國內原料藥生產自動化的設計與影響因素

楊媛媛

（沈陽東北制藥設計有限公司，遼寧沈陽 110000）

近年來隨著世界原料藥生產中心逐漸向亞洲轉移，以中國為代表的亞洲國家逐漸成為原料藥生產的主要場所，而我國某些原料藥的生產技術水平和質量指標已經與發達國家比較接近，化學原料藥的產量和總出口額也呈上升趨勢，我國也是世界上最大的維生素類產品的生產與出口國，出口量最大的是維生素C。從這些數據看，我國原料藥生產規模趨勢良好，但基于整個醫藥行業來看，還需要在生產自動化方面做出調整與優化。

1 當前原料藥生產方面的主要設備缺陷

我國原料藥的生產量處于世界前列，很多產品在國際市場上具有明顯的優勢。例如我國抗生素藥物的種類齊全，以青霉素為代表的產品在世界范圍內都能得到認可，在國際市場上占據了較大的份額，但我國在原料藥生產方面依然存在明顯的缺陷。

原料藥生產本身是化學反應或是生物化學過程，兩者雖然在生產過程上有所差異，但都離不開生產設備的技術支持，但這些生產設備仍然存在很多問題。例如，在原料藥的生產過程中，溫度作為反應過程的敏感性因素，所需要的設備在預處理和自動化水平上都需滿足要求，在萃取、加熱、冷卻方面所使用的設備質量也都是原料藥生產過程中的關鍵性保障，設備缺陷問題應該引起高度重視。

1.1 設備密封性問題

設備密封性一直以來都是壓力容器類設備的重要指標，通常情況下焊接不穩定是此類壓力容器的主要缺陷點。由于高溫高壓的作用，往往由于應力過于集中而導致設備破裂。一旦設備表面密封性出現問題，不僅影響生產過程還會增加事故產生的風險。

1.2 自動化水平問題

在現代技術條件下，自動化生產代表更高的生產效率，同時也能在人力資源和成本上實現節約。但現有的自動化水平并不突出，在原料藥的工藝生產過程中所獲取的實際收益并不明顯。合適的設備是提高工藝效率的關鍵，同時也是加大利潤的前提保障，因此自動化水平的問題將成為未來生產環節中的重點。

1.3 節能環保問題

能源原材料價格上漲在各行各業都產生了一定的影響，原料藥生產過程中降低設備的承載和消耗，一直都是環保節能方面的工作需求。另外，節能減排與環保問題一直是我國化工產業的薄弱之處。盡管相關企業已經配備了相應的處理設備，但這些設備并沒有發揮應有的作用。原因在于環保處理過程所產生的費用較高，某些原料藥企業出于成本考慮，并未將此類設備真正投入使用，因此，設備廠家應該對設備成本和運行成品進行深入的設計研究。

2 原料藥生產自動化設計

醫藥行業生產的主要產品是藥品，藥品的質量與人們的生命安全與健康是息息相關的，醫藥工業生產的自動化需求，很大程度上都需要基于這一要求展開各項工作。因此原料藥的生產過程必須符合GMP 規范，藥品的研發和經營使用也應符合GCP、GAP 等各項質量管理規范，遵循質量管理規范方面的制度要求。同時對醫藥生產自動化系統的設計，還需符合GAMP 的規范。此類規范的目標對藥品整個生命周期進行了有效約束，同時將各個階段的質量要求落實在不同的生產環節當中，然后借助嚴格的監控手段實現自動化和信息化的管理。制藥行業所使用的生產設備對精度要求較高，與一般化工生產行業相比，原料藥自動化在設備配套元件方面的投入會更大。從質量控制的角度分析，人為因素將成為自動化設計中的主要阻礙性因素。換言之，如果能穩定地開展生產自動化工作，就需要排除人為影響[1]。具體來看可以從以下幾個方面開展工作。

2.1 虛擬現實技術下的智能化設計

虛擬現實技術的支持之下，可以讓工藝流程直觀清晰的展現，便于流程分析和合理設計。在相關研究中，研究者們也傾向于在規劃設計過程中用此類方法檢測設備性能，然后展開相應的優化和改進工作，減少后續對于設備的維護和維修時間。例如虛擬設計下的壓縮機產品可以在交互虛擬體系下展開可視化設計，利用虛擬原型來進行裝配、檢驗，了解各個零部件尺寸是否存在質量問題，即便存在問題也可以進行快速調整，而不需要多次進行實物試驗，既能夠節約時間，也能夠減少成本投入。由此可見，模擬技術在日后的自動化設計中越來越重要[2]。

2.2 設計流程優化——在線監測

制藥生產中的每一項單元操作工藝參數的改變都會影響到最終的產品質量，當前國內的原料藥生產環節還缺乏一定的過程檢測手段，更多只能依靠經驗來進行判定。例如藥品的混合、提取、分離純化等。在線監測技術的應用可以在行業領域發揮關鍵作用，在收集樣品類型后可以顯示相關信息，提升對于生產過程、關鍵參數和產品質量的管控，符合現代化要求下的環保目標，節約人工成本和環境成本。

例如借助PAT 技術，就可以將關鍵性的過程參數和質量指標控制在合理范圍內，在藥品生產中，PAT 技術能夠有效提升對產品質量的過程控制，增加產品的質量保障，某些關鍵參數也實現了合理設置[3]。PAT 技術支持下的人機互動可以通過模型分析來進行全面性監控，利用機器視覺技術來收集精確的數字圖像，與原料生產過程進行對比，促進高效化交流溝通滿足智能操控的需求。基于GMP 的各種藥品生產標準之中也對流程進行了嚴格要求。

2.3 軟硬件保障

軟硬件保障工作的作用也非常突出。硬件方面，原料藥生產過程中所用到檢測儀表，如一體化溫變、壓變、流量計、液位計等，在防腐防爆等性能上都必須發揮好各自的功能；軟件方面，DCS 控制系統或者PLC 控制系統應按照智能化的設計理念，控制好生產對象特性，以此為基礎展開后續的研究工作。

3 自動化的影響因素

我國原料藥生產過程與自動化有關的設計項目，大多是由建設單位委托具有相應資質的設計公司對生產過程進行可研、初設以及施工圖設計，最后通過招投標方式確定相應資質的施工單位進行建設施工。但在此設計以及施工過程中，仍然存在某些因素對原料藥生產自動化帶來影響。例如設計單位對生產工藝過程不夠了解，或者為了減輕設計工作量而出現只設計部分控制檢測點的行為，從而無法對整個工藝過程進行全方位控制。特別是由計算機控制系統的方案設計與軟件開發方面，這一問題會體現得更加顯著。在招投標方面，有很多招投標只是走個過程，并沒有注重方案的設計，而是更看重價格和人際關系等諸多影響因素。如此在后續的施工過程中，極有可能因為較低的投標價格而在工程施工過程中偷工減料，無論是在設備、材料還是在安裝過程中都可能盡量降低成本，進而干預自動化水平的提升。因此在今后的研究工作中，需要從設計、施工等多個角度減少自動化生產環節的不利影響。

4 結語

自動化技術支持下的原料藥生產工作將成為醫學醫藥領域關注的普遍問題。我國作為原料藥生產大國，在工程技術方面擁有巨大的市場潛力。今后的生產自動化和在線控制檢測等技術也將成為原料藥行業發展的主要方向。必要時也可以學習國外的先進技術完成制藥環節的自動化控制，在保障藥物質量的前提下，為制藥事業發展作出應有的貢獻。