智能制造技術在中藥提取中的應用

費翼城 王谷洪 周友華 趙海金 王桂華

摘 要：為探索中藥生產提取工序的智能化生產新模式，通過智能設計思維及跨行業(yè)智能制造新技術的轉化應用，改進傳統生產模式，改善現場雜亂的生產環(huán)境，提高生產的自動化和信息化水平，從設計源頭上落實數字化理念，從而使中藥生產企業(yè)真正意義上實現兩化的深度融合。

關鍵詞：中藥提取;數字化;智能制造

0 ? ?引言

中藥的生產得利于中藥提取，而中藥提取技術運用體現在中藥提取設備的發(fā)展。在智能化技術的驅動下，中藥提取設備進入轉型升級的階段，一些企業(yè)中藥提取設備也開始實現智能化。隨著科技的進步和發(fā)展，智能化、數字化、自動化、信息化將成為中藥提取設備發(fā)展的必然方向。

智能化中藥提取旨在實現從藥材的配料、投料、提取、濃縮、收膏到干燥收粉的全流程自動化智能控制操作。

1 ? ?智能制造設計概述

中藥提取生產目前依然以傳統生產工藝為主，裝備簡單，生產過程中需要依靠操作人員對每臺設備進行操作并憑經驗來判斷，生產工藝技術落后，生產自動化與智能化水平、在線質量檢測技術和智能監(jiān)控技術運用度較低，嚴重制約了中藥提取智能制造的健康發(fā)展，也不利于穩(wěn)定中藥產品質量和療效。

要想實現中藥提取智能制造，先進的中藥提取設備是關鍵。企業(yè)應從工藝設備選型、配套、使用、智能儀器及閥門選取與安裝、最佳工藝線路、節(jié)能降耗等方面進行綜合考慮，集成自動化、信息化與智能化等關鍵技術和裝備，結合系統工程技術與生產過程分析技術，以達到高效、節(jié)能、綠色環(huán)保的目的。

2 ? ?智能制造在中藥提取中的應用

2.1 ? ?中藥材輸送投料與分配系統

該系統主要實現物料的自動輸送、喂料、稱重、緩存、投料及清洗功能，滿足吊籃式提取生產線前端的全自動投料需求，生產流程如圖1所示。

系統主要包括在線自動稱重喂料系統、物料智能緩存系統、投料前緩存系統、翻轉投料系統、清洗系統。通過系統之間的協同配合，實現各生產環(huán)節(jié)精準控制，完成產品配方管理。采用電子標簽信息跟蹤系統，實現基礎信息的綁定、跟蹤、反饋，降低投料差錯率。

（1）在線自動精準稱重喂料功能。稱重喂料系統由自動喂料機通過前端設備自動將物料輸送至緩存料斗，再經過皮帶機自動輸送并稱重。

（2）物料智能緩存系統功能。緩存部分料斗內有多種物料配比，在緩存過程中要根據生產需求，將每次投料組合的料斗內物料依次投入指定的投料口中。系統通過計算機信息管理系統對緩存位信息進行自動管理，能夠根據需求提示或顯示料桶存放的位置。

（3）物料智能投料功能。翻轉投料設備將投料前緩存部分的物料投至相對應的投料口。根據生產線生產工藝，針對投料口的需求，完成翻轉投料。

（4）信息條碼跟蹤功能。采用信息條碼跟蹤系統，實現對產品信息的綁定、跟蹤、分類、存儲及出入庫智能化管理。為實現對物料全程信息的跟蹤，在每個周轉容器上均配有唯一標識條碼，條碼內容為周轉容器號和物料信息，能記錄和讀取產品名稱、批號、生產日期、狀態(tài)、重量等信息，減少人為信息差錯，提高產品質量穩(wěn)定性，為實現生產管理全流程信息可追溯提供數據支持。

2.2 ? ?搬運機器人

首先，通過工業(yè)以太網與中控室監(jiān)控計算機和現場操作員終端進行通信，現場操作員終端自動掃描PLC CPU的數據區(qū)，并把數據通過圖形、文字實時顯示;其次，通過以太網和各子站通信，調度投料母車和EVS小車共同自動運行，將成組物料運送到指定藥罐;最后，完成藥籃輸送、投料、拆分、倒渣及清洗任務。

2.3 ? ?吊籃提取系統

整套吊籃提取系統包括接料、輸送、實籃碼垛、自動向罐內投籃、自動從罐內取籃、自動拆垛、翻轉倒料、空籃全自動清洗、漂洗、除水、在線緩存、循環(huán)供給，實現了整條提取線無人化工作，既節(jié)約了勞動力成本，又避免了人為因素對生產過程的影響，如圖2所示。

2.4 ? ?濃縮系統

濃縮系統具有藥品生產批次記錄管理功能，相關程序的編程及控制包括手動、自動過程;系統內所有控制器均為標準化、模塊化結構;具有完善的報警功能和不同等級的報警提示，能明顯區(qū)別過程變量報警和系統故障，并自動儲存記錄和打印報警信息，區(qū)別第一事故報警，記錄報警時間，并做到保存報警記錄。該系統主要功能包括自動進料、系統預熱的控制、自動出料。

2.5 ? ?能源智能管理系統

能源智能管理系統可實現對能源的分散數據采集、集中管理等功能，通過能源管理系統提供的多種統計方法和分析結果可以實現以下功能：（1）能耗數據自動采集;（2）對采集的數據進行匯總與分析;（3）能效評估，提供能效分析報告、能耗報表;（4）以能耗數據為導向的輔助決策;（5）與MES對接，提供實時的生產能耗數據。

2.6 ? ?質量管控系統

在傳統藥品質量管控體系基礎上，引入了在線近紅外、在線微波、在線折光等過程控制技術，實現了中藥生產關鍵工序的實時、連續(xù)、在線控制，極大地提升了中藥生產過程的質量控制能力。本文重點對中藥提取在線檢測系統進行了介紹。

傳統上對連續(xù)生產過程中產品質量的檢測一直采用離線抽樣檢測方式，即質檢人員低頻、間歇性地從生產線上進行少量取樣，再送至實驗室進行理化檢測。這種檢測方式有三大方面的缺陷：

（1）生產過程中檢測的不及時以及質量問題控制的不及時。離線抽樣檢測即可視為離線檢測，即離線抽樣與檢測不能做到同步，加上本身實驗室儀器處理、檢測、出結果時間通常相對較長，這就造成了檢測的不及時，因為是“事后檢測”，所以也不能對出現的質量問題及時進行控制及處理。

（2）檢測不具有很強的代表性。因為是抽樣檢測，即在生產過程中隨機抽取少量產品進行檢測，并不是連續(xù)不斷地進行檢測，檢測很大程度上無法覆蓋大多數狀態(tài)下的生產情況，有時甚至會對生產的“穩(wěn)定性”作出“誤判”。

（3）質量問題控制的可能性“差錯”。離線抽樣檢測出具的實驗室理化結果在某種意義上只能體現抽樣時的質量狀況，不能給質量管理人員提供充分的數據進行分析，特別是遇到突發(fā)性的生產設備波動、生產環(huán)境變化等情況時，很難有效地針對問題進行排查及處理。

而在線檢測技術能彌補傳統檢測存在的這些缺陷，使得質量檢測更加及時、全面、有效。對中藥提取在線檢測系統進行深入研究及應用，能夠有效突破傳統檢測技術的瓶頸。所以，應以中藥提取關鍵質量檢測為主線，針對生產中的關鍵生產工序研究、應用合理有效的質量檢測技術，例如在線近紅外（水分、含量及粒徑）檢測儀。

如圖3所示，將在線檢測裝置（在線近紅外光譜儀）設于被檢物料在生產過程末端經過的暫存?zhèn)}，具體位置為斜壁靠中上端，目的在于使被檢物料既能較為完整地覆蓋住隔絕內外部的視窗以及外側在線近紅外光譜儀的探頭，又不會使得下部積累的物料沒過探頭造成誤判。同時，內部在視窗的表面加裝以固定頻率（2 min/次，可調）擺動的刮板，用于及時清理上一次檢過的物料，最大化地減少上一次物料對于下一次檢測造成的干擾。

噴霧干燥是將提取濃縮液轉化為浸膏粉的后段關鍵工序，而浸膏粉的質量也直接關系到最終終端產品的質量。衡量浸膏粉質量的關鍵指標為水分、含量及粒徑，根據浸膏粉的物料特性及生產過程，本項目采用在線近紅外技術進行檢測。

傳統的紅外分光光度技術采用棱鏡或光柵作為色散元件，以這些色散元件為核心的紅外光譜測量系統結構復雜，設計和生產成本高，使得其分析檢測僅適于在實驗室條件下進行。而法布里-珀羅干涉儀（Fabry-Pérot Interferometer）是一種由兩塊平行的玻璃板（或其他材料的薄膜）組成的多光束干涉儀，兩塊玻璃板相對的內表面都具有高反射率（反射率90%以上），兩板間距可以調整改變。這一干涉儀的特性為，入射光在平行的兩塊板（膜）上反復反射和折射，波長滿足與兩塊板（膜）間距發(fā)生干涉的條件時，其透射光會出現很高的強度峰值，如圖4所示。

由表1數據可知，通過各種檢測方式的成功應用，突破了傳統檢測的技術瓶頸，實現了中藥提取生產過程中關鍵指標的實時、有效檢測，形成了先進有效的中藥提取生產過程質量控制體系。

3 ? ?結語

總之，中藥提取智能化是中藥生產現代化發(fā)展的方向，通過對提取生產線自動化控制及生產信息管理進行集成（即生產管理控制系統），以信息支配設備的自動運行及人員的規(guī)范操作，最終能夠實現整個生產過程的管理信息化、設備自動化、人員操作規(guī)范化。對于現代化的中藥生產，有必要實現中藥提取全流程的自動化智能控制操作，生產設備運行狀態(tài)實時監(jiān)控、質量在線檢測、故障報警和診斷分析，在降低勞動強度、減少安全風險的基礎上，提高生產管理水平及生產效率，保證產品質量穩(wěn)定可控。

收稿日期：2021-08-25

作者簡介：費翼城（1994—），男，江西南昌人，助理工程師，從事工藝生產線建設、智能制造模式設計及技術轉化應用工作。