費翼城 王谷洪 周友華 趙海金 王桂華

摘 要：為探索中藥生產(chǎn)提取工序的智能化生產(chǎn)新模式，通過智能設計思維及跨行業(yè)智能制造新技術的轉(zhuǎn)化應用，改進傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，改善現(xiàn)場雜亂的生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)的自動化和信息化水平，從設計源頭上落實數(shù)字化理念，從而使中藥生產(chǎn)企業(yè)真正意義上實現(xiàn)兩化的深度融合。

關鍵詞：中藥提取;數(shù)字化;智能制造

0 ? ?引言

中藥的生產(chǎn)得利于中藥提取，而中藥提取技術運用體現(xiàn)在中藥提取設備的發(fā)展。在智能化技術的驅(qū)動下，中藥提取設備進入轉(zhuǎn)型升級的階段，一些企業(yè)中藥提取設備也開始實現(xiàn)智能化。隨著科技的進步和發(fā)展，智能化、數(shù)字化、自動化、信息化將成為中藥提取設備發(fā)展的必然方向。

智能化中藥提取旨在實現(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化智能控制操作。

1 ? ?智能制造設計概述

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備進行操作并憑經(jīng)驗來判斷，生產(chǎn)工藝技術落后，生產(chǎn)自動化與智能化水平、在線質(zhì)量檢測技術和智能監(jiān)控技術運用度較低，嚴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。

要想實現(xiàn)中藥提取智能制造，先進的中藥提取設備是關鍵。企業(yè)應從工藝設備選型、配套、使用、智能儀器及閥門選取與安裝、最佳工藝線路、節(jié)能降耗等方面進行綜合考慮，集成自動化、信息化與智能化等關鍵技術和裝備，結合系統(tǒng)工程技術與生產(chǎn)過程分析技術，以達到高效、節(jié)能、綠色環(huán)保的目的。

2 ? ?智能制造在中藥提取中的應用

2.1 ? ?中藥材輸送投料與分配系統(tǒng)

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

系統(tǒng)主要包括在線自動稱重喂料系統(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，實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)精準控制，完成產(chǎn)品配方管理。采用電子標簽信息跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎信息的綁定、跟蹤、反饋，降低投料差錯率。

（1）在線自動精準稱重喂料功能。稱重喂料系統(tǒng)由自動喂料機通過前端設備自動將物料輸送至緩存料斗，再經(jīng)過皮帶機自動輸送并稱重。

（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)通過計算機信息管理系統(tǒng)對緩存位信息進行自動管理，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)投料設備將投料前緩存部分的物料投至相對應的投料口。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)，實現(xiàn)對產(chǎn)品信息的綁定、跟蹤、分類、存儲及出入庫智能化管理。為實現(xiàn)對物料全程信息的跟蹤，在每個周轉(zhuǎn)容器上均配有唯一標識條碼，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，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，為實現(xiàn)生產(chǎn)管理全流程信息可追溯提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 ? ?搬運機器人

首先，通過工業(yè)以太網(wǎng)與中控室監(jiān)控計算機和現(xiàn)場操作員終端進行通信，現(xiàn)場操作員終端自動掃描PLC CPU的數(shù)據(jù)區(qū)，并把數(shù)據(jù)通過圖形、文字實時顯示;其次，通過以太網(wǎng)和各子站通信，調(diào)度投料母車和EVS小車共同自動運行，將成組物料運送到指定藥罐;最后，完成藥籃輸送、投料、拆分、倒渣及清洗任務。

2.3 ? ?吊籃提取系統(tǒng)

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

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，相關程序的編程及控制包括手動、自動過程;系統(tǒng)內(nèi)所有控制器均為標準化、模塊化結構;具有完善的報警功能和不同等級的報警提示，能明顯區(qū)別過程變量報警和系統(tǒng)故障，并自動儲存記錄和打印報警信息，區(qū)別第一事故報警，記錄報警時間，并做到保存報警記錄。該系統(tǒng)主要功能包括自動進料、系統(tǒng)預熱的控制、自動出料。

2.5 ? ?能源智能管理系統(tǒng)

能源智能管理系統(tǒng)可實現(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)計方法和分析結果可以實現(xiàn)以下功能：（1）能耗數(shù)據(jù)自動采集;（2）對采集的數(shù)據(jù)進行匯總與分析;（3）能效評估，提供能效分析報告、能耗報表;（4）以能耗數(shù)據(jù)為導向的輔助決策;（5）與MES對接，提供實時的生產(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)量管控體系基礎上，引入了在線近紅外、在線微波、在線折光等過程控制技術，實現(xiàn)了中藥生產(chǎn)關鍵工序的實時、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。本文重點對中藥提取在線檢測系統(tǒng)進行了介紹。

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)線上進行少量取樣，再送至實驗室進行理化檢測。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以及質(zhì)量問題控制的不及時。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，加上本身實驗室儀器處理、檢測、出結果時間通常相對較長，這就造成了檢測的不及時，因為是“事后檢測”，所以也不能對出現(xiàn)的質(zhì)量問題及時進行控制及處理。

（2）檢測不具有很強的代表性。因為是抽樣檢測，即在生產(chǎn)過程中隨機抽取少量產(chǎn)品進行檢測，并不是連續(xù)不斷地進行檢測，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，有時甚至會對生產(chǎn)的“穩(wěn)定性”作出“誤判”。

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

而在線檢測技術能彌補傳統(tǒng)檢測存在的這些缺陷，使得質(zhì)量檢測更加及時、全面、有效。對中藥提取在線檢測系統(tǒng)進行深入研究及應用，能夠有效突破傳統(tǒng)檢測技術的瓶頸。所以，應以中藥提取關鍵質(zhì)量檢測為主線，針對生產(chǎn)中的關鍵生產(chǎn)工序研究、應用合理有效的質(zhì)量檢測技術，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，又不會使得下部積累的物料沒過探頭造成誤判。同時，內(nèi)部在視窗的表面加裝以固定頻率（2 min/次，可調(diào)）擺動的刮板，用于及時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。

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

傳統(tǒng)的紅外分光光度技術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)結構復雜，設計和生產(chǎn)成本高，使得其分析檢測僅適于在實驗室條件下進行。而法布里-珀羅干涉儀（Fabry-Pérot Interferometer）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，其透射光會出現(xiàn)很高的強度峰值，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用，突破了傳統(tǒng)檢測的技術瓶頸，實現(xiàn)了中藥提取生產(chǎn)過程中關鍵指標的實時、有效檢測，形成了先進有效的中藥提取生產(chǎn)過程質(zhì)量控制體系。

3 ? ?結語

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)線自動化控制及生產(chǎn)信息管理進行集成（即生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)），以信息支配設備的自動運行及人員的規(guī)范操作，最終能夠?qū)崿F(xiàn)整個生產(chǎn)過程的管理信息化、設備自動化、人員操作規(guī)范化。對于現(xiàn)代化的中藥生產(chǎn)，有必要實現(xiàn)中藥提取全流程的自動化智能控制操作，生產(chǎn)設備運行狀態(tài)實時監(jiān)控、質(zhì)量在線檢測、故障報警和診斷分析，在降低勞動強度、減少安全風險的基礎上，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。

收稿日期：2021-08-25

作者簡介：費翼城（1994—），男，江西南昌人，助理工程師，從事工藝生產(chǎn)線建設、智能制造模式設計及技術轉(zhuǎn)化應用工作。