智能制造技術(shù)在中藥提取中的應(yīng)用

引言

中藥的生產(chǎn)得利于中藥提取,而中藥提取技術(shù)運(yùn)用體現(xiàn)在中藥提取設(shè)備的發(fā)展。在智能化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下,中藥提取設(shè)備進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級的階段,一些企業(yè)中藥提取設(shè)備也開始實(shí)現(xiàn)智能化。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化將成為中藥提取設(shè)備發(fā)展的必然方向。

智能化中藥提取旨在實(shí)現(xiàn)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(dòng)化智能控制操作。

1智能制造設(shè)計(jì)概述

中藥提取生產(chǎn)目前依然以傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為主,裝備簡單,生產(chǎn)過程中需要依靠操作人員對每臺設(shè)備進(jìn)行操作并憑經(jīng)驗(yàn)來判斷,生產(chǎn)工藝技術(shù)落后,生產(chǎn)自動(dòng)化與智能化水平、在線質(zhì)量檢測技術(shù)和智能監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用度較低,嚴(yán)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(chǎn)品質(zhì)量和療效。

要想實(shí)現(xiàn)中藥提取智能制造,先進(jìn)的中藥提取設(shè)備是關(guān)鍵。企業(yè)應(yīng)從工藝設(shè)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(jìn)行綜合考慮,集成自動(dòng)化、信息化與智能化等關(guān)鍵技術(shù)和裝備,結(jié)合系統(tǒng)工程技術(shù)與生產(chǎn)過程分析技術(shù),以達(dá)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(yīng)用

2.1中藥材輸送投料與分配系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)輸送、喂料、稱重、緩存、投料及清洗功能,滿足吊籃式提取生產(chǎn)線前端的全自動(dòng)投料需求,生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1中藥材輸送投料與分配系統(tǒng)流程

系統(tǒng)主要包括在線自動(dòng)稱重喂料系統(tǒng)、物料智能緩存系統(tǒng)、投料前緩存系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)投料系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)。通過系

統(tǒng)之間的協(xié)同配合,實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制,完成產(chǎn)品配方管理。采用電子標(biāo)簽信息跟蹤系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息的綁定、跟蹤、反饋,降低投料差錯(cuò)率。

(1)在線自動(dòng)精準(zhǔn)稱重喂料功能。稱重喂料系統(tǒng)由自動(dòng)喂料機(jī)通過前端設(shè)備自動(dòng)將物料輸送至緩存料斗,再經(jīng)過皮帶機(jī)自動(dòng)輸送并稱重。

(2)物料智能緩存系統(tǒng)功能。緩存部分料斗內(nèi)有多種物料配比,在緩存過程中要根據(jù)生產(chǎn)需求,將每次投料組合的料斗內(nèi)物料依次投入指定的投料口中。系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)對緩存位信息進(jìn)行自動(dòng)管理,能夠根據(jù)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(zhuǎn)投料設(shè)備將投料前緩存部分的物料投至相對應(yīng)的投料口。根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝,針對投料口的需求,完成翻轉(zhuǎn)投料。

(4)信息條碼跟蹤功能。采用信息條碼跟蹤系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品信息的綁定、跟蹤、分類、存儲(chǔ)及出入庫智能化管理。為實(shí)現(xiàn)對物料全程信息的跟蹤,在每個(gè)周轉(zhuǎn)容器上均配有唯一標(biāo)識條碼,條碼內(nèi)容為周轉(zhuǎn)容器號和物料信息,能記錄和讀取產(chǎn)品名稱、批號、生產(chǎn)日期、狀態(tài)、重量等信息,減少人為信息差錯(cuò),提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性,為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理全流程信息可追溯提供數(shù)據(jù)支持。

2.2搬運(yùn)機(jī)器人

首先,通過工業(yè)以太網(wǎng)與中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場操作員終端進(jìn)行通信,現(xiàn)場操作員終端自動(dòng)掃描PLCCPU的數(shù)據(jù)區(qū),并把數(shù)據(jù)通過圖形、文字實(shí)時(shí)顯示:其次,通過以太網(wǎng)和各子站通信,調(diào)度投料母車和EVS小車共同自動(dòng)運(yùn)行,將成組物料運(yùn)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(wù)。

2.3吊籃提取系統(tǒng)

整套吊籃提取系統(tǒng)包括接料、輸送、實(shí)籃碼垛、自動(dòng)向罐內(nèi)投籃、自動(dòng)從罐內(nèi)取籃、自動(dòng)拆垛、翻轉(zhuǎn)倒料、空籃全自動(dòng)清洗、漂洗、除水、在線緩存、循環(huán)供給,實(shí)現(xiàn)了整條提取線無人化工作,既節(jié)約了勞動(dòng)力成本,又避免了人為因素對生產(chǎn)過程的影響,如圖2所示。

圖2吊籃提取系統(tǒng)流程

2.4濃縮系統(tǒng)

濃縮系統(tǒng)具有藥品生產(chǎn)批次記錄管理功能,相關(guān)程序的編程及控制包括手動(dòng)、自動(dòng)過程:系統(tǒng)內(nèi)所有控制器均為標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu):具有完善的報(bào)警功能和不同等級的報(bào)警提示,能明顯區(qū)別過程變量報(bào)警和系統(tǒng)故障,并自動(dòng)儲(chǔ)存記錄和打印報(bào)警信息,區(qū)別第一事故報(bào)警,記錄報(bào)警時(shí)間,并做到保存報(bào)警記錄。該系統(tǒng)主要功能包括自動(dòng)進(jìn)料、系統(tǒng)預(yù)熱的控制、自動(dòng)出料。

2.5能源智能管理系統(tǒng)

能源智能管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對能源的分散數(shù)據(jù)采集、集中管理等功能,通過能源管理系統(tǒng)提供的多種統(tǒng)計(jì)方法和分析結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)以下功能:（1）能耗數(shù)據(jù)自動(dòng)采集:（2）對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與分析:（3）能效評估,提供能效分析報(bào)告、能耗報(bào)表:（4）以能耗數(shù)據(jù)為導(dǎo)向的輔助決策:（5）與MEs對接,提供實(shí)時(shí)的生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)。

2.6質(zhì)量管控系統(tǒng)

在傳統(tǒng)藥品質(zhì)量管控體系基礎(chǔ)上,引入了在線近紅外、在線微波、在線折光等過程控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了中藥生產(chǎn)關(guān)鍵工序的實(shí)時(shí)、連續(xù)、在線控制,極大地提升了中藥生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制能力。本文重點(diǎn)對中藥提取在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。

傳統(tǒng)上對連續(xù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的檢測一直采用離線抽樣檢測方式,即質(zhì)檢人員低頻、間歇性地從生產(chǎn)線上進(jìn)行少量取樣,再送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化檢測。這種檢測方式有三大方面的缺陷:

（1）生產(chǎn)過程中檢測的不及時(shí)以及質(zhì)量問題控制的不及時(shí)。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(shí)驗(yàn)室儀器處理、檢測、出結(jié)果時(shí)間通常相對較長,這就造成了檢測的不及時(shí),因?yàn)槭?事后檢測",所以也不能對出現(xiàn)的質(zhì)量問題及時(shí)進(jìn)行控制及處理。

（2）檢測不具有很強(qiáng)的代表性。因?yàn)槭浅闃訖z測,即在生產(chǎn)過程中隨機(jī)抽取少量產(chǎn)品進(jìn)行檢測,并不是連續(xù)不斷地進(jìn)行檢測,檢測很大程度上無法覆蓋大多數(shù)狀態(tài)下的生產(chǎn)情況,有時(shí)甚至?xí)ιa(chǎn)的"穩(wěn)定性"作出"誤判"。

（3）質(zhì)量問題控制的可能性"差錯(cuò)"。離線抽樣檢測出具的實(shí)驗(yàn)室理化結(jié)果在某種意義上只能體現(xiàn)抽樣時(shí)的質(zhì)量狀況,不能給質(zhì)量管理人員提供充分的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,特別是遇到突發(fā)性的生產(chǎn)設(shè)備波動(dòng)、生產(chǎn)環(huán)境變化等情況時(shí),很難有效地針對問題進(jìn)行排查及處理。

而在線檢測技術(shù)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測存在的這些缺陷,使得質(zhì)量檢測更加及時(shí)、全面、有效。對中藥提取在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行深入研究及應(yīng)用,能夠有效突破傳統(tǒng)檢測技術(shù)的瓶頸。所以,應(yīng)以中藥提取關(guān)鍵質(zhì)量檢測為主線,針對生產(chǎn)中的關(guān)鍵生產(chǎn)工序研究、應(yīng)用合理有效的質(zhì)量檢測技術(shù),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(shè)于被檢物料在生產(chǎn)過程末端經(jīng)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(nèi)外部的視窗以及外側(cè)在線近紅外光譜儀的探頭,又不會(huì)使得下部積累的物料沒過探頭造成誤判。同時(shí),內(nèi)部在視窗的表面加裝以固定頻率)2min/次,可調(diào)）擺動(dòng)的刮板,用于及時(shí)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。

圖3在線近紅外光譜儀安裝位置

噴霧干燥是將提取濃縮液轉(zhuǎn)化為浸膏粉的后段關(guān)鍵工序,而浸膏粉的質(zhì)量也直接關(guān)系到最終終端產(chǎn)品的質(zhì)量。衡量浸膏粉質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)為水分、含量及粒徑,根據(jù)浸膏粉的物料特性及生產(chǎn)過程,本項(xiàng)目采用在線近紅外技術(shù)進(jìn)行檢測。

傳統(tǒng)的紅外分光光度技術(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本高,使得其分析檢測僅適于在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。而法布里-珀羅干涉儀)Fabry-P6rotInterferometer）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(nèi)表面都具有高反射率)反射率90%以上）,兩板間距可以調(diào)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(fù)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(shí),其透射光會(huì)出現(xiàn)很高的強(qiáng)度峰值,如圖4所示。

由表1數(shù)據(jù)可知,通過各種檢測方式的成功應(yīng)用,突破了傳統(tǒng)檢測的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)了中藥提取生產(chǎn)過程中關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)、有效檢測,形成了先進(jìn)有效的中藥提取生產(chǎn)過程質(zhì)量控制體系。

3結(jié)語

總之,中藥提取智能化是中藥生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展的方向,通過對提取生產(chǎn)線自動(dòng)化控制及生產(chǎn)信息管理進(jìn)行集成(即生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)）,以信息支配設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行及人員的規(guī)范操作,最終能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的管理信息化、設(shè)備自動(dòng)化、人員操作規(guī)范化。對于現(xiàn)代化的中藥生產(chǎn),有必要實(shí)現(xiàn)中藥提取全流程的自動(dòng)化智能控制操作,生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量在線檢測、故障報(bào)警和診斷分析,在降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少安全風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上,提高生產(chǎn)管理水平及生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可控。

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