新時期下醫藥生產過程裝備及自動化控制技術研究

肖國華

（江西善淵藥業有限公司，江西 九江332700）

醫藥制藥涉及到的學科領域范圍非常廣，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。醫藥制藥屬于技術型產業，需要專業的復合型人才，不僅要對藥學有扎實的理論知識基礎，對醫藥生產裝備也要有一定的了解。社會科技的發展推動了制藥行業的技術進步，自動化是制藥生產過程中的一種核心技術手段，為了確保自動化系統在醫藥生產中能發揮穩定功能，需要加強對自動化系統的控制。下面對制藥裝備自動化系統的控制技術以及應用進行深入探究。

1 制藥裝備中的自動化系統

現代化藥品生產制造的過程中，自動化技術的應用必不可少，自動化系統的應用極大地提高了制藥的生產效率，并且藥品的質量得到了很大的保障。醫藥自動化系統包含制藥的多個環節，如發酵系統、配液系統以及水處理系統等等。一個完整的自動化系統由多個單體設備組成，不同的應用系統的內部結構往往也各不相同。常規的自動化系統模式一般由系統監控層、控制層以及儀表執行器層三個部分共同構成。其中的系統監控層是由操作員站與打印機設備組成，與工業以太網相連?？刂茖邮怯蒔LC、遠程I/O 站、觸摸屏、變頻器，總線閥島等部分構成，與控制總線相連，集中安裝在控制箱柜中。儀表執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的驗證

為了確保藥物生產的質量和效果，國家藥監管理機構以及相關的醫藥組織共同制定了非常嚴格的藥品生產質量管理規范，所有制藥企業都必須依據此規范進行藥物的生產制造。為推動藥品生產質量管理規范在各制藥企業中能夠得到根本上的落實，管理規范中明確規定藥企在制藥的各個環節必須對質量管理規范進行驗證和確認，包括藥品生產工藝流程、制藥裝備、生產環境等等，自動化系統的應用也必須要符合藥品生產質量管理規范有關規定。目前制藥行業中，主要應用的是計算機化的系統，計算機化系統的驗證要確保系統的合規和有效。

3 制藥過程自動化控制系統介紹

在藥物生產制造的過程中，對自動化系統的控制技術主要分為簡單控制、復雜控制以及計算機控制三種方法，具體結構及操作如下。

3.1 簡單控制系統

簡單控制系統相對來說結構比較簡單，操作更加方便，是其它兩種控制方法的基礎形式和最初的控制單元，也是在藥品生產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中是由一個控制器、傳感器、執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，執行器指的是控制閥，具體結構如圖1 所示。

3.2 復雜控制系統

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

圖1 簡單控制系統框圖

3.3 計算機控制系統

計算機控制系統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：在藥品生產過程中，被控制的變量經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/數轉換器將信號轉化為一種數字量，數字量傳輸到數字控制器中，與給定值作比較運算，得出的計算量經由數/模轉換器以及保持器到達執行器中，執行器發出信號指令，調節整個自動化生產進程，具體工作流程如圖3 所示。

圖2 串級控制系統組成框圖

4 自動化技術在制藥生產中的應用

藥品的生產過程涉及到多個領域，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人員的人身安全，以及生產設備和環境的穩定性，提高藥品生產的質量，自動化控制系統夠滿足生產與安全的同等需求，是一種非常可靠的生產技術手段，被廣泛應用在各種類別的藥品生產中。

4.1 藥物制劑生產中的應用

自動化控制系統以及相應的自動化控制技術在藥物制劑中的應用范圍尤為廣泛，藥物制劑生產中的各個環節都是由自動化系統進行控制運行，比如藥物原料的加熱、滅菌，溫度的控制和測量；無菌生產車間內部的空調系統溫濕度以及新風的調節；生產用水的溫度控制等等，都需要通過自動化系統實時監測。在制劑生產中，自動化系統不僅僅是對流程的控制，同時也是對生產各個環節的有效保護，盡量避免產生嚴重的質量問題或者其它不好的影響。自動檢測系統是制劑生產中的一個重要檢測手段，在藥物制劑生產中應用自動檢測系統代替人工檢測，不僅提高了檢測的效率，檢測結果也更加精準，確保藥品的質量符合藥物生產標準。比如對于粉針劑的生產過程中，為了對粉針劑的分裝、扎蓋等生產環節進行檢測，可以在每一道工序的輸送帶上設置計數器，全面掌控每一工序環節的生產情況。對于片劑藥物的生產，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以及自動化裝備之后，藥品生產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、集散控制系統及可編程控制器等。自動控制系統對提取過程的溫度、流量、壓力液位、重量、濃度、ph 值等工藝參數和質量參數，進行數據采集、分析、顯示、報警和控制等，以實現各種工藝操作的自動控制。利用自動化技術實現提取過程中對質量的實時監控，實現高效、穩定、可控、節能的中藥提取。中成藥生產水提取工序的加水方式-- 般分為經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，采用簡單的閉環控制系統。

4.3 凈化空調環境中的應用

圖3 計算機控制系統組成框圖

潔凈無菌的生產環境是藥品生產的前提保障，潔凈環境區的建設是一項綜合性的工程，除了內部建筑結構之外，凈化空調系統是潔凈環境區的重要設備系統。包括組合式空調箱、過濾器、消毒器以及空調自動化控制系統等等，凈化空調系統的管理也是藥品生產過程中的一項重點管理工作，其中凈化空調自動化系統的控制與凈化后的空氣參數控制要特別重視。凈化空調機組與風管是實現生產過程空氣凈化目的的基礎裝備，主要功能是能夠將生產空間中的空氣凈化處理，達到無菌潔凈的標準，符合藥品生產管理規范的要求。為了實現這一目的，對空氣中的溫度、濕度、風速以及潔凈度的參數控制具體如下：對空氣潔凈度參數的控制主要是通過過濾器實現，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中，滿足控制要求。對空氣溫度參數的控制則是依靠冷熱水為控制媒介，通過冷熱水交替實現溫度變化控制，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，可以實現溫度的自動化調節。對空氣濕度參數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也要進行合理控制，過去一般是采用百葉風閥門調節，缺點明顯，現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，同時還能夠降低耗能。

5 制藥自動化技術的發展和展望

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

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能夠在符合藥品生產規范要求的基礎上發揮制藥功能，更好的應用在醫藥實際生產中。從目前的醫藥行業的發展趨勢來看，接下來將是高科技制藥的競爭，制藥企業必須對醫藥生產方式加以改革和創新，提高生產裝備的自動化技術，向集約化、智能化轉型，不斷引進或者自主研發更為先進的生產模式，才能推動醫藥行業的快速向前發展。