智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

江維維　羅勇　張江艷

摘要：為解決制約中成藥做大做強(qiáng)的科技難題，全面提升藥品質(zhì)量，保障藥品的安全、有效、可及，實(shí)施智能制造勢在必行?，F(xiàn)階段智能制造引領(lǐng)著中藥固體制劑不斷發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了藥品生產(chǎn)的批—批一致、段—段一致、點(diǎn)—點(diǎn)一致，運(yùn)用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理高效、品質(zhì)卓越、生產(chǎn)周期縮短的目標(biāo)，提高產(chǎn)品市場競爭力?，F(xiàn)以某知名制藥企業(yè)為例，闡述了智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，可以對智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用起到一定的推廣與示范作用。

關(guān)鍵詞：智能制造;中藥固體制劑;制藥企業(yè)

中圖分類號：TQ461? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）05-0055-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.05.015

1? ? 背景

《中華人民共和國藥品管理法》（2020版）全面落實(shí)了中央決策部署和“四個最嚴(yán)”，即切實(shí)加強(qiáng)食品藥品安全監(jiān)督，用最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、最嚴(yán)格的監(jiān)管、最嚴(yán)厲的處罰、最嚴(yán)肅的問責(zé)，加快建立科學(xué)完善的食品藥品安全治理體系;藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）認(rèn)證被取消，藥品監(jiān)督管理部門可隨時對GMP等執(zhí)行情況進(jìn)行檢查。隨著GMP的實(shí)施[1]，生產(chǎn)企業(yè)越來越注重生產(chǎn)過程風(fēng)險的預(yù)防控制，而傳統(tǒng)的人工控制措施已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制藥需求，因此，應(yīng)用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù)成為生產(chǎn)過程風(fēng)險預(yù)防控制的重要手段。

2? ? 意義

智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用具有非常重大的意義，一方面它能不斷提高生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)成本;另一方面它有效保證了藥品質(zhì)量的穩(wěn)定、均一，確保了藥品生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)及樣品真實(shí)可追溯。

3? ? 智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1? ? APS高級計(jì)劃與排程系統(tǒng)的運(yùn)用

固體綜合制劑車間包括顆粒劑、硬膠囊、軟膠囊、片劑等4個劑型，存在品種數(shù)量多、分裝規(guī)格類型多的情況。例如：桂枝茯苓膠囊有3種包裝規(guī)格，分別為50粒/盒×250盒、60粒/盒×200盒、100粒/盒×150盒;杏貝止咳顆粒包裝規(guī)格有9袋/盒×200盒/箱、6袋/盒×200盒/箱、3袋/盒×300盒/箱;天舒片包裝規(guī)格有60粒/盒×200盒、30粒/盒×200盒、40粒/盒×200盒。此時，人工排產(chǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)整體均衡排產(chǎn)的需求，采購物料不能及時到位、檢驗(yàn)結(jié)果不能實(shí)時掌握、設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)不能及時掌握，出現(xiàn)了插單、生產(chǎn)異常（人、機(jī)、料）等情況，生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整無法全面考慮關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，主生產(chǎn)計(jì)劃出現(xiàn)高頻調(diào)整，而純手工調(diào)整效率低下，設(shè)備產(chǎn)能不能有效發(fā)揮最大效用。

如圖1所示，通過APS系統(tǒng)建設(shè)，連接ERP、考勤、MES等系統(tǒng)，推進(jìn)柔性制造，可以加強(qiáng)對市場的快速響應(yīng)，提升排產(chǎn)效率和生產(chǎn)效率，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)柔性化、管理透明化、系統(tǒng)平臺化，以適應(yīng)不斷變化的客戶需求。同時，建設(shè)生產(chǎn)過程成本管理系統(tǒng)，滿足成本管理需求，通過APS系統(tǒng)延伸支持，強(qiáng)化物料投入/產(chǎn)出管理，實(shí)施精細(xì)化的成本核算，有效降低了生產(chǎn)過程的成本。

通過測算，車間單元生產(chǎn)排程效率提高200%。由于排產(chǎn)計(jì)劃時間縮短，應(yīng)變能力增強(qiáng)，庫存周轉(zhuǎn)率提升30%，這也降低了物料的庫存成本。另外，APS系統(tǒng)建設(shè)還實(shí)現(xiàn)了銷售與APS系統(tǒng)互聯(lián)互通，APS系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)互聯(lián)互通，APS系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)互聯(lián)互通，智能工廠互聯(lián)互通率可達(dá)到70%。

3.2? ? SCADA生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集常采用人工記錄的方式，不僅耗時耗力，且數(shù)據(jù)易丟失，更加無法實(shí)時監(jiān)控現(xiàn)場的操作流程。

因此，建立SCADA系統(tǒng)，通過應(yīng)用符合GMP規(guī)范的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)，有計(jì)劃、分步驟地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全自動采集和監(jiān)控，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確、不間斷的數(shù)據(jù)匯總，逐步避免傳統(tǒng)手工記錄方式容易產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)滯后、缺失及出錯等問題;實(shí)時監(jiān)控藥品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，隨時調(diào)取企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)實(shí)時生產(chǎn)工藝流程監(jiān)控畫面，確保按照GMP規(guī)范要求，對所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)監(jiān)控全方位覆蓋;基于SCADA系統(tǒng)，各車間通過高速網(wǎng)絡(luò)通道互聯(lián)，對產(chǎn)品生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)池，累積生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，為其他信息化系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，對關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行趨勢報(bào)警分析，保證生產(chǎn)過程趨勢的實(shí)時監(jiān)控，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。SCADA系統(tǒng)主界面及生產(chǎn)線采用動畫展示并提供先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程展示，如圖2所示，界面友好，易監(jiān)控。

SCADA系統(tǒng)共設(shè)置三層，分別為設(shè)備層、采集層和應(yīng)用層。

（1）設(shè)備層：為車間各單機(jī)設(shè)備、公用工程設(shè)備、能源儀表，其中單機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)需進(jìn)行改造或增加通信模塊，通過以太網(wǎng)接入SCADA集成網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)支持多種協(xié)議通信，可連接不同廠家、品牌單機(jī)設(shè)備，同時支持接口開發(fā)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備的集成;能源儀表包括純化水、壓縮空氣、真空系統(tǒng)、蒸汽、自來水、冷凍水、用電等計(jì)量儀表，這些儀表通過PLC控制柜接入，數(shù)據(jù)采集到SCADA系統(tǒng)服務(wù)器。

（2）采集層：各網(wǎng)關(guān)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接到SCADA服務(wù)器，SCADA系統(tǒng)配置冗余服務(wù)器和Web服務(wù)器，兩臺服務(wù)器同時運(yùn)行、存儲數(shù)據(jù)，若其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，則客戶端自動切換連接至另外一臺服務(wù)器，系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、腳本編輯等工作在工程師站完成后下載到服務(wù)器。

（3）應(yīng)用層：數(shù)據(jù)通過終端網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到各系統(tǒng)終端，如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務(wù)器、遠(yuǎn)程終端等。

3.3? ? 全自動原輔料稱配系統(tǒng)的運(yùn)用

固體制劑主要的原輔料多為中藥提取物、糊精、淀粉類，批量大，采用人工稱量耗時耗力，生產(chǎn)效率較低。

引進(jìn)全自動原輔料稱配系統(tǒng)，不僅能提高生產(chǎn)效率，還能降低生產(chǎn)成本。整套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線是原輔料由輸送帶傳至自動拆包機(jī)進(jìn)入收料倉，然后由AGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)至卸料站，通過真空上料的方式傳入下一道工序的濕法混合機(jī)。其中拆包機(jī)設(shè)備主要由傳送裝置（提升臺、轉(zhuǎn)臺、過渡臺）、破包裝置（進(jìn)料導(dǎo)軌、破包機(jī)構(gòu)、抓袋機(jī)構(gòu)、出料機(jī)構(gòu)、過濾組件）、旋振篩、除鐵器等組成，收料倉由真空上料器、物料管道、真空管道、清洗管道、收集倉、電子地上衡組成。整套系統(tǒng)密閉無污染，能夠滿足GMP需求，且配件易清洗拆卸，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、柔性化、信息化作業(yè)，縮短人工稱量及轉(zhuǎn)運(yùn)物料時間，大大降低生產(chǎn)成本。

3.4? ? 近紅外分析技術(shù)的運(yùn)用

固體制劑中間體顆粒的主要控制指標(biāo)是水分，傳統(tǒng)檢測方式為人工取樣離線檢測，顆粒在沸騰干燥機(jī)干燥過程中每隔30 min抽取一次樣品，用快速水分測定儀做水分測定，不僅耗費(fèi)人力，且檢測相對滯后。

近紅外分析技術(shù)作為一種通過采集樣本建立數(shù)學(xué)模型對檢測目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測的監(jiān)測方法，其預(yù)測結(jié)果可以準(zhǔn)確地實(shí)時監(jiān)測制粒過程中的顆粒水分[2]。近紅外水分測定分析技術(shù)由協(xié)同工作的硬件和軟件兩部分組成[3]，系統(tǒng)硬件部分包括沸騰制粒干燥機(jī)、近紅外監(jiān)測探頭、在線近紅外光譜儀子系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件部分包括自動控制軟件、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件、主控系統(tǒng)軟件。

近紅外水分監(jiān)測分析技術(shù)為固體制劑顆粒水分控制提供了一個實(shí)時監(jiān)測工具，不僅節(jié)約了人工檢測成本，更有效保證了藥品質(zhì)量的穩(wěn)定、均一。

3.5? ? 自動引導(dǎo)輸送車（AGV）的運(yùn)用

傳統(tǒng)的原輔料、包材配送是由人工用叉車搬運(yùn)至生產(chǎn)線的，不僅工人體力勞動繁重，且轉(zhuǎn)運(yùn)速度較慢，制約生產(chǎn)。

自動引導(dǎo)輸送車（AGV）是現(xiàn)階段智能物流中心配送物料的關(guān)鍵設(shè)備，其可以取代人工配送物料。它的原理是應(yīng)用倉儲管理系統(tǒng)（WCS）和智能物流裝備，集成視覺/激光導(dǎo)航、室內(nèi)定位和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)度、自動配送和路徑優(yōu)化，可以通過手持終端（RF）完成各項(xiàng)操作，如圖3所示。

使用AGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)物料，可以高效精準(zhǔn)地完成物料點(diǎn)對點(diǎn)搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、柔性化、信息化作業(yè)，縮短物流時間，大大降低人工成本，達(dá)到局部無人化的智能生產(chǎn)水平。

3.6? ? 智能留樣庫的運(yùn)用

傳統(tǒng)的原輔料、中間體、成品的留樣由人工按照不同的品名、批號、規(guī)格存儲在留樣室，因固體綜合制劑車間年產(chǎn)量較大，產(chǎn)品批次、包裝規(guī)格多，存取樣品不僅耗費(fèi)大量工時，對存儲環(huán)境也有嚴(yán)格要求。

智能留樣庫的投入使用，直接取代了人工操作。它由搬運(yùn)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、機(jī)器人抓取系統(tǒng)、藥品出入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五部分組成。其中搬運(yùn)系統(tǒng)主要由機(jī)械手、傳感器組成，機(jī)械手根據(jù)系統(tǒng)命令將裝有藥品的箱子從機(jī)器人放置區(qū)搬運(yùn)到指定的存儲位置完成藥品入庫，同樣也可將指定存儲位置的藥品移載到機(jī)械手之后搬運(yùn)至機(jī)器人搬運(yùn)位置區(qū)，完成出庫;存儲系統(tǒng)由框架、多層支撐模塊組成，藥箱通過機(jī)械手移載到存儲箱位置上;機(jī)器人抓取系統(tǒng)由機(jī)器人模塊、托盤存放模塊組成，托盤通過機(jī)械手移載到托盤存放模塊上，機(jī)器人根據(jù)實(shí)際需求抓取藥品放置在指定區(qū)域;藥品出入系統(tǒng)由藥品放置模塊、藥品移載模塊組成，人工通過掃碼等方式將藥品信息錄入系統(tǒng)后，藥品放置在藥品放置模塊上，移載模塊將藥品移載至機(jī)器人抓取區(qū)域，待機(jī)器人根據(jù)實(shí)際需求，抓取藥品放置在指定區(qū)域。

智能留樣庫能自動控制和實(shí)時監(jiān)測庫內(nèi)的溫度、濕度，有效保證樣品的存儲環(huán)境。結(jié)合遠(yuǎn)程控制軟件可調(diào)取庫內(nèi)圖像和樣品數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。日常存取樣品只需輸入樣品名稱、批號，即可通過全自動機(jī)械手實(shí)現(xiàn)一鍵式樣品自動存取。

智能留樣庫采用信息化管控、智能化樣品追蹤，除了具有存儲功能外，還可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、留樣樣品有效期提醒等操作。智能留樣庫的投入使用，保證了藥品生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)及樣品真實(shí)可追溯。

3.7? ? WMS立體庫管理系統(tǒng)的運(yùn)用

WMS系統(tǒng)用于滿足立體倉庫對物料出入庫盤點(diǎn)的需要，包括入庫操作、出庫操作、庫內(nèi)操作三種功能。其中入庫操作功能包括入庫訂單管理、收貨、組盤、入庫信息查詢，出庫操作功能包括訂單定位及下發(fā)、整盤出庫、集貨、釋放AGV位置、出庫信息查詢，庫內(nèi)操作功能包括庫存查詢、盤點(diǎn)，可以通過手持終端（RF）完成以上各項(xiàng)操作。

固體綜合制劑車間原輔料、包材收貨后由WMS系統(tǒng)自動入庫，按照生產(chǎn)指令由WMS系統(tǒng)自動出庫，然后由AGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)至各生產(chǎn)線物流通道;成品由各生產(chǎn)線的物流軌道送至自動碼垛機(jī)處，篩選品名、批號，依次碼垛入庫。WMS立體庫管理系統(tǒng)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了全流程的自動化作業(yè)控制。

3.8? ? 視覺檢測系統(tǒng)的運(yùn)用

視覺檢測系統(tǒng)主要用于固體綜合制劑車間的鋁塑包裝聯(lián)動線，該設(shè)備包括圖像視覺檢測設(shè)備、剔廢裝置及其連接裝置等，可以檢測鋁塑板是否有空泡、膠囊粒是否變形等，自動剔除不合格品，也能檢測出卷膜噴碼字符是否漏打印批號，還能檢測中盒的批號是否有漏打、重影、打花字體變形、打斜等，剔除率100%。自動化檢測手段取代人工檢測，能有效保證藥品外觀質(zhì)量。

視覺檢測基本原理：相機(jī)在接收到拍照信號后拍取照片，通過圖像變化處理成更利于觀察的豎直圖像，然后通過灰度匹配來確定噴碼的位置，從而實(shí)現(xiàn)打印字符與深度學(xué)習(xí)模型的比對，深度學(xué)習(xí)通過特征點(diǎn)對字符進(jìn)行識別，然后與輸入的打印內(nèi)容進(jìn)行對比，所有字符都匹配則判定為正確，否則判定為不合格品。

視覺檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠保證藥品的外觀質(zhì)量，避免市場投訴，還能使鋁塑包裝生產(chǎn)過程更加順暢，提高生產(chǎn)效率。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的創(chuàng)新應(yīng)用，不僅提高了生產(chǎn)和管理效率，同時也降低了生產(chǎn)成本，使固體綜合制劑車間實(shí)現(xiàn)了人員減半、產(chǎn)能翻倍的目標(biāo)，如桂枝茯苓膠囊的產(chǎn)能由原來每班200萬粒提升至400萬粒。另外，藥品生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)能夠被及時規(guī)范記錄和存儲，最終實(shí)現(xiàn)了局部無人化控制，使得藥品生產(chǎn)企業(yè)的綜合實(shí)力得到了持續(xù)提升。

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收稿日期：2021-12-21

作者簡介：江維維（1985—），女，江蘇連云港人，工程師，研究方向：中藥制劑生產(chǎn)及質(zhì)量控制。