制藥行業(yè)每天都有大量的藥物需要混合、成型、打標和包裝，而藥品的需求還在呈幾何級數(shù)增長。無論產(chǎn)量是多少，都不能有任何錯誤。如果藥品裝到了錯誤的包裝之中，結(jié)果將是致命的。
隨著需求的增長，對于在快速加工藥材的過程中實施嚴格控制以避免錯誤的要求也越來越高。通過高速視覺檢測系統(tǒng)，可以減少人為錯誤。嚴格的檢測需要使用實時軟件，尤其是視覺檢測功能與自動化生產(chǎn)線控制相結(jié)合的時候。
視覺檢測系統(tǒng)可以檢測到每一個藥片及其包裝。美國藥監(jiān)局強制要求100%的藥品包裝都需要進行檢測，以確保標簽使用和粘貼正確，打印的劑量正確，以及過期時間無誤。最近，還需要保證正確的序列號，以使進行藥品跟蹤和追溯。
這些要求適用于藥瓶和泡罩包裝。對于疫苗藥瓶來說，必須確保所有的藥瓶都用鋁制瓶口壓緊。而對于注射器，制造商同樣也會檢測所有的產(chǎn)品，保證每一件產(chǎn)品裝配合理。時間就是金錢，制藥廠商希望盡可能實現(xiàn)檢測的自動化，當(dāng)然質(zhì)量和安全更是重中之重。制藥行業(yè)需要高速處理高解析度的圖像，同時快速進行決策、實現(xiàn)控制。一些系統(tǒng)每小時可以執(zhí)行20萬次檢測，決策的時間低于30毫秒。
加拿大魁北克的OptelVision Systems公司為制藥行業(yè)提供檢測和生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。該公司最近受雇于一家藥品包裝商，開發(fā)一款新型檢測和質(zhì)量控制系統(tǒng)，升級片劑加工生產(chǎn)線，用以支持新藥品的上市。
對于這種特殊藥品，劑量錯誤可能會引起嚴重的健康風(fēng)險。因此，清楚準確的識別出單位劑量對于質(zhì)量管理來說非常重要。最安全的解決方案就是進行100%的電子檢測，另外一種方法就是使用大量的人工檢測，這樣成本巨大而且并不可靠。
設(shè)置運行藥片印字機并不是一個簡單的任務(wù)，因為調(diào)整非常復(fù)雜，機器生產(chǎn)速度的差異也非常大。監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助操作員進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，獲得打印質(zhì)量的實時反饋，進而大大減少安裝時間。
Optel公司開發(fā)了一套使用英特爾處理器主板的集成計算機系統(tǒng)。該公司在各種應(yīng)用中都使用英特爾處理器，根據(jù)應(yīng)用的要求采用單核或者四核的CPU。照相機為每一個藥片拍照，藥片的通過速度是每分鐘2000片。Optel公司自己設(shè)計的實時輸入/輸出板上的電路可以開關(guān)照相機，并計算照相機的曝光周期，通過以太網(wǎng)與英特爾處理器主板連接。輸入輸出板還可以與一個旋轉(zhuǎn)編碼器通訊，該編碼器安裝在生產(chǎn)線的藥片傳送帶上。計算機根據(jù)特定算法處理圖像，確定藥片印字是否有錯誤。如果有錯誤存在，就會對有缺陷的藥片進行跟蹤直到其被丟棄（丟棄站同樣由Optel公司設(shè)計）。
圖像處理工作由主處理器的專用CPU使用Optel軟件完成。圖像接收之后，計算機使用特定算法將其與正確產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型進行比較，確定照相機獲取的圖像是否吻合。數(shù)據(jù)庫包括大約50種視覺算法，能夠以每分鐘一萬件的速度處理藥瓶、泡罩包裝和藥片圖片。為此應(yīng)用開發(fā)的藥片檢測系統(tǒng)使用了兩臺照相機和一臺電腦。事實上，Optel公司還開發(fā)了擁有20臺照相機和四臺圖像處理系統(tǒng)的制造檢測系統(tǒng)。
為了控制實時處理過程，系統(tǒng)采用了實施操作系統(tǒng)（RTOS）軟件。Optel視覺的工程師嘗試過微軟Windows NT的嵌入式版本，但是發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)同步問題，可能會漏掉生產(chǎn)線上的產(chǎn)品。這是因為微軟Windows主要是面向人的操作系統(tǒng)，設(shè)計的目標是支持服務(wù)器和人類用戶，而不是高速運行的機器或者視覺系統(tǒng)。如果使用微軟Windows，在它執(zhí)行一項不相關(guān)任務(wù)的時候，可能就會錯過來自聯(lián)網(wǎng)I/O設(shè)備的關(guān)鍵信息。
工程師們對一些微軟Windows I/O軟件驅(qū)動進行了評估，并親自開發(fā)了驅(qū)動軟件，最終還是在RTOS上進行實施。這些解決方案可靠性不高或是過于復(fù)雜，他們希望設(shè)計出獨立的RTOS和微軟Windows可以一同工作的方案，這樣能處理所有的高速I/O，保證操作員界面和數(shù)據(jù)管理軟件具有微軟Windows的功能。Optel視覺公司總裁兼首席執(zhí)行官Louis Roy親自尋找專家將實時系統(tǒng)與微軟Windows的功能合二為一。
RTOS軟件控制系統(tǒng)中對于反饋時間有重要影響的I/O設(shè)備，并允許微軟Windows控制實時性能要求不是那么高的I/O。獨立的軟件環(huán)境以及獨立的任務(wù)規(guī)劃器提升了英特爾處理器內(nèi)置的硬件性能，保證處理對于時間高度敏感的任務(wù)時非常精確。（如圖1所示）該軟件得到了一系列監(jiān)控和除錯工具的支持，它們可以與微軟Windows Visual Studio開發(fā)環(huán)境高度集成，保證系統(tǒng)的實時性，同時也保證使用相同的工具開發(fā)Windows的應(yīng)用軟件和對于環(huán)境高度敏感的功能。實時微軟Visual Studio向?qū)ПＷC了實時系統(tǒng)的快速原型開發(fā)和部署。
圖1 TenAsys 公司INtime實時操作系統(tǒng)允許實時功能和微軟Windows處理應(yīng)用元件能夠在他們的CPU上獨立運行，保證了對于實時事件的確定相應(yīng)。圖片來源：Control Engineering和TenAsys公司。
“我們在實時主板上集成了很多軟件。原來這種主板是一個閉合系統(tǒng)，維修非常困難，”Optel視覺公司電子部門負責(zé)人Mathieu Gallant說道。
“現(xiàn)在，具備了強大的實時功能，軟件更加容易開發(fā)和維護了，”Gallant說。過去，Optel視覺需要修改自家的軟件才能支持每一個微軟Windows的新版本。
由于效率提高、停機時間減少，制藥包裝檢測系統(tǒng)在不到六個月的時間了就收回了投資。
隨著系統(tǒng)升級，現(xiàn)在可以使用微軟Windows人機界面，易于對操作員進行培訓(xùn)，還可以將新的功能加入到HMI當(dāng)中，支持機器診斷。開發(fā)的便捷也保證測試、安裝和啟動可以在三個月之內(nèi)完成。系統(tǒng)經(jīng)過成功驗收之后，為包裝承包商帶來了即時的收益，并保證了最終消費者可以得到高質(zhì)量的商品。
圖2 Optel視覺檢測系統(tǒng)，左側(cè)是照相機，右側(cè)是操作員界面。圖片來源：TenAsys公司。
重新配置也非常容易。公司當(dāng)前正在開發(fā)用于跟蹤和追溯的新型掃描設(shè)備，改進這些需要深度計算和精確產(chǎn)品跟蹤的工藝，保證包裝過程中藥品與容器之間序列化關(guān)系的完整性。
新的設(shè)計可以在系統(tǒng)軟件中保留既有的投資，因為它可以實現(xiàn)程序之間的遷移。
通過自動化檢測和廢品剔除流程，制藥行業(yè)的客戶提升了藥片印字工藝的效率，終止了之前時常發(fā)生的機器停機，提高了操作員的工效，從而在升級之后不到六個月的時間里就收回了當(dāng)初的投資。
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