制药 4.0 搭载SIKO智能规格转换优化解决方案
“规格转换”这一概念，并不一定会立即引发制药行业的关注。但是，如果从制药生产中所面临的以成本、竞争压力以及严格的监管为主要特征的挑战来看，智能化的规格转换就意味着在效率、产品质量和过程可靠性方面取得竞争优势。利用自动化的联网解决方案，制药公司得以朝着制药 4.0 迈出关键性的一步。
图 1：在制药生产中通过贴标机进行规格转换
在制药行业，中心线的设计非常重要，其中必须始终选择最佳的机器设置，以避免不必要的工艺偏差，从而防止产品质量下降。以最佳方式连结生产、技术、维护和电子数据采集系统至关重要，这样才能充分利用设备效率。此外，制药生产中日益增长的产品多样性和越来越小的批量，都要求设备具有高度的灵活性。这就需要进行规格转换，它可能是设备可用性方面的关键性因素。通过优化规格转换，可以显著减少产品转换的转换时间，并提高过程可靠性。传感器和定位系统制造商 SIKO GmbH 提供不同的规格转换方案，包括纯机械式的位置指示器乃至全自动定位驱动器。
优化规格转换的效益
规格转换在制药生产中无处不在，特别是对于产品的包装工艺、标识或检查。每当必须为新产品在机器上更改尺寸时，就需要调整所谓的规格——无论是使用曲柄手动调整还是通过驱动器自动化调整。
更改机器设置时，必须始终小心，因为错误可能会蔓延开来，从而对产品结果造成不利影响。监控或者全自动化的规格转换可将错误设置的风险降到最低，并使过程的设计更加灵活。优化规格转换的优势在于：
- 高重复精度，使药品生产始终保持相同的规格和质量
- 加快转换时间，从而提高处理速度
- 提高效率并降低成本
- 提高过程可靠性，这也是制药生产中的关键性标准
规格转换分为手动、监控和自动转换。哪一种类型的规格转换最合适，取决于要求：规格调整的频率越大，生产质量的要求越高（这是制药行业的准则），就越适合使用监控或者自动化的定位系统。
图 2：节省时间对比，手动与全自动规格转换，纸板盒校正装置调整
图 3：智能化定位解决方案带来的优化潜力对比
手动规格转换
手动规格转换使用机械和电子位置指示器来指示当前位置的实际值。它们适用于极少需要进行调整的基础机器。SIKO 畅销的机械数字位置指示器非常精确、清晰易读，并且可针对每一种应用进行专门配置。
相较于机械位置指示器，电子位置指示器的优势在于可以自由编程，因此使用更加灵活。可以轻松配置诸如主轴间距、小数位、旋转方向、安装位置或在折角模式下使用等参数。方便实用：机械和电子型号可兼容安装，因此改装或扩展都不成问题。
监控规格转换
可与总线兼容的电子位置指示器可以通过规定额定值监控规格转换，指示器集成在机器控制系统中。借助其中保存着所有产品型号及其配方额定值的配方管理单元，可在各个位置指示器和上级控制单元之间进行实际值和额定值的交换和校准。由于在指示器上的所有额定值和实际值一致的情况下才会重新启动设备，因此可以提高过程可靠性。这样可以避免次品或损坏设备部件。在这一产品型号中，仍然手动对轴进行调节；而以电子方式监控设置是否正确。电子位置指示器的特别之处在于 LED 指示灯，它可为操作员清楚地显示位置状态：绿灯表示“位置正确”，红灯表示“位置不正确”。此外，显示器中还集成有一个箭头方向指示器，指示出正确的调节方向。
图 4：在制药生产中通过电子位置指示器进行规格转换
监控规格转换的应用
在制药生产中，监控规格转换可能会对例如需要频繁调节的装盒机设备或者产品的标识大有帮助。“追溯”设备是一项相对较新的研发成果，必须通过该设备为处方药贴上清晰、可追溯的标签。同时，诸如打印、读取、贴标签和称重等各种过程都因此需要进行大量的调整。利用监控规格转换就可以显著提高这些设备的过程可靠性。
图 5：在制药生产中通过 SIKO 位置指示器在一台追溯设备上进行规格转换
自动规格转换
如果需要在不加任何人为干预的情况下对轴进行调节，人们就会谈到通过紧凑型驱动器进行自动规格转换。与机器控制系统联网的驱动器直接移动到所需位置。通过自动化可以进一步大幅减少转换时间。此外，如果必须经常对难以接近的设备部件进行调整，那么自动化也是有益的选择。
驱动器以其高度集成的结构为特点，它将所有组件组合于一个设备中：无刷直流电机（无磨损）、低背隙的高性能传动装置以及位置传感器和电力及控制电子装置。将驱动器集成于机器控制系统之中以及与控制系统通信均非常简便，这还要归功于大量的通用标准接口。其中包括符合 Siemens 标准的 Profibus 或 Profinet 接口、成本低廉的串行接口（例如 RS485 和 CAN）、IO-Link 以及现代工业以太网接口。
根据应用的要求不同，需要考虑驱动器不同性能等级的问题：折叠纸盒料库中的小型驱动器仅需较低功率进行微调，而在大型纸板箱供给系统中则必须通过驱动器以相对较高扭矩移动整个机组。
同样，在使用这种规格转换型号时，仅当驱动器与控制系统之间的过程数据交换使实际值与额定值一致时，控制系统才会命令设备重启。
图 6：通过 SIKO 驱动器对用于标识药品包装的贴标机进行自动化规格转换
图 7：通过 SIKO 驱动器自动化完成机器改装
图 8：通过 SIKO 紧凑型驱动器自动化完成机器改装
预见性维护
通过紧凑型驱动器的另一项功能，可以推断驱动器本身和设备的运行状态：诊断能力。通过集合和监控驱动器的各项参数，例如电机中的电流消耗、控制和负载电路上的温度或电压值，可以提早发现异常情况，从而确定维护需求。如果超过设定的数值，就可以直接采取措施。
结论：自动化程度提高，数据增多
在制药生产中，智能规格转换包含多个维度：其中有可以直接衡量出的效果，例如调整时间减少、设备可用性提高、效率提高以及过程可靠性提高。另外，智能解决方案有助于在生产中尽可能“无噪音地”完成这类次要过程。关于规格转换，无需过多担心；如果运行正常并且可靠，就可以把注意力放在有严格要求的主要工作上，例如生产线清理或全面的文档记录。
在自动化和数字化程度日益提高的过程中，诸如位置指示器和伺服电机等外围组件变得越来越重要。例如“追溯”系统等新的研发成果就印证了这一点。数据收集、自我诊断和组件的使用寿命监控等附加优势，使智能规格转换成为制药 4.0 的关键性组成部分。
图 9：通过正确的机器设置实现完全控制和过程可靠性 - 以纸板盒校正装置为例
作者信息
工程硕士（高等专科学校）Juergen Schuh
SIKO GmbH 转换解决方案业务部门主管
