【正文】 造中的自動(dòng)控制可以很好的解決這一應(yīng)用難題。 在中間產(chǎn)品殺菌方面，擬采用超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)，該技術(shù)在食品工業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用，可以應(yīng)用于本項(xiàng)目中中間產(chǎn)品管道傳送殺菌?？赏ㄟ^(guò)該機(jī)對(duì)液體中的雜質(zhì)分離，達(dá)到澄清的效果，可用于分離各種難于分離的懸浮液。該機(jī)不流失藥物中的有效成份 ,縮短了沉降時(shí)間、提高產(chǎn)品澄明度、增加產(chǎn)量。如何在確保有效成分不流失的情況下進(jìn)行回液分離是該工藝的難點(diǎn)，采用傳統(tǒng)設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)，擬采用中藥澄清型管式離心機(jī)解 決這一難題，中藥澄清型管式離心機(jī)是管式分離機(jī)系列中的一種。 在固液分離設(shè)備方面，由于中藥口服液原料藥材品種多，來(lái)源復(fù)雜，故提取液是多種成分的混合物，既含有所需的有效成分，也含有一些高分子物質(zhì)，如鞣質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、樹膠、粘液汁、多糖、色素等，它們均可影響口服液的澄明度。 3)引入先進(jìn)單元技術(shù)裝備并進(jìn)行自動(dòng)化集成改造 10 由于現(xiàn)有金刺參合劑成份復(fù)雜、大中小分子混合物多，生產(chǎn)過(guò)程中的存在固液分離難的現(xiàn)實(shí)難點(diǎn)，同時(shí)由于其含有大量熱敏物質(zhì)和易氧化物質(zhì)，對(duì)殺菌時(shí)間和溫度控制有較高要求， 傳統(tǒng)殺菌設(shè)備不能很好的解決這一問(wèn)題。 1)工藝流程 現(xiàn)有合劑工藝流程圖如圖 6 所示，其工藝技術(shù)路線如下：將鮮刺梨原藥壓榨，對(duì)壓榨原汁靜置、加入澄清劑澄清、配以苦參浸膏進(jìn)行熱釜、精濾、按規(guī)格罐裝后完成； ? 壓榨、濃縮、澄清、配液為前提取工序； ? 從儲(chǔ)罐、罐裝、包裝為后道工序。 后道工序所需的設(shè)備，是中西藥品（膠囊）生產(chǎn)、包裝過(guò)程中普遍使 9 用的常用機(jī)械，具體廣泛的推廣意義。 ? 裝盒機(jī) 該機(jī)代表了裝盒機(jī)的最新發(fā)展趨勢(shì)，所有的運(yùn)動(dòng)部分均為獨(dú)立的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由中央微處理器進(jìn)行控制，這樣一方面極大的增加了設(shè)備的靈活性，另外很多高級(jí)控制得以實(shí)現(xiàn)。另外采用獨(dú)立的最終沖壓桿使得可以非常容易地獨(dú)立調(diào)節(jié)填充量和密實(shí)度。 ? 沸騰干燥制粒機(jī) 本設(shè)備混合、造粒、干燥集中在同一密閉容器內(nèi)完成，運(yùn)作快速、高效，并能避免粉塵飛揚(yáng)、泄漏和污染。 ? 雙效蒸發(fā)濃縮器 本設(shè)備采用二效同時(shí)蒸發(fā)，二次蒸汽得到充分利用，節(jié)約投資和能耗；采用外加熱自然循環(huán)與真空負(fù)壓蒸發(fā)方式，蒸發(fā)速度快 ，濃縮比重大，且清洗方便。 ? 動(dòng)態(tài)多功能提取罐 本設(shè)備適用于中藥、食品、化工行業(yè)的常壓微壓水煎、溫浸、熱回流、 8 強(qiáng)制循環(huán)滲透、芳香油提取及溶媒回收等多種工藝操作，具有中藥材有效成分提取效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 本項(xiàng)目中主要用于生粉粉碎。 膠囊生產(chǎn)線還需要改造的設(shè)備包括： ? 超微粉碎機(jī) 該設(shè)備工藝先進(jìn)，性能穩(wěn)定，并與氣流篩相配套組成完整的成套藥物制粉設(shè)備。對(duì)以上單元進(jìn)行整合，使之相互聯(lián)系，互通信息，并形成信息流反饋到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，從而作出不同的操作指令，而且對(duì)反饋信息進(jìn)行分析后可以為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、改進(jìn)提供支持。 7 ? 中藥前提取工序的 工藝與設(shè)備的優(yōu)化改造 通過(guò)對(duì)提取罐，貯罐，濃縮器的改造，實(shí)現(xiàn)中藥前處理如提取、濃縮、干燥、粉碎等工序進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)，以期最大程度提高和穩(wěn)定質(zhì)量，節(jié)約人力、物力，降低能耗。該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)中藥飲片可節(jié)省藥材用量 30％至 70％。由于超微粉碎在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，可避免對(duì)環(huán)境及產(chǎn)品的污染，同時(shí)可防止一些藥材易揮發(fā)成分在加工過(guò)程中的損失。中藥超微粉碎（又稱中藥微粉化）是隨著現(xiàn)代粉體工程微粉化技術(shù) —— 超微粉體技術(shù)的發(fā)展而新興的一門中藥加工技術(shù)。 圖 5 仙靈骨葆膠囊工藝流程圖 2)膠囊生產(chǎn)線工藝與設(shè)備的優(yōu)化改造 ? 膠囊生產(chǎn)線的超微粉碎技術(shù)的改造 對(duì)于原生藥粉直接入藥的藥品來(lái)說(shuō)，藥材粉碎后的細(xì)度直接影響著成品的質(zhì)量和藥效，而傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)不能很好的解決藥材的破壁問(wèn)題和粉碎細(xì)度，超微粉碎技術(shù)能很好的解決這個(gè)技術(shù)難題。 仙靈骨葆膠囊工藝流程 如圖 5 所示，其工藝技術(shù)路線如下：將原生藥材經(jīng)干燥、切片，一部分進(jìn)行粉碎、篩分后與另一部分經(jīng)提取濃縮得到的流浸膏進(jìn)行混合制粒、干燥，然后再進(jìn)行粉碎并制成粒粉、膠囊填充、拋光后進(jìn)行包裝。在保障質(zhì)量、產(chǎn)量及生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，全力促進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)集成的國(guó)產(chǎn)化，以期達(dá)到引領(lǐng)本土機(jī)械制 造企業(yè)和軟件開發(fā)企業(yè)，共同打造中藥自動(dòng)化生產(chǎn)線的初衷。本項(xiàng)目針對(duì)仙靈骨葆膠囊生產(chǎn)線，研制與改造中藥生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)藥材前處理和制劑的自動(dòng)化生產(chǎn)，使中藥生產(chǎn)裝備現(xiàn)代化，操作智能化，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化；同時(shí)對(duì)中藥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行合理化循環(huán)使用或進(jìn)行環(huán)保處理后分類處置。由于控制層采用頻率較高的常規(guī) PID 控制，可以抑制系統(tǒng)的二次干擾，而預(yù)測(cè)函數(shù)控制具有較強(qiáng)的魯棒性、抗干擾能力和快速跟蹤能力等，可以保證中藥提取過(guò)程溫度跟蹤控制的快速性和平穩(wěn)性，從而提高并保證中藥提取過(guò)程的重現(xiàn)性。這意味 著優(yōu)化過(guò)程不是一次離線進(jìn)行，而是在線反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、滾動(dòng)實(shí)施，從而使模型失配、時(shí)變、干擾等引起的不確定性能及時(shí)得到彌補(bǔ)，提高系統(tǒng)的控制效果； ③ 采用誤差反饋校正：由于實(shí)際系統(tǒng)中存在非線性、不確定性等因素的影響，在預(yù)測(cè)控制算法中，基于不變模型的預(yù)測(cè)輸出不可能與系統(tǒng)的實(shí)際輸出完全一致，而在滾動(dòng)優(yōu)化過(guò)程中，又要求模型輸出與實(shí)際系統(tǒng)輸出保持一致，為此預(yù)測(cè)函數(shù)控制采用過(guò)程實(shí)際輸出與模型輸出之間的誤差進(jìn)行反饋校正來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷，這樣的滾動(dòng)優(yōu)化可有效地克服系統(tǒng)中的不確定性，提高系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。預(yù)測(cè)函數(shù)控制的基本原理如圖 3 所示： 參考 軌跡 預(yù)測(cè)函數(shù)控制 過(guò) 程 基函數(shù)集 + + + 設(shè)定值 yp d yp Tr 圖 3 預(yù)測(cè)函數(shù)控制 基本原理圖 預(yù)測(cè)模型 4 預(yù)測(cè)函數(shù)控制具有下列三個(gè)基本特征： ① 建立預(yù)測(cè)模型方便：用于描述過(guò)程動(dòng)態(tài)行為的預(yù)測(cè)模型可以通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)得到，無(wú)需系統(tǒng)辨識(shí)這類建模過(guò)程的復(fù)雜運(yùn)算。中藥提取過(guò)程先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施成功與否，在很大程度上取決于此系統(tǒng)所采用的技術(shù)路線和實(shí)施方案，因此在本項(xiàng)目所采用的技術(shù)路線和實(shí)施方案滿足實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性的原則。由于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程存在的非線性、時(shí)變性以及眾多干擾造成了系統(tǒng)控制精度低，平穩(wěn)性、重復(fù)性差等控制難點(diǎn)，迫切需要采取流程工業(yè)信息化技術(shù)加以改造與克服。 另一方面，由于中藥生產(chǎn)的工藝流程較長(zhǎng) 而且差異大，各工序之間的銜接處理較為困難，單元裝備之間又往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)接，加之缺少在線檢測(cè)技術(shù)，致使有些中間產(chǎn)品不得不停下來(lái)等待檢測(cè)合格后方能流入下一工序，造成中成藥生產(chǎn)不易形成連續(xù)化。年年 中藥自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)化建設(shè) 可行性研究報(bào)告 2021年 8 月目 錄 一、項(xiàng)目概況 …………………………………………………… 2 二、企業(yè)基本情況 ……………………………………………… 12 三、產(chǎn)品需求分析和改造的必要性 …………………………… 13 四、項(xiàng)目建設(shè)的主要內(nèi)容和目標(biāo) ……………………………… 15 五、項(xiàng)目總投資及資金來(lái)源和資金構(gòu)成 ……………………… 16 六、 人員培訓(xùn)及技術(shù)來(lái)源 ……………………………………… 17 七、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃 ………………………………………… 17 八、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析 …………………………… .18 2 一、項(xiàng)目概況 目前，我國(guó)中藥生產(chǎn)從中藥前處理到制劑的全過(guò)程，已引進(jìn)許多先進(jìn)的單元技術(shù)，如超微粉碎、動(dòng)態(tài)逆流萃取、 CO2 超臨界萃取、工業(yè)膜分離、大孔樹脂吸附分離、真空濃縮、薄膜濃縮等。但是，要能適應(yīng)中藥生產(chǎn)過(guò)程中工藝多樣性的要求，仍需將這些單元技術(shù)集成起來(lái)使用才能真正顯示技術(shù)優(yōu)勢(shì) 。中藥自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)，已經(jīng)成為現(xiàn)代中藥生產(chǎn)亟需解決的重要問(wèn)題 本課題主要研究中藥關(guān)鍵生產(chǎn)工藝（提取、濃縮）裝置的先進(jìn)自動(dòng)控制，對(duì)典型中藥制劑（膠囊、合劑）生產(chǎn)線的工藝與裝備進(jìn)行自動(dòng)化改造、開展中藥制藥企業(yè)藥渣環(huán)保自動(dòng)化處理及綜合利用研究，最終建成（膠囊、合劑）制劑的全自動(dòng)化現(xiàn)代中藥示范生產(chǎn)線 ， 主要體現(xiàn)在以下幾方面： (1）中藥關(guān)鍵生產(chǎn)工藝（提取、濃縮）裝置的先進(jìn)自動(dòng)控制 中藥提取和濃縮過(guò)程是整個(gè)中藥生產(chǎn)過(guò)程的核心，該裝置的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 升溫段 保溫段 圖 2 中藥提取過(guò)程的溫度控制曲線 3 中藥提取過(guò)程溫度控制要求如圖 2 所示，第一步是升溫階段，然后進(jìn)入保溫階段，由于受各種擾動(dòng)的影響，用常規(guī)的 PID 控制很難達(dá)到提取罐內(nèi)溫度快速跟蹤溫度控制曲線，濃縮工藝對(duì)時(shí)間、溫度以及 終點(diǎn)判斷的控制也存在相同的問(wèn)題，導(dǎo)致不同批次之間的溫度曲線的重現(xiàn)性較差，從而影響了中藥提取過(guò)程的收率，使同批原料之間的提取過(guò)程的重現(xiàn)性差。 中藥提取過(guò)程先進(jìn)控制系統(tǒng)將采用預(yù)測(cè)函數(shù)控制技術(shù)作為開發(fā)工具 基于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程測(cè)試得到的過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)函數(shù)控制采用在線滾動(dòng)優(yōu)化，且在優(yōu)化過(guò)程中不斷通過(guò)系統(tǒng)實(shí)際輸出與模型預(yù)測(cè)輸出之差來(lái)進(jìn)行反饋校正，它能在一定 的程度上克服由于預(yù)測(cè)模型誤差和不確定性干擾等的影響，從而增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性。此外，由于采用了非最小化形式描述的離散卷積和模型，信息冗余量大，有利于提高系統(tǒng)的魯棒性； ② 采用滾動(dòng)優(yōu)化策略：預(yù)測(cè)函數(shù)控制與通常的離散最優(yōu)控制算法不同，不是采用一個(gè)不變的全局優(yōu)化目標(biāo)，而是采用滾動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略。 中藥關(guān)鍵工藝先 進(jìn)控制系統(tǒng)框圖如圖 4 所示： DCS 系統(tǒng) 中藥提取、濃縮過(guò)程 測(cè)量機(jī)構(gòu) PID 控制器 預(yù)測(cè)函數(shù)控制 系統(tǒng)目標(biāo)及約束條件 圖 4 中藥提取、濃縮過(guò)程先進(jìn)控制系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) PID 設(shè)定值 5 為了使中藥提取、濃縮過(guò)程溫度快速控制工藝設(shè)定曲線，提出了中藥提取、濃縮過(guò)程的溫度先進(jìn)控制方案，即應(yīng)用預(yù)測(cè)函數(shù)控制為監(jiān)督層，常規(guī) PID 控制為控制層的透明控制結(jié)構(gòu)的先進(jìn)控制系統(tǒng)。 (2）膠囊生產(chǎn)線的工藝改造與裝備自動(dòng)化 膠囊生產(chǎn)線是中藥生產(chǎn)過(guò)程的典型生產(chǎn)線，通過(guò) 對(duì)膠囊生產(chǎn)線的工藝與裝備的改造，實(shí)現(xiàn)膠囊生產(chǎn)線的裝備自動(dòng)化，在中藥生產(chǎn)企業(yè)中具有廣泛的推廣意義。 本項(xiàng)目將最大限度立足于通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備的改造，改善生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 1)工藝流程簡(jiǎn)介 本課題生產(chǎn)線按 GMP 規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括：仙靈骨葆膠囊工藝和金刺參九合劑工藝。一般而言，從原材料進(jìn)入生產(chǎn)車間至被制成為制粒粉統(tǒng)稱為前提取工序，從制粒 6 粉充填直至成品包裝則為后道工序。 超微粉碎是近年來(lái)世界材料加工工業(yè)的一項(xiàng)新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、制藥、礦產(chǎn)、生物工程等領(lǐng)域。超微粉體技術(shù)作為一門跨學(xué)科、跨行業(yè)的高新技術(shù)，在中藥制藥工業(yè)中的應(yīng)用雖然 尚處于起步階段，但已成為近幾年來(lái)中藥界的研究熱點(diǎn)。 該技術(shù)可破碎中藥材的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，可以粉碎的細(xì)度達(dá)到微粉級(jí)，使中藥材粉碎成比面粉還小幾百倍的微米顆粒，且質(zhì)量可靠。 具體工藝為：部分藥材粉碎（超微粉碎），過(guò) 300 目以上篩，制成微粉；其余各藥破碎，加水提取，濾過(guò)或離心，合并提取液，干燥，粉碎成細(xì)粉，再加入藥材微粉，混勻，干燥，制成制劑。對(duì)提取單元的加溶劑量、提取次數(shù)、提取時(shí)間、提取溫度、投料量、定性指標(biāo)、定量指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)濃縮單元的溫度、時(shí)間、比重、濃度、粘度、收率、定性指標(biāo)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)干燥單元的溫度、時(shí)間、水分、定性指標(biāo)、定量指標(biāo)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)粉碎單元粉碎度、粒度、收率、水分、定性指標(biāo)、定量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；根據(jù)不同生產(chǎn)品種，設(shè)定不同的在線質(zhì)量控制方法 ，建立從原材料提取到終端產(chǎn)品的全過(guò)程自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，實(shí)施“生產(chǎn)和質(zhì)量”管理系統(tǒng)。廣泛適用于中西制藥廠、醫(yī)院、醫(yī)藥保健品廠、生物化工廠、藥材加工廠、超細(xì)度中西藥開發(fā)單位等。 機(jī) 型特點(diǎn)： ? 機(jī)內(nèi)無(wú)篩網(wǎng)、不留余渣、成品率 100%； ? 物料干、濕度不限，無(wú)需配套任何烘干設(shè)備； ? 有普通型、水冷型、不銹鋼型； ? 進(jìn)料粒度不限，不管任何形狀的中藥材，可直接進(jìn)機(jī)粉碎。但需要進(jìn)行自動(dòng)化改造。但需要進(jìn)行數(shù)字化改造。 ? 全自動(dòng)膠囊填充機(jī) 該設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)模板式膠囊機(jī)作出了革命性的改進(jìn) ,采用了獨(dú)有的下插板方式 ,下插板和上模板一起運(yùn)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)模板式膠囊機(jī)上模板和下模盤之間的滑動(dòng)產(chǎn)生粉垢和金屬微屑，而且在物料粘性較大時(shí)生產(chǎn)能力大大下降，成品膠囊外表骯臟。 ? 數(shù)粒裝瓶機(jī) 該機(jī)是此系列設(shè)備的品牌， 2021 年伊 馬公司并購(gòu) NAVO 公司（包括SWIFTACK、 KING、 KALISH 等），并根據(jù)伊馬公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。此外設(shè)備的機(jī)械部分大大減少，日常維護(hù)量也大大降低。 (3）合劑生產(chǎn)線的工藝改造與裝備自動(dòng)化 針對(duì)金刺參合劑生產(chǎn)線 ，研制與改造合劑生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備集成，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備的改造，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)前提取和制劑的自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)引入先進(jìn)固液分離設(shè)備和殺菌設(shè)備等先進(jìn)單元技術(shù)裝備并進(jìn)行自動(dòng)化集成改造，改善生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 圖 6 合劑工藝流程圖 2)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化改造 本合劑生產(chǎn)線是以金刺參合劑生產(chǎn)線為研究實(shí)踐對(duì)象，首先對(duì)合劑工藝進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，擬利用集散型控制系統(tǒng)（ DCS：Distributed Control