?lián)芴朓P都會發(fā)生變化，因此，網(wǎng)絡中配置了1臺通信服務器用來做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通信服務器上有固定IP，每個車間無線設備撥號后作為 TCP client，連接到通信服務器的固定IP上，SCADA軟件再和通信服務器進行通信，完成數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控。5G技術(shù)引入后，設備覆蓋更廣，數(shù)據(jù)采集更廣，遠程協(xié)作更廣，可以支持制藥企業(yè)內(nèi)部和外部的遠程協(xié)作，實現(xiàn)營銷管控向下游延伸，保持與800家渠道經(jīng)銷商和終端藥店銷售業(yè)務和庫存數(shù)據(jù)的協(xié)同，提升了精準制造能力和庫存周轉(zhuǎn)率。通過5G網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)更加高效的協(xié)作和溝通。

（四） 高可靠

隨著5G技術(shù)的應用，企業(yè)可以享受云端服務的安全可靠便捷，同時還不損失工藝對業(yè)務數(shù)據(jù)的要求。除了利用5G網(wǎng)絡技術(shù)提高數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性和可靠性，上云后，企業(yè)私有云網(wǎng)絡安全可滿足等級保護三級要求，可以實現(xiàn)全層次，全方位安全防護。業(yè)務數(shù)據(jù)的備災方面，企業(yè)私有云主數(shù)據(jù)中心部署于羅涇，同城災備數(shù)據(jù)中心部署于張江，具備同城6級容災能力，異地災備數(shù)據(jù)中心部署于重慶，其中主機層禁止同網(wǎng)段其他主機的通信，主機層禁止同網(wǎng)段其他主機的通信。

（五）車間網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖

改造前，本地部署SCADA方式的車間網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)通常是一個封閉的局域網(wǎng)，所有的設備和服務器都集中在車間內(nèi)部，通過有線網(wǎng)絡連接起來。這種拓撲結(jié)構(gòu)存在的問題是，由于所有設備都集中在車間內(nèi)部，一旦網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，整個車間的生產(chǎn)線都會受到影響，造成生產(chǎn)中斷和損失，而且由于網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)比較封閉，難以進行遠程管理和維護，一旦設備出現(xiàn)故障，需要派人到現(xiàn)場進行排查和修復，耗費時間和人力成本較高，如圖2所示。

改造后，運用5G技術(shù)上云部署方式的車間網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用了分布式的架構(gòu)，所有的設備和服務器都通過5G網(wǎng)絡連接到云端的服務器上，形成一個云-邊緣-終端的架構(gòu)。這種拓撲結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)勢是，可以實現(xiàn)設備的遠程管理和維護，大大降低了維護成本和風險，同時分布式的架構(gòu)可以支持更多的設備連接，滿足生產(chǎn)線的擴容需求，并且云端的服務器可以提供強大的計算和存儲能力，支持更多的應用場景和業(yè)務需求變更，如圖3所示。

五、其他場景應用

5G技術(shù)除了可以為制藥企業(yè)提供高速、低延遲和高可靠性的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)智能制造，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還可以在如下幾個場景有較好的發(fā)展前景。

（一）設備遠程診斷

關(guān)鍵性設備的停機將打亂企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序，據(jù)上海某中型中藥制藥廠測算，停產(chǎn)一天的直接經(jīng)濟損失就達50萬元，這還不包括影響交期給用戶帶來的負面用戶滿意度下降等非直接經(jīng)濟損失。所以關(guān)鍵性設備的及時修復或日常巡護就要求非常高，過去這種情況只能請設備供應商上門維修，時間的機會成本非常高，運用5G技術(shù)，佩戴配有音視頻的頭盔解放雙手，可以實現(xiàn)遠程多媒體的指導，快速解決故障，為企業(yè)減少損失。

（二） 對委托生產(chǎn)企業(yè)遠程巡檢

根據(jù)相關(guān)法規(guī)，委托方必須對委托生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量進行監(jiān)督和檢查，確保委托生產(chǎn)的藥品符合國家藥品質(zhì)量標準和相關(guān)法律法規(guī)要求。如果委托生產(chǎn)的藥品存在質(zhì)量問題或者違反相關(guān)法律法規(guī)，委托方也將承擔相應的法律責任。運用5G技術(shù)，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)管，轉(zhuǎn)過去出差現(xiàn)場檢查，變成隨機實時抽查，避免為應付檢查而檢查不到實際情況的問題，提高了監(jiān)管的有效性，也節(jié)約了監(jiān)管成本，控制了企業(yè)委托生產(chǎn)的風險。

（三）技防措施提升

在企業(yè)安全生產(chǎn)，5G技術(shù)可以與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)對防爆車間電子圍欄，制藥生產(chǎn)線的虛擬仿真和培訓，提高生產(chǎn)人員的技能水平，對高危的風險鎖死預警提示等，防止重大安全事故的發(fā)生。

六、小結(jié)

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡模式下，由于各種網(wǎng)絡通信協(xié)議的種類繁多，并且彼此之間存在一定的局限性和封閉性，因此互聯(lián)互通在工業(yè)設備中是一個挑戰(zhàn)，這對于工業(yè)公司的生產(chǎn)設備進行智能化改造構(gòu)成了巨大的阻礙。因此，我們迫切需要建立一種新型的網(wǎng)絡技術(shù)系統(tǒng)，它能夠適應多種協(xié)議。我們應該充分利用5G技術(shù)的高帶寬、多并發(fā)和低延遲等優(yōu)勢，將其有效、穩(wěn)定、安全地應用于現(xiàn)代化的中藥智能制造領(lǐng)域。推動傳統(tǒng)中藥產(chǎn)業(yè)向技術(shù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

作者單位：上海雷允上藥業(yè)有限公司

基金項目：上海市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展專項，項目編號：2020-GYHLW-02002。