Regulacje, lepsze oprogramowanie przetwarzania wsadowego

Stary rodzinny przepis babuni… Czasami starannie przepisany na kartce i schowany do drewnianej skrzyni; czasami zapisany odręcznie na marginesie książki kucharskiej, a czasami po prostu kulinarne doświadczenie przechowywane w pamięci. Specjalne receptury stanowią część rodzinnej dumy, historii, są przechowywane i przekazywane z miłością.

Podobnie pieczołowicie przechowuje się receptury przemysłowe. Stanowią one część intelektualnej własności korporacji, wymagają szczególnej troski i często objęte są tajemnicą. Równie często receptury te stanowią część skomplikowanych procesów przetwarzania wsadowego, generujących wiele produktów przemysłowych. Wiele z nich powstaje w systemach produkcyjnych, które są nastawione na proces, klienta i które charakteryzuje wysoki stopień regulacji.

^{Gałęzie przemysłu, tradycyjnie uznawanego za przetwórczy stosują największą ilość oprogramowania przetwarzania wsadowego, w tym aż 40% jest wykorzystywane przez przemysł chemikaliów masowych.}

Control Engineering wspólnie z Reed Research Group (obie firmy stanowią część Reed Business Information, www.reedbusiness.com) po raz pierwszy przeprowadziły analizę trendów na rynku użytkowników oprogramowania wsadowego. Ostatnio pytano prenumeratorów przez e-mail o preferencje w zakresie stosowanych programów wsadowych oraz ich wdrażania.

Przegląd ?składników?

Według ankiety przeprowadzonej w maju 2004 roku wśród prenumeratorów zajmujących się wybieraniem, kupowaniem lub wdrażaniem oprogramowania przetwarzania wsadowego ? największą część stanowili przedstawiciele przemysłu produkcyjnego chemikaliów masowych ? 40% (szczegółowy wykaz zastosowania znajdziecie Państwo na wykresie ?Zastosowanie oprogramowania wsadowego w przemyśle przetwórczym?).

Według Joachima (Jay) Ruhe, menedżera do spraw przetwarzania wsadowego oraz systemów MES w firmie ABB Inc., ABB obsługuje wiele gałęzi przemysłu, a w każdej dostrzega możliwości rozwoju. ? ABB zalicza środki farmaceutyczne, biotechnologiczne oraz lekarstwa ogólnie dostępne bez recepty do przemysłu ?biotechnologicznego?. W przemyśle tym występuje duże zapotrzebowanie na zaawansowane oprogramowanie przetwarzania wsadowego, co po części wynika z wymogów zapewnienia zgodności z regulacjami, takimi jak FDA 21 CFR, część 11. Dodatkowe zapotrzebowanie na zaawansowane oprogramowanie procesów wsadowych pochodzi ze zwiększonego zainteresowania koncepcją ?włączenia jakości do projektu?, na której opiera się analityczna technologia przemysłu przetwórczego. Obecnie około 80% działalności firmy ABB w przemyśle biotechnologicznym to oprogramowanie dla wsadowych procesów produkcyjnych.

ABB dostrzega zapotrzebowanie na oprogramowanie dla procesów wsadowych zarówno w przemyśle chemikaliów wysokowartościowych, jak i masowych, co wynika głównie z potrzeby udoskonalenia i zapewnienia jednostajnej, powtarzalnej jakości produktów, skrócenia czasu realizacji cykli produkcyjnych i udoskonalenia jakości. Z drugiej strony, przemysł spożywczy posługuje się nowoczesnym oprogramowaniem wsadowym w celu zabezpieczenia korzyści wynikających z elastyczności czasu wykonywania, udoskonalenia wykorzystania zasobów i zautomatyzowania elektronicznego śledzenia historii produkcji.

Poziom złożoności, rodzaj platformy

Produkcję wsadową możemy podzielić na trzy główne typy: produkt pojedynczy, jeden strumień/ścieżka; produkty wielokrotne, jeden strumień/ścieżka oraz produkty wielokrotne i wielokrotne strumienie/ścieżki. Rodzaj wdrożonego systemu wsadowego zależy od możliwości zakładu, złożoności produktów, elastyczności systemu produkcyjnego oraz od innych czynników.

Rodzaj produkcji oraz zakład, w którym ma zostać wdrożony system wpływają na wybór platformy sprzętowo?programowej. Na podjęcie tej decyzji wpływa również czas przeznaczony na wdrożenie systemu. W przeprowadzonej ankiecie rozpatrywane były cztery kombinacje platform sprzętowo–programowych oraz ich wpływ na złożoność samego procesu wsadowego. Owe cztery połączenia to:

• PLC wyposażone w programowane przez użytkownika rozwiązanie wsadowe oraz HMI (interjefs człowiek-maszyna). Do celów ankiety ? oprogramowanie używane przy tego rodzaju platformie sprzętowej niekoniecznie musiało być specjalnie projektowane dla procesów wsadowych. Użytkownik sporządzał niezbędną strukturę wsadową dla sterowania, produkcji, poszczególnych etapów, receptur itd. Systemy te z czasem często ewoluują i mają znamiona rozwiązań ?domorosłych?.
• PLC wyposażone w komercyjny serwer przeznaczony dla procesów wsadowych i HMI (interfejs człowiek-maszyna). Zastosowanie tego rodzaju systemu wskazuje, że inżynier automatyk lub integrator posiada całą gamę oprogramowania, z której można wybrać najbardziej odpowiednie podczas instalowania systemu.
• Zaprogramowane rozwiązanie dla procesów wsadowych oraz zintegrowany interfejs operatora. Zazwyczaj są to rozwiązania opracowane we własnym zakresie, do których dołączany jest komercyjny interfejs operatora.
• Gotowy pakiet oprogramowania dla procesów wsadowych oraz zintegrowany interfejs operatora. Platforma powstała na skutek takiego połączenia istnieje zazwyczaj w gotowych pakietach komercyjnych opracowanych specjalnie dla konkretnych gałęzi przemysłu stosującego przetwarzanie wsadowe.

Opracowywać od zera, czy korzystać z gotowych rozwiązań

? Im bardziej złożone procesy, tym bardziej trzeba zmieniać platformę sprzętowo-programową ? twierdzi Daren Moffat, architekt rozwiązań wsadowych w firmie Foxboro.

Pierwszą przyczyną jest konserwacja systemu. Przy prostych aplikacjach wsadowych jeden lub dwóch doświadczonych pracowników może zajmować się konserwacją systemu. Jednak wraz ze zwiększaniem się rozmiarów systemu wzrasta również jego stopień złożoności. Coraz trudniej zarządzać istniejącym kodem czy dodawać nowy kod do systemu. Jeśli doświadczony pracownik opuszcza firmę, może się okazać, że producent zostaje z nieudokumentowanym systemem sterowania, który bardzo trudno zmienić. Ponadto gdy budżet na cele techniczne zostaje obcięty, może się okazać, że zasoby przeznaczone na rozwiązania oparte na sterownikach zostały uszczuplone. Istniejące środki mogą być przeznaczane na inne cele firmy i doskonalenie procesów, zamiast na system sterowania.

Drugim powodem są ograniczone możliwości samego sterownika. Wraz ze wzrostem liczby oraz stopnia złożoności produktów receptury są definiowane w systemie sterowania wraz z logiką sterowania fazowego, a cała pamięć dostępna w sterowniku szybko zostaje wykorzystana. Dodatkowe sterowniki, ich konserwacja, jak również projektowanie aplikacji sterujących ? wszystko to zwiększa koszty. W przypadku bardzo zaawansowanych rozwiązań logika procedur realizacji receptur, przydział i przyznawanie dostępu, zarządzanie ścieżkami, bezpieczeństwo oraz historia wsadów wychodzą poza ramy funkcjonalności zarządzanej za pomocą serwera wsadowego na poziom stacji roboczej. Zwiększenie aktywnej rolisystemu zarządzania wsadami uwalnia system sterowania od zbędnej logiki, co w rezultacie daje bardziej uporządkowaną bazę kodu, na której łatwiej pracować, co dotyczy głównie logiki fazowej i logiki wyjątków (tj. obsługi sytuacji wyjątkowych).

Trzecim powodem przejścia na bardziej zaawansowane aplikacje wsadowe są naciski na zwiększenie wydajności przy równoczesnym zapewnieniu oszczędności. Obecnie producenci oprogramowania przetwarzania wsadowego muszą lepiej reagować na potrzeby klientów i wykonywać produkty bardziej ekonomicznie. Producenci mogą dodawać nowe receptury codziennie, co w rezultacie daje bardziej wyspecjalizowane partie wsadów wymagające bardziej skomplikowanego systemu zarządzania recepturami i wsadami. Realizacja produkcji w wyznaczonych terminach wymaga łatwego dodawania receptur poprzez HMI bądź poprzez oprogramowanie przetwarzania wsadowego, bez bezpośredniego zmieniania kodu sterującego.

W końcu potrzeba zapewnienia zgodności z regulacjami rządowymi sprzyja przechodzeniu na bardziej zaawansowane platformy sprzętowo-programowe. Nowoczesne aplikacje wsadowe obdarzone są cechami, które ułatwiają zapewnienie zgodności z zapisami elektronicznymi oraz regulacjami porządkującymi kwestię podpisów elektronicznych, takimi jak: elektroniczna historia wsadów, możliwość monitorowania drogi materiałów, śledzenie zmian oraz zarządzanie bezpieczeństwem użytkowników. ? Taki efekt trudno osiągnąć na bazie rozwiązania opartego na PLC ? dodaje Daren Moffat.

Systemy sterowania przetwarzania wsadowego sporządzone we własnym zakresie w dalszym ciągu przeradzają się w bardziej zaawansowane rozwiązania. Być może stare receptury rodzinne nigdy się nie zmienią, ale może też nigdy nie będą realizowane taki sam sposób.

PRODUKTY Z ZAKRESU OPROGRAMOWANIA PRZETWARZANIA WSADOWEGO

• Narzedzia nastawione na obiekt wspierają model S88

Firma Telemecanique oferuje Unity Application Generator (UAG) ? zorientowany na obiekt program narzędziowy do pracy z wsadami, który automatycznie generuje projekty systemu sterowania oraz upraszcza integrację PLC/HMI. Program może tworzyć, replikować i weryfikować projekty systemów sterowania zgodne z modelem ISA S88. Architektura zstępująca emuluje standard S88 oraz znacznym stopniu redukuje czas i koszt opracowania. Oprogramowanie jest przeznaczone dla przemysłu farmaceutycznego, jak również do doskonalenia procesów ciągłych i hybrydowych w przemyśle spożywczym, opakowalniczym oraz innych gałęziach przemysłu wykorzystujących sterowanie procesami.

Zaprojektowany tak, aby tworzył uniwersalną strukturę dla projektowania i integrowania procesów inżynieryjnych wewnątrz systemu sterowania procesami, program narzędziowy do obsługi przetwarzania wsadów UAG stanowi płaszczyznę integracyjną pomiędzy PLC a klasycznym systemem HMI/SCADA, łączącym technikę pojedynczych baz danych i hybrydowych systemów sterowania rozproszonego. Ze względu na fakt, że może być używany przez inżynierów automatyków oraz inżynierów technologów zajmujących się procesami, eliminuje etapy pośrednie interpretacji procesu.

Program zawiera cztery domeny sterujące, którymi należy odpowiednio zarządzać, aby zbudować funkcjonalny i niezawodny system sterowania: konfigurację, obiekty sterujące, środki synchronizacji procesów zapewniające nieprzerwaną pracę w systemach oraz sterowanie sekwencyjne. Oprogramowanie zorientowane obiektowo pozwala na wstępne definiowanie oraz wstępne testowanie elementów systemu sterowania.

• Moduły poprawiają wydajność

Rodzina RSBizWare została wzbogacona o pięć modułów programowych dla nowych procesów, łącznie z RSBizWareBatch. Otwarte rozwiązania, które można konfigurować, są zaprojektowane do integrowania obsługi procesów produkcyjnych z systemami informatycznymi przedsiębiorstwa, a przeznaczone dla przemysłu farmaceutycznego, biotechnologicznego oraz towarów w opakowaniach jednostkowych, jak również dla przemysłu chemikaliów wysokowartościowych. Nowe moduły można instalować razem lub pojedynczo. Użytkownicy mogą wykorzystać metodologię S88 oraz zasady automatyzacji obsługi wsadów w celu ponownego stosowania kodu, receptur, faz oraz logiki pomiędzy procesami o podobnych procedurach. Logika wsadowa może zostać zastosowana do tworzenia raportów do analizy produkcji wsadowej.

• Bezpieczeństwo i zgodność z wymogami

InBatch Premier oraz FlexFormula to programy do zarządzania wsadami, które teraz są dostępne w wersji dla systemów operacyjnych Microsoft Windows Server 2003 oraz Windows XP. Model bezpieczeństwa systemu operacyjnego Microsoft w nowej wersji oferuje schemat identyfikacji oparty na bezpieczeństwie, który wymusza stosowanie polityk dotyczących kont oraz zapewnia jednolite bezpieczeństwo całego systemu. InBatch Premier 8.1 ma zastosowanie w przypadkach, w których złożoność procesu przetwarzania wymaga elastycznych procedur i formuł. Zawiera narzędzie obsługujące przetwarzanie wsadowe do realizacji receptur, zarządzania sprzętem oraz wychwytywania kompletnej historii wsadu. Oba produkty ułatwiają projektowanie i wdrażanie systemów, aplikacji oraz rozwiązań zgodnych z regulacjami FDA 21 CFR Część 11.

• Podpis elektroniczny

Oprogramowanie wsadowe Simatic Batch, używane z systemem sterowania procesami Simatic PCS 7, zostało wyposażone w nowe możliwości stosowania podpisu elektronicznego, co ma pomóc użytkownikom w uzyskaniu zgodności z wymogami regulacji FDA 21 CFR część 11. Program automatycznie zapisuje czynności wykonywane przez operatora, podpisy elektroniczne oraz zdarzenia związane z daną partią (wsadem) i pozwala użytkownikom na definiowanie wielu podpisów dla jednego działania operatora czy zdarzenia związanego z daną partią, jak również na ustalanie kolejności podpisywania. Produkt jest wyposażony w stosowne zabezpieczenia, takie jak określony termin ważności hasła oraz unikatowe identyfikatory użytkowników, zawiera również narzędzia do tworzenia receptur głównych, planowania wsadów, jak również monitorowania, sterowania i dokumentowania realizacji wsadów.

• Globalny system bazy danych

DeltaV Batch oferuje zintegrowaną bazę danych, która koordynuje wszystkie czynności związane zkonfigurowaniem. Informacje systemowe są rozprowadzane globalnie w środowisku przetwarzania w taki sposób, że każda czynność jest informowana o pozostałych. Ta architektura pozwala na prowadzenie jednej, ogólnej bazy danych systemu, bez konieczności jej mapowania czy też podwójnego wprowadzania danych. W skład pakietu wchodzi indywidualne rozpatrywanie każdej maszyny czy urządzenia; dostęp do wszystkich danych według nazw, bez odnośników o ich fizycznej lokalizacji; szybkie i przejrzyste reagowanie na zapotrzebowanie oraz komunikację informującą o sytuacjach wyjątkowych pomiędzy aplikacjami. Nie ma specjalnych wymogów konfiguracyjnych dla raportowania, przeglądania i analizowania danych o historii wsadu.

• Udoskonalona jakość i czas realizacji cyklu

System do zarządzania wsadami ? IndustrialIT System 800xA zapewnia zarządzanie recepturami, sterowanie wsadami i recepturami, zapewnienie zgodności z wymogami oraz bezpieczeństwo i ochronę. Narzędzia te pozwalają na modelowanie, wykonywanie i monitorowanie informacji związanych z materiałami oraz sterowanie przepływem procesu przez zakład. Produkt umożliwia ogólne udoskonalenie jednolitości wsadu, jakości oraz poprawę czasu realizacji cyklu produkcyjnego, obniżenie kosztów oraz zmniejszenie liczby przestojów. Możliwości zarządzania produkcją są wbudowane według standardów ISA S88, IEC 61512, IEC 61131-3 oraz ISA S95. Pakiet zawiera również narzędzia służące do zapewniania zgodności z wymogami wytycznych FDA 21 CFR część 11, cGMP oraz GAMP.