IT/OT融合结合了工业自动化和实验室自动化

COVID-19大流行激发了许多工业领域的创造力和即兴创作。它还鼓励更强的合作，其中一项合作在极短的时间内创建了一个高容量的测试实验室。系统集成商DMC帮助Ginkgo Bioworks快速创建了一个用于COVID-19诊断测试的样本处理实验室。实验室从概念到生物验证只用了9个月。项目完成后，该实验室有能力每天处理10万份样品。

新的Ginkgo Bioworks实验室位于波士顿，拥有超过40个自动化工作单元，包括机器人、可编程逻辑控制器(plc)、实验室设备和视觉检测系统(见图1)。每个工作单元都可以为新任务设置，允许Ginkgo在未来使用它进行其他大规模工作。该实验室是自动化的，样品通过传送带和工作单元，无需人工干预。

DMC在美国多个城市设有办事处，包括纽约、波士顿、芝加哥、休斯顿、达拉斯、丹佛、圣路易斯和西雅图。该工程咨询公司专注于各种行业的软件开发和控制系统，包括制药、汽车、石油和天然气以及食品和饮料。Ginkgo Bioworks总部位于波士顿，致力于使生物学在几个方面的工程更容易。这个项目充分发挥了两家公司的优势。这是银杏第一次进行如此大规模的自动化，所以它向DMC寻求帮助。

Ginkgo Bioworks的自动化工程师Henri Girard说:“在像这样的大型自动化设施中，我们混合了几种不同形式的自动化。我们试图混合工业自动化，你可以看到很多机器人和plc，以及生物学领域的实验室自动化。”而且，为了让这两个世界一起交流，我们需要一个智能SCADA平台来弥合这两个世界之间的差距。”

监控和数据采集(SCADA)平台之所以至关重要，不仅是因为这个原因，还因为在大流行的最初几个月里，随着人们对COVID-19的了解越来越多，要求也在不断变化。考虑到对性能的要求和满足不断变化的需求所需的灵活性，DMC认为感应式自动化点火非常适合这个项目。它还用于人机界面(HMI)(参见图3)。

完成任务

DMC的保罗·曼格尔斯说:“SCADA平台在处理大量数据、命令和标签变化方面非常出色，这些变化发生并流经这样的系统。”“它非常擅长管理如此复杂的东西所需的大量数据。”

SCADA系统还提供了生产数据的实时仪表板、事件数据的可靠存储以及所有样品的可追溯性数据。在整个实验室中，plc每秒发生多次事件，SCADA系统捕获了所有数据。实验室仪器使用了各种不同的通信协议，但SCADA系统为用户提供了一致的界面。

DMC的项目工程师Jay LaFave说:“我们用了大约9个月的时间，从最初的概念到最终的实验室生物验证。”“如果没有Ignition软件的所有功能，我们不可能做到这一点。”

“我想说，这个项目的速度在自动化领域是前所未有的，”Mangels说。“由于新冠疫情，我们必须迅速采取行动，我们的知识在不断变化，因为病毒在变化，我们对它的科学理解也在变化。我们试图实现的生物过程在项目过程中不断发展，所以我们需要一个灵活的平台，以跟上这些变化。”

这一咄咄逼人的进度要求两家公司进行团队合作，并将SCADA和实验室技术紧密融合在一起。许多活动必须同时进行。吉拉德说:“试图并行地做事情，时间尺度大大加快了。”“我们试图同时进行一些设计、一些软件工作和一些硬件安装，因为整个过程本身也在发生变化。”

并行开发

LaFave说:“当我们创建这个项目时，时间是至关重要的，所以我们需要增加我们在SCADA项目上工作的工程师数量。”“该软件对并行开发的强大支持允许我们有10个不同的开发人员同时在项目上工作——所有这些都是在生产和测试过程中进行的。无缝对接的能力对我们实现这个项目的时间表至关重要。”

DMC选择该软件还因为它的灵活性，因为许多需求在项目开始时并不完全清楚。SCADA系统和其他系统一起进化。“这个系统有很多不同的组件，”Mangels说。“你有plc和设备驱动程序与实验室设备对话，各种来自Ginkgo的api与库存和移动部件相关，SCADA系统就在中间，帮助代理所有数据，并将实验室的所有不同部分连接在一起。”

可追溯性也是一个重要的需求。“过程事件是一个可审计的记录，记录了每个样品在实验室中移动时发生的事情，”Mangels说。“因此，我们使用SCADA系统的存储和转发功能以及事务组来快速捕获事件队列，并将它们记录在结构化查询语言(SQL)数据库中。”

捕获大量的数据是一个挑战。LaFave说:“在整个过程中，每个样本都会产生超过50个不同的独特数据记录。”“因此，这相当于每天近50万数据行，而SCADA平台使我们能够以有效和有组织的方式捕获所有数据。”

为未来做好准备

两家公司都对结果感到满意。虽然有很多是未知的领域，但合作仍然是成功的，它让银杏具有灵活性，以满足未来的需求。

吉拉德说:“许多生物学依赖于不同盘子之间、不同试剂之间的小规模液体处理，而这些操作对科学家来说在实验台上进行非常耗时。”“另一方面，一旦我们能够利用自动化的力量，将所有这些操作的吞吐量提高几个数量级，我们就可以实现更多的目标，我们可以同时处理更多的项目，我们也可以更多地了解潜在的生物学。”

除了在这个过程中学到了很多东西，工程师们也受到了挑战的激励。“这可能是我在DMC工作期间参与过的最酷的项目，”Mangels说。“我们有一个庞大的团队。我们和很多组织合作。Ginkgo团队非常棒。有这么多聪明的人以不同的方式参与到这个项目中来，这真是太棒了，我非常感激能成为其中的一部分，感觉自己在做一些能带来改变的事情。”

Ginkgo Bioworks也对团队的努力表示赞赏。吉拉德说:“与DMC合作很棒。“他们真的接受了我们在这个项目中给他们的所有挑战，尽管时间表超快，过程不断变化。我们在建造设施的时候都在学习，在建造的时候真正地驾驶飞机。”

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