法规与质量需求推进批处理软件的发展
发布时间：2004-10-01 Dick Johnson, CONTROL ENGINEERING编辑顾问
古老的家庭配方：有时将它仔细地书写在一张索引卡片上，然后储存在一个木匣内；有时潦草地涂写在一本陈旧烹饪书的书页上；有时它只是某些人记住的厨房经验的一部分。专用的配方是家庭历史自豪感 的一部分——亲切地保存并一代代地流传。
类似地，工业配方也历经艰辛地保存下来。作为公司知识产权的一部分。它们需要特别加以注意，并经常作为最高一级机密。一般来说，这些配方经常是复杂批处理操作的组成部分，通过这些操作转化为范围广泛的各种工业产品。有许多产品是在制造系统中形成的，它们是面向过程、客户驱动和受法规严格控制的。
最近，历史上第一次关于批处理软件用户市场发展趋向的调研报告完成（由CONTROL ENGINEERING和Reed Research Group共同完成，两者都是Reed Business Information的分支机构），通过电子邮件/Web 调查，向读者询问有关优先采用批处理软件和批处理软件实施的情况。
批处理软件在流程工业的应用
按照这次在2004年5月份进行的调研，在回答对批处理软件有指定、采购或实施权的反馈者中，日用化工行业是最大的用户，占40%。
据ABB公司批处理和MES业务经理Joachim (Jay)Ruhe介绍，ABB为众多这一类的行业服务，并预计在每种行业都会有潜在增长势头。“ABB公司将处方药物、生物技术以及个人非处方药和保健品等包括在‘生命科学’行业内。在生命科学行业中，对先进批处理软件的强烈需要，部分是由于必须遵循诸如FDA21 CFR第11部分等法规的推动。其他要求来自在流程分析技术之后发展的‘通过设计保证质量’的兴趣日益增加。目前大约80%的ABB“生命科学”业务采用批处理软件”。
ABB注意到，由于主要受到提高产品一致性、缩短生产周期时间和提高产品质量等要求的推动，精细化工、日用化工等行业对批处理软件有很大的需求。另一方面，食品和饮料行业利用先进的批处理软件来保证柔性运行时的效益，提高资产利用率，并使电子生产过程自动化。
复杂性、平台类型的混合
批处理操作可分成3种主要类型——单种产品、单流程/路径，多种产品、单流程/路径，以及多产品、多流程/路径。批处理系统的实施类型是基于工厂的生产能力，产品的混合，制造系统的柔性以及其他因素等。
制造操作和系统需要实施的设施类型影响硬件/软件平台的选择。系统实施的定时机制也影响平台的选择。
这次调查着眼于4种硬件/软件平台的组合以及它们与批处理过程的复杂性有何种关系。这4种组合是：
■ PLC以及用户编程的批处理解决方案和HMI。对于这次调查目的而言，用于这种类型的软件并不是为批处理过程而专门设计的。用户自己创建用于控制、操作、分阶段、配方等必要的批处理结构。这些系统经常需要大量时间进行开发，而且大部分内容是用户自己开发的。
■ PLC以及商品化、可获得的批处理服务器引擎和HMI。使用这种类型的系统表明，控制工程师或系统集成商已有现成的软件，从这种软件出发来选择何时建立系统。
■ 可编程的批处理解决方案和集成的操作员接口。这基本上是一种内部开发的解决方案，通常包括一个商用操作员接口 。
■ 可获得的批处理软件引擎和集成的操作员接口，这种平台配对通常可以从商用软件包中找到，这类软件包是为专门的批处理行业而开发的。
向更为先进的成套软件发展
据Daren Moffat，Foxboro公司批处理解决方案体系结构设计师称，随着操作变得日益复杂，硬件/软件平台必须随之而变。
第一个理由是系统维护。在单批量应用时，一个（或二个）在岗专家就可维护整个系统。但是当系统扩展时，复杂性也增加了。此时很难管理现有的代码和将新代码加到控制系统内。如果具有专长的工程师离开公司的话，也许会留给制造商一套非常不易改变并且没有文档的控制系统，此外，当工程预算紧缩时，可提供的用来管理基于控制器解决方案的资源将更少。现有的资源主要聚焦于商务和改进过程，而不是用于控制系统。
第二个理由是控制系统资源有限。随着产品数量和复杂性的增加，配方过程在控制系统内定义以及状态控制逻辑等原因，控制器中存储器容量也随之快速增加。增加的控制器，它们的维护，以及工程和控制应用程序，所有这些都将增加成本。在高度复杂的解决方案中，配方过程逻辑，设备分配和仲裁，路径管理，安全性和批处理历史档案都是在工作站级，由批处理服务器内的“外部连接”功能度管理的。批处理管理系统的更多积极作用是消除控制系统不必要的逻辑处理，主要是状态和异常的逻辑，从而导致发展一种更为结构化、易于支持的代码库。
向更为先进的批处理应用方向发展的第三个理由是来自要求实现更有效和更经济解决方案的压力。今天，批量生产的制造商需要更快的响应客户的要求并使产品有更高的经济性。
制造商也许会逐日或逐周地添加一些新的配方，从而导致更为专门化的批量，这种批量要求有更为复杂配方和批量管理系统。紧跟时代脉博的制造业要求经过HMI或批处理软件可以方便地添加配方的能力，而不必直接改变控制的代码。
最后，需要符合政府法规，从而促进控制系统演变为更加先进的硬件/软件平台。“先进的批处理应用程序提供的特性易于实现与电子记录和电子签名法规的符合性，例如电子化的批处理历史归档，材料跟踪能力，对变化的跟踪以及用户安全性管理等方面的符合性，这对熟悉基于PLC解决方案的工程师来说更为困难”，Moffat补充说。
“内部开发”的批处理系统继续向更为先进的应用程序方向发展。“原有的家庭配方”也许不会改变，但是它也许永不再是相同的。
批处理软件产品
若需要下列产品的更详细信息，请访问各自公司的网站。
面向对象的工具，支持S88模型 Telemecanique的Unity Application Generator（UAG）——面向对象的批处理软件工具可以自动生成控制系统设计并简化PLC/HMI的集成。此软件还可以建立、复制、生效控制系统设计并符合S88模型。自上而下的体系结构模仿S88标准并且显著节省开发时间和成本。软件可用于制药工业并改进用于食品和饮料、包装及其他需要调节的连续和混合流程控制。
该软件建立一种通用结构，它可以设计和集成在流程控制系统内的工程过程。UAG批处理软件工具提供PLC和经典HMI/SCADA系统（它匹配混合式分布控制系统的单一数据库技术）之间的集成。由于它很容易为过程和自动化工程师所使用，因而省去解释过程的中间步骤。它包含4个控制域，这些控制域必须正确管理以便建立一个具有功能和可靠的自动化系统，4个控制域：配置，控制对象，互锁，以及顺序控制。面向对象的程序设计使控制系统构件是预定义的和预试验的。
www.us.telemecanique.com Schneider Electric公司
Schneider Electric
RSBizWare系列已添加5种新的过程软件模块，包括RSBizWare Batch 模块。该开放式可配置的解决方案设计用来使车间生产过程与顶层企业商务系统相集成，其应用针对流程工业，包括制药、生物技术、消费品以及精细化工。每次可配置一种新模块，也可配置所有的新摸块。用户可借助S88方法和批处理自动化原理在有类似程序的各种流程之间重复使用代码、配方、状态和逻辑。可用批处理运行记录为批量生产分析建立各种报表。
www.rockwellautomation.com Rockwell Automation公司
Rockwell Automation
现在，InBatch Premier和Flex Formula 批处理管理软件产品支持Microsoft Windows Server 2003和Windows XP操作系统。新推出的Microsoft操作系统的安全模型提供一种基于安全的鉴别方案，它实施各种财务方针并经过系统提供无缝的全系统安全性。InBatch Premier 8.1可用来处理有柔性工艺过程和配方要求的复杂应用，它的特点是有一个批处理引擎用于执行配方、设备管理，以及获取完整的批处理历史档案。这两种产品都能有助于符合FDA 21 CFR第11部分法规的系统、应用程序和解决方案的设计和实施。
www.wonderware.com Wonderware公司
Wonderware
与Simatic PCS7过程控制系统一起使用的Simatic批处理软件的特点是具有新的电子签名能力，协助用户符合FDA 21CFR第11部分法规。它自动地记录与批处理有关的操作员操作、电子签名和事件，使用户能为每个操作员的操作或批处理事件以及特定的签字次序定义多个签名。产品提供多种保密性特征(包括口令生命期和唯一的用户标识符)并有各种工具，可用来建立主配方、计划的批处理，以及监视、控制和编制批处理执行文件。
www.sea.siemens.com Siemens公司
Siemens
Delta V Batch提供的一种与所有配置工作协调的集成数据库。系统信息是在运行环境内以全局方式分配的，因而每个动作知道其他有关的动作。这种体系结构简化单一的全局系统数据库，不需要数据库映射或双数据入口。软件包的特征：与单元有关的设备处理；通过名字对所有数据进行存取不需要物理位置引用；快速和透明的请求响应；应用程序之间的异常报告通信以及对报告、观察和分析批处理历史数据没有配置要求。
www.emersonprocess.com Emerson Process Management公司
Emerson Process Management
Industrial System 800XA批处理管理软件提供配方管理，批处理和过程控制，法规依从性，安全和保密性。这些软件工具能用来建模、执行和跟踪全厂范围内与材料和控制流有关的信息。该产品有助于改善整个批处理的一致性，质量和循环时间，降低全生命周期成本和生产停工时间。生产管理性能是按照ISA S88 ，IEC 61512，IEC61131-3以及ISA S95等国际标准建立的。该软件包还提供符合FDA 21CFR第11部分，cGMP要求和GAMP导则的工具。
www.us.abb.com ABB公司
ABB