智能制造在中藥固體制劑生產中的應用

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,全面提升藥品質量,保障藥品的安全、有效、可及,實施智能制造勢在必行?，F階段智能制造引領著中藥固體制劑不斷發(fā)展,逐步實現了藥品生產的批一批一致、段一段一致、點一點一致,運用先進的自動化、信息化技術,實現管理高效、品質卓越、生產周期縮短的目標,提高產品市場競爭力?，F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中的應用情況,可以對智能制造在中藥固體制劑生產中的應用起到一定的推廣與示范作用。

關鍵詞: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",即切實加強食品藥品安全監(jiān)督,用最嚴謹的標準、最嚴格的監(jiān)管、最嚴厲的處罰、最嚴肅的問責,加快建立科學完善的食品藥品安全治理體系:藥品生產質量管理規(guī)范(GMP）認證被取消,藥品監(jiān)督管理部門可隨時對GMP等執(zhí)行情況進行檢查。隨著GMP的實施[1],生產企業(yè)越來越注重生產過程風險的預防控制,而傳統(tǒng)的人工控制措施已經不能滿足現代制藥需求,因此,應用先進的自動化、信息化技術成為生產過程風險預防控制的重要手段。

2意義

智能制造在中藥固體制劑生產中的應用具有非常重大的意義,一方面它能不斷提高生產效率,有效降低生產成本:另一方面它有效保證了藥品質量的穩(wěn)定、均一,確保了藥品生產全過程數據及樣品真實可追溯。

3智能制造在中藥固體制劑生產中的應用

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,人工排產已經不能適應整體均衡排產的需求,采購物料不能及時到位、檢驗結果不能實時掌握、設備和生產狀態(tài)不能及時掌握,出現了插單、生產異常(人、機、料）等情況,生產計劃調整無法全面考慮關聯環(huán)節(jié),主生產計劃出現高頻調整,而純手工調整效率低下,設備產能不能有效發(fā)揮最大效用。

如圖1所示,通過APS系統(tǒng)建設,連接ERP、考勤、MES等系統(tǒng),推進柔性制造,可以加強對市場的快速響應,提升排產效率和生產效率,提高設備利用率,實現生產柔性化、管理透明化、系統(tǒng)平臺化,以適應不斷變化的客戶需求。同時,建設生產過程成本管理系統(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/產出管理,實施精細化的成本核算,有效降低了生產過程的成本。

通過測算,車間單元生產排程效率提高200%。由于排產計劃時間縮短,應變能力增強,庫存周轉率提升30%,這也降低了物料的庫存成本。另外,APS系統(tǒng)建設還實現了銷售與APS系統(tǒng)互聯互通,APS系統(tǒng)與生產系統(tǒng)互聯互通,APS系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)互聯互通,智能工廠互聯互通率可達到70%。

3.2SCADA生產數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)的運用

傳統(tǒng)的數據收集常采用人工記錄的方式,不僅耗時耗力,且數據易丟失,更加無法實時監(jiān)控現場的操作流程。

因此,建立SCADA系統(tǒng),通過應用符合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、分步驟地實現生產數據的全自動采集和監(jiān)控,通過計算機系統(tǒng)進行高效、準確、不間斷的數據匯總,逐步避免傳統(tǒng)手工記錄方式容易產生的生產數據滯后、缺失及出錯等問題:實時監(jiān)控藥品生產數據,隨時調取企業(yè)生產各環(huán)節(jié)實時生產工藝流程監(jiān)控畫面,確保按照GMP規(guī)范要求,對所有關鍵環(huán)節(jié)的數據監(jiān)控全方位覆蓋:基于SCADA系統(tǒng),各車間通過高速網絡通道互聯,對產品生產流程數據進行監(jiān)控,形成生產數據池,累積生產相關數據,為其他信息化系統(tǒng)提供基礎數據:在數據采集及統(tǒng)計基礎上,對關鍵監(jiān)控點進行趨勢報警分析,保證生產過程趨勢的實時監(jiān)控,產品質量穩(wěn)定。SCADA系統(tǒng)主界面及生產線采用動畫展示并提供先進的生產工藝流程展示,如圖2所示,界面友好,易監(jiān)控。

SCADA系統(tǒng)共設置三層,分別為設備層、采集層和應用層。

(1）設備層:為車間各單機設備、公用工程設備、能源儀表,其中單機設備控制系統(tǒng)需進行改造或增加通信模塊,通過以太網接入SCADA集成網關,網關支持多種協(xié)議通信,可連接不同廠家、品牌單機設備,同時支持接口開發(fā),實現單機設備的集成: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,數據采集到SCADA系統(tǒng)服務器。

(2）采集層:各網關通過系統(tǒng)網絡連接到SCADA服務器,SCADA系統(tǒng)配置冗余服務器和web服務器,兩臺服務器同時運行、存儲數據,若其中一臺服務器出現故障,則客戶端自動切換連接至另外一臺服務器,系統(tǒng)組態(tài)、數據處理、腳本編輯等工作在工程師站完成后下載到服務器。

(3）應用層:數據通過終端網絡發(fā)布到各系統(tǒng)終端,如SCADA客戶端、大屏幕、MES服務器、遠程終端等。

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,生產效率較低。

圖2SCADA系統(tǒng)架構圖

引進全自動原輔料稱配系統(tǒng),不僅能提高生產效率,還能降低生產成本。整套系統(tǒng)的設計路線是原輔料由輸送帶傳至自動拆包機進入收料倉,然后由AGV小車轉運至卸料站,通過真空上料的方式傳入下一道工序的濕法混合機。其中拆包機設備主要由傳送裝置(提升臺、轉臺、過渡臺）、破包裝置(進料導軌、破包機構、抓袋機構、出料機構、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,可實現精細化、柔性化、信息化作業(yè),縮短人工稱量及轉運物料時間,大大降低生產成本。

3.4近紅外分析技術的運用

固體制劑中間體顆粒的主要控制指標是水分,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。

近紅外分析技術作為一種通過采集樣本建立數學模型對檢測目標進行預測的監(jiān)測方法,其預測結果可以準確地實時監(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、化學計量學軟件、主控系統(tǒng)軟件。

近紅外水分監(jiān)測分析技術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量的穩(wěn)定、均一。

3.5自動引導輸送車(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線的,不僅工人體力勞動繁重,且轉運速度較慢,制約生產。

自動引導輸送車(AGV）是現階段智能物流中心配送物料的關鍵設備,其可以取代人工配送物料。它的原理是應用倉儲管理系統(tǒng)(WCS）和智能物流裝備,集成視覺/激光導航、室內定位和機器學習等技術,實現動態(tài)調度、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小車轉運物料,可以高效精準地完成物料點對點搬運,實現精細化、柔性化、信息化作業(yè),縮短物流時間,大大降低人工成本,達到局部無人化的智能生產水平。

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量較大,產品批次、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)測庫內的溫度、濕度,有效保證樣品的存儲環(huán)境。結合遠程控制軟件可調取庫內圖像和樣品數據,實現遠程監(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,保證了藥品生產全過程數據及樣品真實可追溯。

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,按照生產指令由WMS系統(tǒng)自動出庫,然后由AGV小車轉運至各生產線物流通道:成品由各生產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動線,該設備包括圖像視覺檢測設備、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,從而實現打印字符與深度學習模型的比對,深度學習通過特征點對字符進行識別,然后與輸入的打印內容進行對比,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)的應用,不僅能夠保證藥品的外觀質量,避免市場投訴,還能使鋁塑包裝生產過程更加順暢,提高生產效率。

4結語

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