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MTP 是什麼,重要性為何

模組型封裝標準是隨插即生產製造的一大進步。

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製造設施中兩名穿著全套防護裝備的生物科技員工將管線連接到一次性生物反應器袋。

近年來,模組化設備概念在生物科技與更大規模自動化的產業中開始受到青睞。雖然這個趨勢有利於生產設備試運轉,但也為全廠型自動化系統認證增添複雜性。

對生物科技製造商而言,水平整合 (機器對機器自動化) 與垂直整合 (機器對廠房自動化) 往往是投入生產前的最後一步。這些步驟包含了驗證可程式邏輯控制器 (PLC) 程式碼在套裝設備 (如成套系統設備) 上的運作,以及試運轉負責全廠自動化的分散式控制系統 (DCS)。工廠自動化工程師通常會在 DCS 中處理功能模組圖,而設備專業人員則會在 PLC 中處理梯形邏輯。 

隨著製造商對模組化的興趣越來越高,潛在挑戰也隨之增加:一家公司責提供全廠級分散式控制系統 (DCS)、生產設備的自動化零件又由不同公司供應,甚至其他設備上還會有多個第三方元件等。因此,進入廠內的可程式邏輯控制器 (PLC) 數量也會倍增。

當部分在生物科技業工作的團體了解到從型錄購買成套系統設備相較於在現場建置運作設備的好處後,負責產品整合的終端使用者部門也越來越感到受挫。到頭來,自動化工程師會要求自動化元件必須要有與生產設備相同的隨插即生產能力。

產業中包含 Rockwell Automation 在內的成員組織與公司均對此做出回應。他們都致力於為隨插即生產技術打下穩定又堅實的基礎。

邁向模組化的努力

其中一個致力於推動隨插即生產技術進步的團體便是 NAMUR,也就是製程產業自動化技術使用者協會。這個位於德國的國際團體是一群包含製程控制技術專家在內的自動化技術使用者。

在全球有超過 150 家成員公司的 NAMUR 與其成員都知道隨插即生產模組的價值,尤其是其可以讓更換特定功能之成套系統設備的工作變得更加簡單。他們也明白廠房操作員想要的是什麼:也就是能提供標準資料的標準介面。

該團體正在協助建立名為模組型封裝 (MTP) 的模組化專用標準 (VDI/VDE/NAMUR 2658) 該標準包含了涵蓋從資料面到人機介面 (HMI) 等大小事的各種領域。該標準運用 OPC 統一架構 (UA) 描述如通訊、警報、安全性等等功能。 

MTP 標準是為了與其他 NAMUR 建議:NE148 及工業 4.0 參考架構模型 (RAMI) 等相容所制定的。MTP 已進化成為關於設備中元件生命週期的 IEC 標準。其基本上是說應該將所有一切均模組化,如此才能隨時將其中的任何部分進行升級與更換。等我們認識完 VDI 2776 第 1 部分 的關鍵項目後會再針對功能進行討論:

  • 製程設備總成 (PEA) — 一套自動化以及從安全角度來說近乎自主式的模組化製程設備,由一個或多個功能組件所組成,並可代表一個製程步驟或為模組化廠房提供基礎架構
  • 製程編排層 (POL) — 一套跨模組化系統運作之自動化與資訊技術層級的設備總成 
  • MTP — 一個模組化製程單元之自動化技術的介面與功能制式描述
模組化自動化系統概要

MTP 如何運作

成套系統設備/設備供應商所提供的 MTP 檔案是 MTP 標準的核心,且代表與 PEA 的介面。此檔案含有讓 POL 能夠設立監控 PEA 所需之通訊、標籤、服務與人機介面的所有必要資訊。

MTP 檔案利用國際標準 (IEC 62714) 的自動化專用 XML 資料格式,稱為自動化標記語言 (AML) 來定義設備的每個部分。例如,擁有自己的控制器及顯示系統之生物反應器,便會提供一個定義了其所提供之各種內容的 MTP 檔案,包括:

  • 服務 — 加熱、攪拌、pH 值控制
  • 資料 — 溫度、壓力、流量
  • 顯示 — 與 POL 操作有關的操作圖形
  • 警報
  • 事件狀態
  • 用於取得以上項目的 OPC UA 連線功能與標籤資訊

符合 MTP 標準的 POL 會從系統中的不同成套設備系統匯入 MTP 檔案,並利用該資訊發展廠房級的顯示與批次系統,以便監測與控制這些成套設備系統。現在,POL 讓廠房作業人員可以使用統一的圖形與物件監控成套設備系統。POL 也讓批次系統可以不理會成套設備系統的功能或供應商,利用標準程式庫來監控服務。

為隨插即生產標準做出貢獻

Rockwell Automation 以處理伴隨模組化設備而來的困難 (操作部門越輕鬆、自動化工程師越辛苦) 為己任。我們致力於發展模組化自動化的相關自動化標準,並參與能展現出這些標準對產業所帶來之好處的組織。

其中一個組織 BioPhorum Operations Group,在一份 2019 年的論文中點出了隨插即生產技術對生物科技產業的潛在影響:

• 加快上市時間達 40%

• 加快生產設備重新安排時間達 40%

• 複製生產線時幾乎沒有自動化工程需要

• 減少資本與營運支出達 50%

身為 BioPhorum 隨插即用工作流程的一員,我們將已發表的模組化自動化/MTP 標準同時就 PEA 與 POL 需求做了六次概念證明測試。我們對該工作流程以及 NAMUR MTP 標準的參與,整體來說在持續開發能支援跨許多產業 (從生物科技到石油與天然氣) 之 PEA 與 POL 合作夥伴的工具與解決方案上均頗有幫助。

隨著更多與 MTP 有關的標準出現,我們會持續投入測試程序,並據此來強化我們的 PEA 與 POL 解決方案。欲了解更多 MTP 以及升級您的隨插即生產能力之相關資訊,請利用底下連結,並讓我們知道如何能幫助您強化運作。 

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已發佈 2022年4月24日

主題: Life Sciences Accelerate Digital Transformation

Derrick Tapscott
Derrick Tapscott
Global Industry Consultant Leader
Derrick leads a team of consultants who help customers with their biggest industry challenges. He has 25 years of experience in process industries and actively participates in BioPhorum’s Plug and Play, Big Data to Smart Data, and Digital Roadmapping activities.
Vijayant Kaura
Vijayant Kaura
Senior Program Mananger, CPG & Life Sciences
Vijayant has more than 28 years of experience supporting OEMs and integrators across a variety of industries while providing his expertise with machine and line upgrades, as well as new-machine and new-line integrations.
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