新時期下醫(yī)藥生產(chǎn)過程裝備及自動化控制技術(shù)研究

肖國華

（江西善淵藥業(yè)有限公司，江西 九江332700）

醫(yī)藥制藥涉及到的學科領(lǐng)域范圍非常廣，涵蓋了生物化學、材料學、機械自動化、電氣工程等等，是一門綜合性的應用學科。醫(yī)藥制藥屬于技術(shù)型產(chǎn)業(yè)，需要專業(yè)的復合型人才，不僅要對藥學有扎實的理論知識基礎(chǔ)，對醫(yī)藥生產(chǎn)裝備也要有一定的了解。社會科技的發(fā)展推動了制藥行業(yè)的技術(shù)進步，自動化是制藥生產(chǎn)過程中的一種核心技術(shù)手段，為了確保自動化系統(tǒng)在醫(yī)藥生產(chǎn)中能發(fā)揮穩(wěn)定功能，需要加強對自動化系統(tǒng)的控制。下面對制藥裝備自動化系統(tǒng)的控制技術(shù)以及應用進行深入探究。

1 制藥裝備中的自動化系統(tǒng)

現(xiàn)代化藥品生產(chǎn)制造的過程中，自動化技術(shù)的應用必不可少，自動化系統(tǒng)的應用極大地提高了制藥的生產(chǎn)效率，并且藥品的質(zhì)量得到了很大的保障。醫(yī)藥自動化系統(tǒng)包含制藥的多個環(huán)節(jié)，如發(fā)酵系統(tǒng)、配液系統(tǒng)以及水處理系統(tǒng)等等。一個完整的自動化系統(tǒng)由多個單體設(shè)備組成，不同的應用系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往也各不相同。常規(guī)的自動化系統(tǒng)模式一般由系統(tǒng)監(jiān)控層、控制層以及儀表執(zhí)行器層三個部分共同構(gòu)成。其中的系統(tǒng)監(jiān)控層是由操作員站與打印機設(shè)備組成，與工業(yè)以太網(wǎng)相連?？刂茖邮怯蒔LC、遠程I/O 站、觸摸屏、變頻器，總線閥島等部分構(gòu)成，與控制總線相連，集中安裝在控制箱柜中。儀表執(zhí)行器層包含的多是一些機械部件。

2 制藥裝備中自動化系統(tǒng)的驗證

為了確保藥物生產(chǎn)的質(zhì)量和效果，國家藥監(jiān)管理機構(gòu)以及相關(guān)的醫(yī)藥組織共同制定了非常嚴格的藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，所有制藥企業(yè)都必須依據(jù)此規(guī)范進行藥物的生產(chǎn)制造。為推動藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范在各制藥企業(yè)中能夠得到根本上的落實，管理規(guī)范中明確規(guī)定藥企在制藥的各個環(huán)節(jié)必須對質(zhì)量管理規(guī)范進行驗證和確認，包括藥品生產(chǎn)工藝流程、制藥裝備、生產(chǎn)環(huán)境等等，自動化系統(tǒng)的應用也必須要符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范有關(guān)規(guī)定。目前制藥行業(yè)中，主要應用的是計算機化的系統(tǒng)，計算機化系統(tǒng)的驗證要確保系統(tǒng)的合規(guī)和有效。

3 制藥過程自動化控制系統(tǒng)介紹

在藥物生產(chǎn)制造的過程中，對自動化系統(tǒng)的控制技術(shù)主要分為簡單控制、復雜控制以及計算機控制三種方法，具體結(jié)構(gòu)及操作如下。

3.1 簡單控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)相對來說結(jié)構(gòu)比較簡單，操作更加方便，是其它兩種控制方法的基礎(chǔ)形式和最初的控制單元，也是在藥品生產(chǎn)制造過程中被應用較多的一種自動化控制方法。簡單自動化控制系統(tǒng)中是由一個控制器、傳感器、執(zhí)行器以及被控對象幾個元素共同組成，其中的傳感器指的是測量儀表，執(zhí)行器指的是控制閥，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.2 復雜控制系統(tǒng)

與簡單控制系統(tǒng)相對的是一種相對復雜的控制系統(tǒng)，復雜控制系統(tǒng)主要針對的是結(jié)構(gòu)相對復雜的自動化系統(tǒng)，調(diào)節(jié)目的不同，是能解決自動化系統(tǒng)中出現(xiàn)其它特殊問題的一種控制模式。復雜控制系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)組成比較多，不同的應用目的結(jié)構(gòu)也會有些許不同。圖2 顯示的串級控制系統(tǒng)是一種常見的復雜控制系統(tǒng)，除此之外，還有均勻、比值、分程、三沖量等控制系統(tǒng)。

圖1 簡單控制系統(tǒng)框圖

3.3 計算機控制系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)是一種被應用越來越廣的自動化控制方式，其具體的工作原理為：在藥品生產(chǎn)過程中，被控制的變量經(jīng)過測量之后形成一種電信號傳送給多路采樣保持器中，開始巡回檢測，然后由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)化為一種數(shù)字量，數(shù)字量傳輸?shù)綌?shù)字控制器中，與給定值作比較運算，得出的計算量經(jīng)由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器以及保持器到達執(zhí)行器中，執(zhí)行器發(fā)出信號指令，調(diào)節(jié)整個自動化生產(chǎn)進程，具體工作流程如圖3 所示。

圖2 串級控制系統(tǒng)組成框圖

4 自動化技術(shù)在制藥生產(chǎn)中的應用

藥品的生產(chǎn)過程涉及到多個領(lǐng)域，制藥工藝包含了生物制藥、化學合成、分離純化以及制劑配置等等，專業(yè)性強，工藝流程相對復雜，使用到的制藥裝備種類較多，還具有一定的高溫、高壓、腐蝕、易燃爆等危險性。為了極大的確保生產(chǎn)人員的人身安全，以及生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)境的穩(wěn)定性，提高藥品生產(chǎn)的質(zhì)量，自動化控制系統(tǒng)夠滿足生產(chǎn)與安全的同等需求，是一種非?？煽康纳a(chǎn)技術(shù)手段，被廣泛應用在各種類別的藥品生產(chǎn)中。

4.1 藥物制劑生產(chǎn)中的應用

自動化控制系統(tǒng)以及相應的自動化控制技術(shù)在藥物制劑中的應用范圍尤為廣泛，藥物制劑生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)都是由自動化系統(tǒng)進行控制運行，比如藥物原料的加熱、滅菌，溫度的控制和測量；無菌生產(chǎn)車間內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)溫濕度以及新風的調(diào)節(jié)；生產(chǎn)用水的溫度控制等等，都需要通過自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測。在制劑生產(chǎn)中，自動化系統(tǒng)不僅僅是對流程的控制，同時也是對生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的有效保護，盡量避免產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量問題或者其它不好的影響。自動檢測系統(tǒng)是制劑生產(chǎn)中的一個重要檢測手段，在藥物制劑生產(chǎn)中應用自動檢測系統(tǒng)代替人工檢測，不僅提高了檢測的效率，檢測結(jié)果也更加精準，確保藥品的質(zhì)量符合藥物生產(chǎn)標準。比如對于粉針劑的生產(chǎn)過程中，為了對粉針劑的分裝、扎蓋等生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行檢測，可以在每一道工序的輸送帶上設(shè)置計數(shù)器，全面掌控每一工序環(huán)節(jié)的生產(chǎn)情況。對于片劑藥物的生產(chǎn)，比較注重片劑重量的差異，而片重很容易受到多種因素的影響，在實際檢測中不可能對每一片都要稱重，取樣稱重檢測難免會有不合格的片劑混入合格品中，為了解決這一問題，壓片機的應用可以自動剔除重量不合格的片劑。這就能明顯看出，在藥物制劑應用自動化控制系統(tǒng)以及自動化裝備之后，藥品生產(chǎn)的效率和合格率都得到了極大的提升。

4.2 中藥提取中的應用

中藥提取過程的自動控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件包括控制計算機、各種自動閥和切換器、自動傳感裝置、自動檢測裝置、自動輸送裝置等。軟件則包括計算機信息集成軟件平臺、集散控制系統(tǒng)及可編程控制器等。自動控制系統(tǒng)對提取過程的溫度、流量、壓力液位、重量、濃度、ph 值等工藝參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，進行數(shù)據(jù)采集、分析、顯示、報警和控制等，以實現(xiàn)各種工藝操作的自動控制。利用自動化技術(shù)實現(xiàn)提取過程中對質(zhì)量的實時監(jiān)控，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可控、節(jié)能的中藥提取。中成藥生產(chǎn)水提取工序的加水方式-- 般分為經(jīng)驗估計加水和水表計量加水精度受水壓的影響較大，操作計量麻煩。為此使用了一種任意定量控制加水系統(tǒng)，采用簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4.3 凈化空調(diào)環(huán)境中的應用

圖3 計算機控制系統(tǒng)組成框圖

潔凈無菌的生產(chǎn)環(huán)境是藥品生產(chǎn)的前提保障，潔凈環(huán)境區(qū)的建設(shè)是一項綜合性的工程，除了內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)之外，凈化空調(diào)系統(tǒng)是潔凈環(huán)境區(qū)的重要設(shè)備系統(tǒng)。包括組合式空調(diào)箱、過濾器、消毒器以及空調(diào)自動化控制系統(tǒng)等等，凈化空調(diào)系統(tǒng)的管理也是藥品生產(chǎn)過程中的一項重點管理工作，其中凈化空調(diào)自動化系統(tǒng)的控制與凈化后的空氣參數(shù)控制要特別重視。凈化空調(diào)機組與風管是實現(xiàn)生產(chǎn)過程空氣凈化目的的基礎(chǔ)裝備，主要功能是能夠?qū)⑸a(chǎn)空間中的空氣凈化處理，達到無菌潔凈的標準，符合藥品生產(chǎn)管理規(guī)范的要求。為了實現(xiàn)這一目的，對空氣中的溫度、濕度、風速以及潔凈度的參數(shù)控制具體如下：對空氣潔凈度參數(shù)的控制主要是通過過濾器實現(xiàn)，過濾器的性能是否符合標準，需要應用壓差式儀表來檢測，常用的壓差式儀表有兩種，一種是現(xiàn)場式壓差儀表，價格低，操作簡單，另一種是遠傳式壓差儀表，更適合應用于自動化控制系統(tǒng)中，滿足控制要求。對空氣溫度參數(shù)的控制則是依靠冷熱水為控制媒介，通過冷熱水交替實現(xiàn)溫度變化控制，如果是通過人工控制，對溫度的掌控度不好，容易造成溫度波動，而用溫度變送器，可以實現(xiàn)溫度的自動化調(diào)節(jié)。對空氣濕度參數(shù)的控制相對要復雜一些，一般是通過噴淋增濕，低溫冷卻減濕?？諝庵械娘L速和風量對制藥過程的影響不可忽視，因此對風速和風量的參數(shù)也要進行合理控制，過去一般是采用百葉風閥門調(diào)節(jié)，缺點明顯，現(xiàn)代化制藥中則是采用風機電機變頻自動化控制的方法，將風速和風量控制在標準范圍之內(nèi)，同時還能夠降低耗能。

5 制藥自動化技術(shù)的發(fā)展和展望

藥品生產(chǎn)的發(fā)展經(jīng)歷了由簡單到復雜，規(guī)模不斷擴大的過程，其相應的控制技術(shù)也經(jīng)歷了一個不斷完善、不斷發(fā)展的過程，經(jīng)歷了由簡單控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)到計算機控制系統(tǒng)，隨著GMP 的實施，對藥品質(zhì)量的要求越來越嚴格，越來越注重對生產(chǎn)過程的控制,保證各種操作具有重演性、可追溯性而人工操作與傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制已無法滿足現(xiàn)代制藥生產(chǎn)的要求，因此，大力發(fā)展工業(yè)過程自動化技術(shù)，是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，自動化技術(shù)的實施也是確保制藥生產(chǎn)過程達到安全生產(chǎn)、降低消耗、高效產(chǎn)出、利于環(huán)保等綜合生產(chǎn)目標的必經(jīng)之路。

綜上所述，本文對制藥裝備自動化的控制和驗證進行分析，主要目的是為了保證自動化系統(tǒng)能夠在符合藥品生產(chǎn)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上發(fā)揮制藥功能，更好的應用在醫(yī)藥實際生產(chǎn)中。從目前的醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，接下來將是高科技制藥的競爭，制藥企業(yè)必須對醫(yī)藥生產(chǎn)方式加以改革和創(chuàng)新，提高生產(chǎn)裝備的自動化技術(shù)，向集約化、智能化轉(zhuǎn)型，不斷引進或者自主研發(fā)更為先進的生產(chǎn)模式，才能推動醫(yī)藥行業(yè)的快速向前發(fā)展。