抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化可行性研究報告.doc

抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制（DCS）工程可行性研究報告抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制(DCS)工程可行性研究報告一、概述1項目概況11項目名稱：抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制（DCS）工程12項目承擔(dān)單位：岳陽中湘XX藥業(yè)集團有限公司13項目負(fù)責(zé)人：xx14項目起止時間：2001年元月2002年6月15項目主管部門：湖南省信息產(chǎn)業(yè)廳16項目簡要內(nèi)容及實施目標(biāo)：利用計算機集散控制技術(shù)實現(xiàn)公司主要抗生素生產(chǎn)車間（包括六、九、十車間共計1495T紅霉素發(fā)酵體積）的發(fā)酵自動化控制。2企業(yè)概況21企業(yè)簡介211企業(yè)名稱：岳陽中湘XX藥業(yè)集團有限公司212法定代表人：xx213所有制性質(zhì)：國有獨資214隸屬關(guān)系：中國醫(yī)藥集團總公司下屬中國醫(yī)藥工業(yè)公司的全資子公司215企業(yè)地址：湖南省岳陽市xx山一號216電話：07308XX0411217郵政編碼：41400022人員情況221職工總數(shù)：2053人222工程技術(shù)人員：605人其中高級職稱：11人中級職稱：175人初級職稱：419人223計算機、自控及相關(guān)專業(yè)人數(shù)：28人23企業(yè)資產(chǎn)信用狀況231資產(chǎn)總額：42386萬元232固定資產(chǎn)原值：29248萬元233固定資產(chǎn)凈值：22368萬元234流動資產(chǎn)：17405萬元235負(fù)債總額：31726萬元236流動負(fù)債：12584萬元237所有者權(quán)益總額：10659萬元238收入總額：25628萬元239主要營業(yè)收入：25628萬元2310稅后利潤總額：1605萬元2311銀行借款總額：19628萬元2312銀行信用等級：A級2313稅務(wù)局情況記錄：納稅先進單位24企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況岳陽中湘XX藥業(yè)集團是以生產(chǎn)抗生素原料藥為主，同時生產(chǎn)制劑、中成藥的大型醫(yī)藥企業(yè)，現(xiàn)有六條抗生素原料生產(chǎn)線（其發(fā)酵規(guī)模名列全國同行業(yè)廠家第四位）、三條合成藥生產(chǎn)線、一個制劑分廠、一個藥物研究所，下轄五個子公司和一個合資公司。1999年完成工業(yè)總產(chǎn)值43557萬元，銷售收入22794萬元，上交利稅1463萬元，實現(xiàn)利潤1129萬元；2000年完成工業(yè)總產(chǎn)值49821萬元，銷售收入24848萬元，上交利稅1554萬元，實現(xiàn)利潤1325萬元。公司有自營進出口權(quán)，產(chǎn)品暢銷全國各地，遠(yuǎn)銷東南亞、意大利、西班牙、東歐等國家，國家級新藥阿瑞被列為國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃。二、項目開發(fā)的必要性1項目提出的背景中湘XX的前身為岳陽市制藥一廠，多年來一直主要生產(chǎn)紅霉素、螺旋霉素等抗生素原料系列產(chǎn)品。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、融資渠道不暢、設(shè)備裝備水平較低、營銷網(wǎng)絡(luò)不夠健全、信息收集手段落后等多方面因素的影響，中湘XX的整體競爭能力比較差，特別是在90年代末期表現(xiàn)得尤為突出。1996至1998年，企業(yè)連續(xù)三年虧損，生產(chǎn)經(jīng)營舉步維艱。1999年，公司決策層實施戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整，提出原料藥、制劑藥和中成藥三分天下、齊頭并進的發(fā)展思路，并通過實施兼并重組、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備改造、健全營銷網(wǎng)絡(luò)等諸多強有力措施，一舉扭轉(zhuǎn)了生產(chǎn)經(jīng)營的被動局面，當(dāng)年實現(xiàn)了扭虧為盈的目標(biāo)。但日趨激烈的市場競爭態(tài)勢迫使我們必須更加冷靜地面對現(xiàn)實，中國加入世界貿(mào)易組織既給我們帶來了發(fā)展的機遇，又使我們面臨著更大的挑戰(zhàn)。2000年，國內(nèi)市場上隨著系列紅霉素衍生物的不斷開發(fā)問世，紅霉素原料藥的市場需求量相應(yīng)地得到了增長，但紅霉素原料藥的生產(chǎn)廠家也在不斷地增多，紅霉素原料市場總的趨勢是供大于求，一場沒有硝煙的價格大戰(zhàn)已經(jīng)打響；國際市場方面則表現(xiàn)為歐洲發(fā)達國家有大量進口中國紅霉素原料藥的跡象，但進口的門檻較高，對產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求。作為紅霉素老牌生產(chǎn)廠家，我們惟有進一步加快技術(shù)創(chuàng)新的步伐，努力降低產(chǎn)品制造成本，全面增強企業(yè)的競爭能力，才能在如此激烈的市場競爭環(huán)境下站穩(wěn)腳跟，并據(jù)此獲得出口的先機。眾所周知，利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已在我國開展了十幾年的科學(xué)實踐，自動化控制技術(shù)在醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用出現(xiàn)了大量成功的范例。雖然紅霉素具有生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)過程復(fù)雜、控制難度大等特點，但我們?nèi)匀粚?yīng)用和研究“紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制”抱有信心。在反復(fù)考察論證的基礎(chǔ)上，我們提出了“應(yīng)用計算機自動化技術(shù)控制發(fā)酵生產(chǎn)，改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝過程，提高紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)水平”的技術(shù)創(chuàng)新思路。2000年，湖南省電子信息系統(tǒng)推廣應(yīng)用工作小組辦公室下達了關(guān)于申報2001年電子信息應(yīng)用貸款項目的通知，我們決定將“抗生素發(fā)酵自動化控制（DCS）工程”作為國家倍增計劃貸款貼息項目進行申報，以借助國家資金扶助將企業(yè)信息化工作推上一個新的臺階。2國內(nèi)外同類項目的應(yīng)用情況21項目的工作原理抗生素發(fā)酵工藝生產(chǎn)過程是生物、化學(xué)和工程等學(xué)科的理論和技術(shù)的綜合利用，其機理十分復(fù)雜，控制過程非常困難?？股匕l(fā)酵計算機控制就是通過對菌種的環(huán)境條件要求和代謝變化規(guī)律各參數(shù)的變化進行測量，結(jié)合代謝調(diào)控的基礎(chǔ)理論來有效地控制發(fā)酵，使菌種的代謝變化沿著最佳的方向進行，以較低的能量和物料消耗生產(chǎn)更多的發(fā)酵產(chǎn)品。22國內(nèi)外應(yīng)用情況國外的工業(yè)控制起步較早，特別是美國、日本和德國等西方資本主義國家，在醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域有著很高的計算機控制水平，但為了追求巨額利潤，發(fā)達國家一般將主要精力放在成品藥的制作、研究和控制上。我國是抗生素原料藥的生產(chǎn)大國，但生產(chǎn)技術(shù)水平落后，以手工操作方式為主，生產(chǎn)效益低。直到八十年代中期，原國家醫(yī)藥局和國務(wù)院電振辦才把用先進的電子信息技術(shù)、控制技術(shù)改造傳統(tǒng)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)列為“八五”、“九五”期間的工作重點。目前，計算機控制技術(shù)在青霉素、土霉素、金霉素等產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)過程中取得了較大的突破，技術(shù)水平已接近國外先進水平。但紅霉素發(fā)酵具有周期長、中間補料多、控制復(fù)雜等特點，對紅霉素發(fā)酵進行自動化控制的研究和應(yīng)用工作一直沒有重大進展。3該項目開發(fā)前與投入使用后，企業(yè)在生產(chǎn)、經(jīng)營、質(zhì)量、技術(shù)與管理等方面的變化及成效紅霉素發(fā)酵自動化控制項目投入正常使用后，企業(yè)可望取得非常顯著的生產(chǎn)經(jīng)營成效，具體可表現(xiàn)為以下幾個方面：31生產(chǎn)方面適時的參數(shù)檢測和控制將使發(fā)酵生產(chǎn)更加穩(wěn)定，生產(chǎn)產(chǎn)量由此可得到大幅度的提高。32管理方面數(shù)據(jù)記錄：真實可靠，實時記錄，避免了過去人工記錄數(shù)據(jù)的隨意性和錯誤；工作監(jiān)督：從記錄的數(shù)據(jù)可以隨時檢查生產(chǎn)的正常與否，可增強工人的責(zé)任心，協(xié)助車間管理人員開展生產(chǎn)的督察工作；職工培訓(xùn)：自動化控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，對操作和維護管理人員素質(zhì)要求較高，圍繞自控系統(tǒng)開展的各項培訓(xùn)工作可提高職工的技能水平；決策調(diào)度：公司領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)調(diào)度等各級管理人員通過網(wǎng)絡(luò)可實時查詢生產(chǎn)信息，增強了生產(chǎn)決策和生產(chǎn)調(diào)度的科學(xué)性和合理性。33技術(shù)方面補料自控：補料自控改變了傳統(tǒng)的補料方式。傳統(tǒng)補料方式是每隔較長一段時間一次性大批量的補加料液，這對微生物的生長環(huán)境產(chǎn)生巨大沖擊，影響發(fā)酵水平；自控補料則是根據(jù)設(shè)定好的補料速度，連續(xù)均勻少量地補加營養(yǎng)物質(zhì)，由于連續(xù)補料對微生物生產(chǎn)環(huán)境沖擊減少，從而達到提高發(fā)酵水平的目的。消沫自控：在發(fā)酵期間，有時微生物生長旺盛，產(chǎn)生大量泡沫，抬高了發(fā)酵液液位，可能會出現(xiàn)逃液現(xiàn)象。傳統(tǒng)手工控制時，常常不能及時發(fā)現(xiàn)泡沫的產(chǎn)生，即便發(fā)現(xiàn)泡沫也難以加入適量的消沫劑控制逃液。而消沫自控則能馬上檢測到泡沫的產(chǎn)生，并自動連續(xù)補加消沫劑，直到消除泡沫為止。優(yōu)化工藝：對發(fā)酵生產(chǎn)進行自動化控制，可由此得到大量實時準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這為優(yōu)化生產(chǎn)工藝的研究和工藝改變提供了極大的幫助。發(fā)酵過程中以往傳統(tǒng)的控制方法，均是以動力學(xué)為基礎(chǔ)，采用最佳工藝控制點為依據(jù)的靜態(tài)操作方法，這種控制忽略了發(fā)酵過程中的動態(tài)變化及其與其他發(fā)酵過程參數(shù)的關(guān)系，在生產(chǎn)控制過程中有較大的局限性。以動態(tài)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，我們可進行發(fā)酵新理論的研究和探索，即以細(xì)胞代謝流量分析與控制為核心的發(fā)酵工程學(xué)的觀點，來控制發(fā)酵過程。自動化控制技術(shù)和發(fā)酵分析計算機軟件的引入，使得研究細(xì)胞與工程水平問題并實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)優(yōu)化成為現(xiàn)實，通過不斷的工藝優(yōu)化，可使紅霉素發(fā)酵水平發(fā)生巨大的變化，發(fā)酵生產(chǎn)得到質(zhì)的飛躍。34質(zhì)量方面發(fā)酵液的組分與提煉收率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極為密切的聯(lián)系，通過自控技術(shù)的引用，可大大改善發(fā)酵液的組分，使得主要組分（如A組分）比例增大，而B組分（含毒性）和C組分（含雜質(zhì)）相應(yīng)降低，從而使提煉出來的產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提升。35經(jīng)營方面紅霉素產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，為生產(chǎn)經(jīng)營創(chuàng)造了良好的內(nèi)部環(huán)境，有利于營銷戰(zhàn)線掌握市場營銷工作的主動，我們可通過優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量和相對較低的市場價格贏得市場的優(yōu)勢，從而可望帶來嶄新的營銷工作新局面。三、協(xié)作單位的選定理由1協(xié)作單位的概況及其優(yōu)勢分析比較11協(xié)作單位概況協(xié)作單位北京康拓生化控制工程公司（即國家醫(yī)藥管理局控制工程中心）成立于1993年7月，隸屬國家醫(yī)藥管理局，是一家依托航天工業(yè)部502研究所，實行企業(yè)化管理的研究開發(fā)事業(yè)單位。公司憑借502所雄厚的技術(shù)力量和靈活的市場機制，建立了一支人員素質(zhì)高、新技術(shù)開發(fā)和工程能力強的技術(shù)隊伍，主要從事制藥行業(yè)自動化控制技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用?，F(xiàn)有員工30多名，其中研究員一名，具有中高級以上職稱的18人，其余均為從事自控或相關(guān)專業(yè)的科技骨干。幾年來，康拓公司的系統(tǒng)和產(chǎn)品已經(jīng)成功地推廣應(yīng)用到幾十家制藥行業(yè)的十多個品種，經(jīng)濟效益顯著，帶動了整個行業(yè)生產(chǎn)水平的提高。12協(xié)作單位優(yōu)勢分析與其他從事自控技術(shù)研究的單位相比，康拓公司具有以下優(yōu)勢：技術(shù)力量雄厚，有國家醫(yī)藥管理局和航天部502研究所作堅強的后盾；2專業(yè)性強，專門從事醫(yī)藥抗生素發(fā)酵領(lǐng)域的研究與開發(fā)；工控產(chǎn)品質(zhì)量過硬，康拓先后研制開發(fā)成功KT型智能補料控制器、系列防污染控制裝置、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)及抗腐蝕、耐高溫控制閥門等一系列優(yōu)秀的工控產(chǎn)品；實施能力強，多年來在抗生素發(fā)酵領(lǐng)域積累了大量的實施經(jīng)驗，并有許多成功的范例。2與國內(nèi)外同類系統(tǒng)或產(chǎn)品在性能、價格、服務(wù)等方面的比較XX發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制（DCS）工程主要采用美國Honeywell公司最新生產(chǎn)PlantScape集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)大多選用性能優(yōu)越的國外產(chǎn)品或康拓公司自制產(chǎn)品，系統(tǒng)平均無故障時間不小于30000小時，可用率達到99.99%，與國內(nèi)外其他系統(tǒng)（如橫河XLDCS控制系統(tǒng)，西門子控制系統(tǒng)，歐陸控制系統(tǒng)）相比具有很高的性能價格比，成熟性和可靠性都能夠得到保證且技術(shù)水平位居世界領(lǐng)先行列。此外，在系統(tǒng)維護方面，康拓公司能夠保證提供24小時的電話支持服務(wù)和48小時的現(xiàn)場服務(wù)，并能夠及時供應(yīng)各種系統(tǒng)維修配件。四、項目的內(nèi)容及目標(biāo)1項目的主要內(nèi)容本項目將對我公司抗生素發(fā)酵規(guī)模較大的三個紅霉素車間實現(xiàn)計算機自動化控制，主要內(nèi)容包括：二車間14個大罐385T發(fā)酵體積；六車間14個大罐780T發(fā)酵體積；九車間10個大罐330T發(fā)酵體積；共計1495T發(fā)酵體積實現(xiàn)計算機自動化控制及與之配套的發(fā)酵工藝綜合分析系統(tǒng)。主要技術(shù)參數(shù)有：11檢測參數(shù)：發(fā)酵溫度、罐壓力、空氣流量、PH值、溶解氧、空氣流量、發(fā)酵液體積、尾氣中的二氧化碳和二氧化碳含量以及公用系統(tǒng)的參數(shù)檢測；12控制參數(shù)：溫度控制、PH控制、補料控制、消沫控制、空氣流量控制等。2項目的目標(biāo)21功能目標(biāo)211對抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過程實現(xiàn)不間斷連續(xù)監(jiān)控，保證車間生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運行；212滿足生產(chǎn)工藝要求，具有現(xiàn)場操作、參數(shù)修改、報警顯示、實時和歷史趨勢顯示、報表自動生成以及打印輸出等功能；213具有網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫接口，可實現(xiàn)信息共享。22性能目標(biāo)221系統(tǒng)的可靠性：由于控制器I/O端口與現(xiàn)場直接連接，因此對可靠性要求尤為嚴(yán)格，擬選用的集散控制系統(tǒng)的平均無故障時間應(yīng)大于30000小時。222系統(tǒng)的實時性：對現(xiàn)場監(jiān)控信息實施實時監(jiān)測，系統(tǒng)采集信號時間必須滿足發(fā)酵生產(chǎn)工藝要求，既采集參數(shù)時間為2秒的實時要求。223系統(tǒng)的安全性：系統(tǒng)必須對系統(tǒng)管理員、工程師和操作員設(shè)置不同的操作權(quán)限，要防止發(fā)生誤操作和越權(quán)操作。23效益目標(biāo)發(fā)酵水平提高10%，單罐消耗下降5%，產(chǎn)量提高8%以上。五、項目的技術(shù)可行性1.我國測控領(lǐng)域控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展一個控制系統(tǒng)由I/O設(shè)備（傳感器和執(zhí)行器）、控制硬件、控制軟件、人機接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。設(shè)備級現(xiàn)場總線使I/O模件和控制箱得以分開，以太網(wǎng)使得現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)集成到企業(yè)應(yīng)用中。1.1早期的集中式控制系統(tǒng)80年代初期，控制系統(tǒng)多使用以單板機組成的微機控制裝置，與上位機系統(tǒng)連接多采用串行通信方式，所有模件集中布置在一個或幾個機柜中。由這些裝置構(gòu)成的系統(tǒng)多為集中式控制系統(tǒng)或分層控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)為我國自動化控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，其開拓性的實踐是今天控制系統(tǒng)豐富多彩的基礎(chǔ)。但是，這類系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)落后，不符合控制系統(tǒng)分布、開放的發(fā)展趨勢。1.2DCS控制系統(tǒng)DCS在我國控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的DCS主要有4層結(jié)構(gòu)：第1層是I/O層；第2層是控制器層；第3層是人機接口層；第4層是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這種結(jié)構(gòu)除在第3層、第4層之間采用以太網(wǎng)外，其他都是專用網(wǎng)絡(luò)，控制設(shè)備及軟件也是專用的，開放程度不夠，給系統(tǒng)維護及升級帶來不便。DCS在設(shè)備配置上還要求網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu)，支持無擾切換和帶電插拔，由于設(shè)計上的高要求，導(dǎo)致DCS成本太高。1.3PLC可編程邏輯控制器嚴(yán)格說來，單獨的PLC因缺少人機接口及信息系統(tǒng)等部分，不是一個控制系統(tǒng)。PLC由于其高可靠性及使用的方便性，占領(lǐng)著很大的市場份額。從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng)的PLC相當(dāng)于通用化的微機監(jiān)控裝置，由電源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及擴展插箱組成，使用廠家提供的梯形圖邏輯語言進行編程。但隨著市場的需要及DCS的挑戰(zhàn)，PLC家族在以下幾方面得到了發(fā)展：分布式I/O連接能力方面，由于許多高檔PLC支持遠(yuǎn)程I/O及現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（如DeviceNet，Profibu