智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

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

(江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司,江蘇連云港222047）

摘要:為解決制約中成藥做大做強的科技難題,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,逐步實現(xiàn)了藥品生產(chǎn)的批一批一致、段一段一致、點一點一致,運用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù),實現(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)

1背景

《中華人民共和國藥品管理法》(2020版）全面落實了中央決策部署和"四個最嚴(yán)",即切實加強食品藥品安全監(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)及樣品真實可追溯。

3智能制造在中藥固體制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1APS高級計劃與排程系統(tǒng)的運用

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x200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、檢驗結(jié)果不能實時掌握、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、料）等情況,生產(chǎn)計劃調(diào)整無法全面考慮關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié),主生產(chǎn)計劃出現(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,強化物料投入/產(chǎn)出管理,實施精細(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)計劃時間縮短,應(yīng)變能力增強,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%。

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

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)范的計算機管理系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng),有計劃、分步驟地實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全自動采集和監(jiān)控,通過計算機系統(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)計基礎(chǔ)上,對關(guān)鍵監(jiān)控點進(jìn)行趨勢報警分析,保證生產(chǎn)過程趨勢的實時監(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:為車間各單機設(shè)備、公用工程設(shè)備、能源儀表,其中單機設(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、品牌單機設(shè)備,同時支持接口開發(fā),實現(xiàn)單機設(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、用電等計量儀表,這些儀表通過P1C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。

圖2SCADA系統(tǒng)架構(gòu)圖

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)計路線是原輔料由輸送帶傳至自動拆包機進(jìn)入收料倉,然后由AGV小車轉(zhuǎn)運至卸料站,通過真空上料的方式傳入下一道工序的濕法混合機。其中拆包機設(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、破包機構(gòu)、抓袋機構(gòu)、出料機構(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,顆粒在沸騰干燥機干燥過程中每隔30min抽取一次樣品,用快速水分測定儀做水分測定,不僅耗費人力,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)確地實時監(jiān)測制粒過程中的顆粒水分。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,系統(tǒng)硬件部分包括沸騰制粒干燥機、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）的運用

傳統(tǒng)的原輔料、包材配送是由人工用叉車搬運至生產(chǎn)線的,不僅工人體力勞動繁重,且轉(zhuǎn)運速度較慢,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)定位和機器學(xué)習(xí)等技術(shù),實現(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）完成各項操作,如圖3所示。

圖3AGV小車主體部件

使用AGV小車轉(zhuǎn)運物料,可以高效精準(zhǔn)地完成物料點對點搬運,實現(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。它由搬運系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、機器人抓取系統(tǒng)、藥品出入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五部分組成。其中搬運系統(tǒng)主要由機械手、傳感器組成,機械手根據(jù)系統(tǒng)命令將裝有藥品的箱子從機器人放置區(qū)搬運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械手之后搬運至機器人搬運位置區(qū),完成出庫:存儲系統(tǒng)由框架、多層支撐模塊組成,藥箱通過機械手移載到存儲箱位置上:機器人抓取系統(tǒng)由機器人模塊、托盤存放模塊組成,托盤通過機械手移載到托盤存放模塊上,機器人根據(jù)實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器人抓取區(qū)域,待機器人根據(jù)實際需求,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,即可通過全自動機械手實現(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、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)及樣品真實可追溯。

3.7WMS立體庫管理系統(tǒng)的運用

WMS系統(tǒng)用于滿足立體倉庫對物料出入庫盤點的需要,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,可以通過手持終端(RF）完成以上各項操作。

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處,篩選品名、批號,依次碼垛入庫。WMS立體庫管理系統(tǒng)的運用,實現(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,最終實現(xiàn)了局部無人化控制,使得藥品生產(chǎn)企業(yè)的綜合實力得到了持續(xù)提升。