智能制造技术在中药提取中的应用

引言

中药的生产得利于中药提取,而中药提取技术运用体现在中药提取设备的发展。在智能化技术的驱动下,中药提取设备进入转型升级的阶段,一些企业中药提取设备也开始实现智能化。随着科技的进步和发展,智能化、数字化、自动化、信息化将成为中药提取设备发展的必然方向。

智能化中药提取旨在实现从药材的配料、投料、提取、浓缩、收膏到干燥收粉的全流程自动化智能控制操作。

1智能制造设计概述

中药提取生产目前依然以传统生产工艺为主,装备简单,生产过程中需要依靠操作人员对每台设备进行操作并凭经验来判断,生产工艺技术落后,生产自动化与智能化水平、在线质量检测技术和智能监控技术运用度较低,严重制约了中药提取智能制造的健康发展,也不利于稳定中药产品质量和疗效。

要想实现中药提取智能制造,先进的中药提取设备是关键。企业应从工艺设备选型、配套、使用、智能仪器及阀门选取与安装、最佳工艺线路、节能降耗等方面进行综合考虑,集成自动化、信息化与智能化等关键技术和装备,结合系统工程技术与生产过程分析技术,以达到高效、节能、绿色环保的目的。

2智能制造在中药提取中的应用

2.1中药材输送投料与分配系统

该系统主要实现物料的自动输送、喂料、称重、缓存、投料及清洗功能,满足吊篮式提取生产线前端的全自动投料需求,生产流程如图1所示。

图1中药材输送投料与分配系统流程

系统主要包括在线自动称重喂料系统、物料智能缓存系统、投料前缓存系统、翻转投料系统、清洗系统。通过系统之间的协同配合,实现各生产环节精准控制,完成产品配方管理。采用电子标签信息跟踪系统,实现基础信息的绑定、跟踪、反馈,降低投料差错率。

(1)在线自动精准称重喂料功能。称重喂料系统由自动喂料机通过前端设备自动将物料输送至缓存料斗,再经过皮带机自动输送并称重。

(2)物料智能缓存系统功能。缓存部分料斗内有多种物料配比,在缓存过程中要根据生产需求,将每次投料组合的料斗内物料依次投入指定的投料口中。系统通过计算机信息管理系统对缓存位信息进行自动管理,能够根据需求提示或显示料桶存放的位置。

(3)物料智能投料功能。翻转投料设备将投料前缓存部分的物料投至相对应的投料口。根据生产线生产工艺,针对投料口的需求,完成翻转投料。

(4)信息条码跟踪功能。采用信息条码跟踪系统,实现对产品信息的绑定、跟踪、分类、存储及出入库智能化管理。为实现对物料全程信息的跟踪,在每个周转容器上均配有唯一标识条码,条码内容为周转容器号和物料信息,能记录和读取产品名称、批号、生产日期、状态、重量等信息,减少人为信息差错,提高产品质量稳定性,为实现生产管理全流程信息可追溯提供数据支持。

2.2搬运机器人

首先,通过工业以太网与中控室监控计算机和现场操作员终端进行通信,现场操作员终端自动扫描PLCCPU的数据区,并把数据通过图形、文字实时显示:其次,通过以太网和各子站通信,调度投料母车和EVS小车共同自动运行,将成组物料运送到指定药罐:最后,完成药篮输送、投料、拆分、倒渣及清洗任务。

2.3吊篮提取系统

整套吊篮提取系统包括接料、输送、实篮码垛、自动向罐内投篮、自动从罐内取篮、自动拆垛、翻转倒料、空篮全自动清洗、漂洗、除水、在线缓存、循环供给,实现了整条提取线无人化工作,既节约了劳动力成本,又避免了人为因素对生产过程的影响,如图2所示。

图2吊篮提取系统流程

2.4浓缩系统

浓缩系统具有药品生产批次记录管理功能,相关程序的编程及控制包括手动、自动过程:系统内所有控制器均为标准化、模块化结构:具有完善的报警功能和不同等级的报警提示,能明显区别过程变量报警和系统故障,并自动储存记录和打印报警信息,区别第一事故报警,记录报警时间,并做到保存报警记录。该系统主要功能包括自动进料、系统预热的控制、自动出料。

2.5能源智能管理系统

能源智能管理系统可实现对能源的分散数据采集、集中管理等功能,通过能源管理系统提供的多种统计方法和分析结果可以实现以下功能:（1）能耗数据自动采集:（2）对采集的数据进行汇总与分析:（3）能效评估,提供能效分析报告、能耗报表:（4）以能耗数据为导向的辅助决策:（5）与MEs对接,提供实时的生产能耗数据。

2.6质量管控系统

在传统药品质量管控体系基础上,引入了在线近红外、在线微波、在线折光等过程控制技术,实现了中药生产关键工序的实时、连续、在线控制,极大地提升了中药生产过程的质量控制能力。本文重点对中药提取在线检测系统进行了介绍。

传统上对连续生产过程中产品质量的检测一直采用离线抽样检测方式,即质检人员低频、间歇性地从生产线上进行少量取样,再送至实验室进行理化检测。这种检测方式有三大方面的缺陷:

（1）生产过程中检测的不及时以及质量问题控制的不及时。离线抽样检测即可视为离线检测,即离线抽样与检测不能做到同步,加上本身实验室仪器处理、检测、出结果时间通常相对较长,这就造成了检测的不及时,因为是"事后检测",所以也不能对出现的质量问题及时进行控制及处理。

（2）检测不具有很强的代表性。因为是抽样检测,即在生产过程中随机抽取少量产品进行检测,并不是连续不断地进行检测,检测很大程度上无法覆盖大多数状态下的生产情况,有时甚至会对生产的"稳定性"作出"误判"。

（3）质量问题控制的可能性"差错"。离线抽样检测出具的实验室理化结果在某种意义上只能体现抽样时的质量状况,不能给质量管理人员提供充分的数据进行分析,特别是遇到突发性的生产设备波动、生产环境变化等情况时,很难有效地针对问题进行排查及处理。

而在线检测技术能弥补传统检测存在的这些缺陷,使得质量检测更加及时、全面、有效。对中药提取在线检测系统进行深入研究及应用,能够有效突破传统检测技术的瓶颈。所以,应以中药提取关键质量检测为主线,针对生产中的关键生产工序研究、应用合理有效的质量检测技术,例如在线近红外)水分、含量及粒径）检测仪。

如图3所示,将在线检测装置)在线近红外光谱仪）设于被检物料在生产过程末端经过的暂存仓,具体位置为斜壁靠中上端,目的在于使被检物料既能较为完整地覆盖住隔绝内外部的视窗以及外侧在线近红外光谱仪的探头,又不会使得下部积累的物料没过探头造成误判。同时,内部在视窗的表面加装以固定频率)2min/次,可调）摆动的刮板,用于及时清理上一次检过的物料,最大化地减少上一次物料对于下一次检测造成的干扰。

图3在线近红外光谱仪安装位置

喷雾干燥是将提取浓缩液转化为浸膏粉的后段关键工序,而浸膏粉的质量也直接关系到最终终端产品的质量。衡量浸膏粉质量的关键指标为水分、含量及粒径,根据浸膏粉的物料特性及生产过程,本项目采用在线近红外技术进行检测。

传统的红外分光光度技术采用棱镜或光栅作为色散元件,以这些色散元件为核心的红外光谱测量系统结构复杂,设计和生产成本高,使得其分析检测仅适于在实验室条件下进行。而法布里-珀罗干涉仪)Fabry-P6rotInterferometer）是一种由两块平行的玻璃板)或其他材料的薄膜）组成的多光束干涉仪,两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率)反射率90%以上）,两板间距可以调整改变。这一干涉仪的特性为,入射光在平行的两块板)膜）上反复反射和折射,波长满足与两块板)膜）间距发生干涉的条件时,其透射光会出现很高的强度峰值,如图4所示。

由表1数据可知,通过各种检测方式的成功应用,突破了传统检测的技术瓶颈,实现了中药提取生产过程中关键指标的实时、有效检测,形成了先进有效的中药提取生产过程质量控制体系。

3结语

总之,中药提取智能化是中药生产现代化发展的方向,通过对提取生产线自动化控制及生产信息管理进行集成(即生产管理控制系统）,以信息支配设备的自动运行及人员的规范操作,最终能够实现整个生产过程的管理信息化、设备自动化、人员操作规范化。对于现代化的中药生产,有必要实现中药提取全流程的自动化智能控制操作,生产设备运行状态实时监控、质量在线检测、故障报警和诊断分析,在降低劳动强度、减少安全风险的基础上,提高生产管理水平及生产效率,保证产品质量稳定可控。