在本届汉诺威工业博览会上,全球能源管理和自动化领域的数字化转型专家施耐德电气选择在生命科学领域搭建其最为高光的创新舞台,在现场近2000平米的超大展区,“复现”了一座覆盖行业全价值链的生命科学园区,分为基础设施、精细化工生产、工业用水与污水处理、生物加工、绿色材料生产、包装和物流、工业软件这七大板块内容,并采用场景化的方式进行了生动展示。
为什么是生命科学行业?
过去数年内,在政策、技术、市场等因素的共同影响下,生命科学行业呈现飞速发展之势,增速位居各个行业板块前列。无论是一系列行业规划释放的长期利好、市场进一步开放的宽松环境,还是人工智能等新一代数字化技术加速融入带来的创新浪潮,都为这个领域的发展注入了蓬勃动力。
与此同时,这个处于聚光灯下的高新产业,同样也是众多挑战的汇聚之地。一方面,生命科学行业集流程行业和离散行业的各种生产场景于一身,在工艺控制、生产运营和能源管理等各方面的要求不但更高,也更加复杂;另一方面,作为攸关人们健康与安全的行业,生命科学行业在质量、安全和可持续性上,均面临着比一般行业更为严苛的合规性监管;最后,置身一个以白热化竞争为常态的行业当中,生命科学企业还需要在上市时间、敏捷性以及综合成本等方面精益求精。
以三大领域创新,推动生命科学全价值链高效可持续发展
挑战所在之处,创新与转型带来的机遇也随之浮现。作为新质生产力的重点领域,生命科学行业同样面临以创新驱动重构行业竞争力的转型浪潮。新质生产力既是数字生产力,同时又是绿色生产力,这使得聚焦于数字化、自动化和电气化三大领域的创新,正成为力促生命科学行业转型与突破的关键动能。
在现实行业中,任何一家生命科学企业,都既依赖于上游的原材料供应、辅料供应,也依赖于下游的包装、仓储、物流、分销,同时也需要电力、交通、信息化系统等基础设施的强力支持。可以说,这七个环节,既共同构成了生命科学行业上、中、下游的完整价值链,同时又在具体的技术需求和转型焦点上各有千秋。那么,施耐德电气是如何通过数字化、自动化和电气化三条“线索”,让数字化转型和可持续发展的价值如“穿针引线”一般贯穿整个行业呢?
• 基础设施:构筑全生命周期的立体保障
首先,一整套稳定运行的基础设施,是生命科学产业园区赖以运行的“底座”,直接影响到园区的运营生产状态、产品生产质量和人员安全。在这方面,无论是安全、稳定的电力供应保障,还是保障信息数据正常流通的数据中心,都是至关重要的。要做到这一点,则离不开数字化赋能的管理智慧,涉及到的细节更是覆盖能源、信息基础设施全生命周期的方方面面。
例如,在节省原材料方面,通过对母线排的优化调整,实现更合理的走线设计,可以节省高达40%的铜质材料;在设备维护方面,可以利用各类传感器实时监测设备的运行工况,从而实现设备预测性维护,实现突发故障和非计划停机的显著下降,并搭配施耐德电气的EcoFit™的更新改造服务延长系统寿命,降低总成本;站在全生命周期的角度来看,还可以利用ETAP电力系统仿真软件优化电力基础设施的全生命周期管理运营,以及通过构建模块化的数据中心等设施,实现分段按需建设,避免在项目前期的过度投资和浪费。
• 精细化工生产:软件及人工智能深度赋能
在生命科学领域,处于行业上游的化工生产同样非常关键。在很多药品、试剂的生产过程中,都离不开由精细化工生产环节提供的各种化学品、溶剂以及原料药,而这些化学品的生产效率、安全合规性以及可持续性,则日益深受瞩目。在这一环节,施耐德电气拥有一整套AVEVA软件解决方案,能够覆盖各类制药与化学品生产工艺的仿真、设计、建造、交付、运营、维护等各个阶段,并通过DCS系统和高性能的变频器“软硬兼施”解决各种挑战。
例如,在现场模拟的分布式控制场景当中,即便在其中一处或多处节点出现了模拟故障,施耐德电气的解决方案也可以通过对其余节点进行智能化的自动调整,让整体系统始终保持正常的运转状态,避免“因一隅失全局”。与此同时,人工智能技术也正在越来越多地融入这一环节,比如,基于视觉识别的人工智能可以自动侦测到误入危险区域的人员,及时发出示警并做出必要操作,以确保人员和装置安全;再如,以往调节液位需要通过系统界面进行操作,如今在人工智能视觉的帮助下,仅需工作人员做出手势动作就可以完成,标志着人机交互模式即将发生的深远改变。
• 工业用水与污水处理:数字化手段实现“了如指掌”
对于生命科学行业而言,其对于供水的要求远高于其他使用场景,像纯净度、温度、流速、压力、含氧量等参数,哪怕有极为微小的偏差,都有可能直接导致产品的不合格。而在污水处理方面,不仅安全性需要得到高度关切,还要充分考虑到对水资源的循环利用和高效利用。
在这方面,施耐德电气可以利用数字化手段,将现场的设备及供水数据实时采集并传输至AVEVA UOC一体化运营中心中,使其能够更好地利用这些可视化的数据信息,帮助用户进行泵的预测性维护和相关控制决策,并通过Modicon 251、Modicon M262等一系列PLC产品实现更精准、稳定的自动化管控,保障整体过程中水量的稳定和水质的纯净度,并对管网漏损等问题进行及时定位及处理。
• 生物加工:“过程控制专家”助力实现“药企4.0”
在对于生命科学最为核心的生物加工环节,汇集了众多药物的分子生成及提纯等流程。而精准与稳定,则一直是施耐德电气在这一环节不断追求精益求精的目标。除了与化药采用相同的AVEVA系统解决方案外,在汉诺威展台,施耐德电气还展示了被称为“过程控制专家”的ProLeiT过程控制解决方案,覆盖了从企业级到车间级的全面控制需求,使药企的生产过程更具可持续性和韧性。
ProLeiT可以帮助药企实现“药企4.0”的赋能,即“工业4.0”在制药行业的形象化呈现。在横向维度上,ProLeiT可以覆盖从原料入库、生物加工到成品出库的整个产品制程,而在纵向维度上,ProLeiT则实现了从车间管控到MES再到企业级ERP各个层级的互联互通。
• 绿色材料生产:能源电气化助力低碳可持续发展
可持续发展同样是生命科学行业的重要议题,全球排放量的4.4%由整个制药供应链产生,相当于驾驶一辆普通汽车环游世界58次。生命科学行业出于在卫生安全、合规性等方面的特殊要求,在日常运营和研发的环节里,常常在能源和材料上产生一些额外的损耗;与此同时,作为生命科学行业产品和设备原材料的玻璃、铝制品、钢材等产品的制造业,本身也往往是高能耗产业,其对能耗和碳排放水平的管控,也会对下游的生命科学行业带来传导性影响。
针对这一挑战,可以通过原材料制造业用能的电气化,有效降低这些传统高耗能行业的碳排放。例如,通过在玻璃制造加工行业中使用由绿色电力供能的电炉,最高可以减少70%的二氧化碳排放。未来,这一趋势有望扩展到钢铁、化工等更加广泛的原材料制造领域,为生命科学行业和其他各行各业的可持续发展提供实现途径。
• 包装和物流:数字化与自动化融合创新
生命科学行业的行业特点,同样会为产品的包装、运输等环节带来与众不同的挑战,例如药品在包装和运输过程中需要避免泄露和污染,并做到高效、准时的分装和运输,同时还要兼顾成本和可持续效益。在这方面,就需要由先进的机器人技术、自动化和智能运输等解决方案提供助力。
在包装环节,施耐德电气不仅可以将并联机器人、机械手及模块化的柔性输送系统集成在同一条产线当中,实现高效的无缝协作,还能够利用智能化算法对输送单元的速度进行优化,让容器在高速运输过程中仍能保持液面的稳定,避免发生泼溅和撒漏。此外,还能够按需对产线进行分段维护,最大化提升全局设备效率。而在物流环节,施耐德电气可以利用数字孪生技术,为自动化物流输送线进行设计规划阶段的仿真演示,以及最终的数字化交付,用户还可以戴上AR可穿戴设备,直观浏览物流输送线的虚拟数字化模型。
• 工业软件:开放自动化及一体化运营创造全新价值
不难发现,在生命科学行业的各个环节当中,来自软件的定义、控制和赋能已经不可或缺,生动地诠释了数字化和软件定义的自动化在这一行业的创新发展趋势。而在日常运营的流程当中,不同层级、不同岗位的工作人员对于软件的需求和应用视角也各有不同。此次,施耐德电气在整个园区的“中控室”展示了EcoStruxure开放自动化平台、AVEVA PI System运营大数据管理平台、AVEVA UOC一体化运营中心等一系列先进的核心工业软件。
在这方面,AVEVA一体化运营中心可谓是“系统之上的系统”,它能够将厂区内从企业级、工厂级到车间级各个层级的数据进行采集汇总,为企业级管理人员提供信息支撑和决策支持。而EcoStruxure开放自动化平台则可以帮助用户实现自动化设备的“即插即用”,以及拖拽式的图形化编程等,并对产线进行仿真;而且,这一基于开放自动化理念的平台,可以无差别地支持符合IEC61499标准的任何自动化产品,为用户提供了跨厂商的多样化选择。
从一隅观全局:创新趋势描摹未来工业图景
可以说,施耐德电气为生命科学行业七大板块带来的创新展示,与整个汉诺威展会呈现出的工业领域最新趋势不谋而合。来自生命科学行业一隅的数字化、自动化、电气化创新趋势,描摹出的是整个未来工业的全局图景。
首先,人工智能等新一代数字化技术的创新成果,已经快速、深度融入到各行各业丰富多样的工业场景和应用当中,加速释放出其巨大潜能。仅仅在施耐德电气重点展示的生命科学行业中,人工智能就展现出了在运营管理辅助、安全监测、人机交互等多个方面的卓越价值,未来必将在更广阔的领域大显身手。
其次,可持续发展将更加深入地落地到工业场景当中,并成为未来工业转型不可或缺的重要考量因素。特别是在持续推进“双碳”目标和能源转型、以大规模设备改造激发循环经济动能的中国市场,包括生命科学在内的各行各业,有望进一步推动绿色能源管理和绿色智能制造的融合,以更加整体、长远的视角,更好地推动低碳可持续发展。
未来,创新与变革依旧是生命科学行业的主旋律。我们也期待更多行业企业加入,成为“影响力创造者”,共同以创新驱动行业数字化与绿色可持续转型的行列,描绘美好的未来行业图景。
在2024年5月20至22日举办的第64届(春季)全国制药机械博览会暨中国国际制药机械博览会(CIPM)上,施耐德电气将以“高效合规可持续 打造智慧制药行业创新影响力”为主题,展示面向生命科学领域的软硬件解决方案,带来行业智能制造转型的丰富实践。敬请期待。