中藥數(shù)字化平臺在勁酒中的運用

1、中藥提取數(shù)字化制造平臺在勁酒生產(chǎn)中的運用Modernization Produce of Chinese medicine in the use of Jing Wine Chinese medicine digital platforms in the use of Jing Wine【摘要】本文闡述了數(shù)字化制造技術(shù)在保健酒生產(chǎn)中的應(yīng)用。中藥數(shù)字化平臺包括控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。它涉及到工藝、自控、質(zhì)量控制、批次管理等環(huán)節(jié)，將各種復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和管理過程通過一個顯性化的平臺呈現(xiàn)出來。【關(guān)鍵詞】中藥現(xiàn)代化 中國勁酒 數(shù)字化平臺 數(shù)字化中藥【前言】作為國內(nèi)的保健酒行業(yè)龍頭，勁牌公司堅持“按做藥的標(biāo)準(zhǔn)

2、做保健酒”，以成為“中藥現(xiàn)代化應(yīng)用和保健食品專家企業(yè)”為目標(biāo)，大力發(fā)展現(xiàn)代工藝技術(shù)，開創(chuàng)了中藥現(xiàn)代化在保健酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，在質(zhì)量控制、生產(chǎn)環(huán)境、工藝選擇、裝備配置等方面引入現(xiàn)代中藥技術(shù)，努力打造現(xiàn)代化保健酒新標(biāo)準(zhǔn)。2004年，公司投資400萬元建立了中藥提取、分離中試實驗室，持續(xù)開展中藥技術(shù)應(yīng)用研究。2009年3月，投資逾億元的保健酒中藥提取數(shù)字化制造平臺建成投產(chǎn)，集成了連續(xù)罐組逆流提取機組、高速碟式離心機、膜技術(shù)等先進中藥工程設(shè)備，處于國際先進水平。近年來，圍繞數(shù)字化平臺完成了系列中藥提取工藝、中藥質(zhì)量控制技術(shù)攻關(guān)項目，申報了20余項發(fā)明專利?！菊摹俊爸兴幀F(xiàn)代化”是指在現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)

3、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)及計算機分析技術(shù)的支撐下，根據(jù)中醫(yī)中藥傳統(tǒng)理論，用數(shù)字化的方式描述和表達中藥的內(nèi)涵，通過對中藥成分的結(jié)構(gòu)、含量等多項特征進行數(shù)字化測試，采用模糊數(shù)學(xué)、計算機學(xué)、植物化學(xué)、分析化學(xué)、藥理學(xué)等學(xué)科的理論和科技方法，探索中藥化學(xué)成分和療效之間的關(guān)系，為制造穩(wěn)定的現(xiàn)代中藥提供工藝技術(shù)和質(zhì)量控制方案。中藥是中華民族的瑰寶，傳統(tǒng)的中藥加工生產(chǎn)存在很多弊端，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)高質(zhì)量、高效率、低成本的要求，因此中國中藥在世界植物藥市場的份額一直處于比較尷尬的地位，作為保存最完整的四大傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)之一，有完整理論支持的國產(chǎn)中藥，在國際競爭中比不上歐美植物藥，比不上日本和韓國的漢方藥。傳統(tǒng)醫(yī)藥需要

4、在接受現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)改進，利用自動化管理和操作代替絕大部分人工管理和操作活動，減少手工操作和管理環(huán)節(jié)，減少出現(xiàn)錯誤操作的可能，提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)過程能更嚴(yán)格地按照標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程流暢進行，通過計算機直接采集量化數(shù)據(jù)，保證生產(chǎn)記錄更加準(zhǔn)確完整，生產(chǎn)信息的利用更加及時有效。勁牌公司中藥數(shù)字化平臺其核心是以技術(shù)、工藝和設(shè)備高度集成形式體現(xiàn)出來的中藥現(xiàn)代化理念。保健酒可以視為中藥的一個特殊劑型，它離不開中醫(yī)理論，更離不開中藥技術(shù)的支持。中國勁酒作為保健酒領(lǐng)軍品牌，在中藥加工生產(chǎn)方面一直走在行業(yè)的前列，堅持按照做藥的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)保健酒，以醫(yī)藥行業(yè)的先進技術(shù)為標(biāo)桿，大膽引進國際先進技術(shù)和設(shè)備，實現(xiàn)了

5、保健酒工藝的又一次飛躍。中藥數(shù)字化平臺的設(shè)計理念集產(chǎn)品研發(fā)、中試、生產(chǎn)于一體，包括了一個小型實驗室，中試車間以及大生產(chǎn)車間，產(chǎn)品種類包括保健酒生產(chǎn)原料、高純度植物提取物以及多種中藥制劑。在新產(chǎn)品開發(fā)方面，實驗室的原型可以在現(xiàn)代化中試車間里面進行放大，配置有由計算機集中控制的0.5噸熱回流提取罐、碟式離心機、真空帶式干燥機、柱層析設(shè)備、0.5噸球形濃縮器、1噸單效濃縮器、1噸陶瓷膜及超濾、納濾、反滲透成套設(shè)備。中試完成后的產(chǎn)品進行大生產(chǎn)。生產(chǎn)車間配置有3.5噸提取罐、5噸碟式離心機、陶瓷膜、超濾膜、納濾膜、雙效濃縮器、球形濃縮器、柱層析設(shè)備、醇沉設(shè)備。自原型產(chǎn)生以后，后續(xù)工藝全部自動化操作，最大

6、限度符合擴大再生產(chǎn)的各種條件。作為數(shù)字化平臺的核心，生物提取車間在眾多方面處于國內(nèi)甚至國際先進水平。從整個系統(tǒng)來看，數(shù)字化平臺具有以下特征：工藝柔性化中藥作為一種復(fù)雜體系，受到品種、產(chǎn)地、采收時間等多因素的影響，很難保證中藥及中藥制劑的質(zhì)量穩(wěn)定性。勁牌公司在多年中草藥加工的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代管理理念，提出了小批量多品種生產(chǎn)方式，依靠多品種多單元組合的多流程過程適應(yīng)不同品種藥品的生產(chǎn)。下圖為工藝流程圖。結(jié)合小批量多品種的生產(chǎn)特征，數(shù)字化平臺選擇了柔性化組合工藝。大量管道、閥組的安裝，大量的邏輯判斷程序的編寫，使得看似固化的工藝流程能夠聽從工藝工程師的指揮進行調(diào)整。33333333333333333

7、33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333應(yīng)用軟件、硬件設(shè)備，嚴(yán)格按照模塊化結(jié)構(gòu)方式進行設(shè)計和施工。整個系統(tǒng)按照功能分為原料預(yù)處理模塊、提取模塊、固液分離模塊、分離純化模塊、濃縮模塊、浸膏調(diào)配模塊和酒精調(diào)配模塊七部分，詳見下圖：根據(jù)實驗室數(shù)據(jù)和生產(chǎn)調(diào)試數(shù)據(jù)，工藝工程師確定了每味藥材的最佳工藝流程，系統(tǒng)根據(jù)要求，將最佳工藝流程列為最高優(yōu)先級，作為基本工藝流程。在進行生產(chǎn)的時候，計算機自動根據(jù)品名選擇相應(yīng)的基本工藝流程，將

8、設(shè)備、管道及儀表進行組合，以適應(yīng)多品種條件下的生產(chǎn)需求。在獲得授權(quán)后，控制人員進行模塊化搭配，相應(yīng)的管路閥門能夠自行切換組合，實現(xiàn)工藝流程轉(zhuǎn)變后的自動操作。在數(shù)字化平臺的服務(wù)器里，安裝了SQL server 數(shù)據(jù)庫，當(dāng)啟動服務(wù)器之后，所有在系統(tǒng)里的操作（包括從本地工作站到遠(yuǎn)程工程師站及各IE遠(yuǎn)端用戶），全部記錄在數(shù)據(jù)庫里。設(shè)備的啟停、在線監(jiān)測的結(jié)果、閥門的操作、溫度的變化、壓力的變化、液位的變化、流速的變化等等數(shù)據(jù)的大量采集，方便工藝工程師進行后期的數(shù)據(jù)處理。根據(jù)長期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，權(quán)衡能耗成本、需求、時間等因素，能夠?qū)F(xiàn)有工藝流程進行深入優(yōu)化，適應(yīng)變化了的需求。如緊急訂單要求下的不計成本最快時間

9、最優(yōu)質(zhì)量的工藝路線，滿足質(zhì)量要求的最低成本的工藝路線等等。生產(chǎn)自動化在整個數(shù)字化平臺中共有1800多個I/O點，包括氣動閥、液位傳感器、流量計、溫度傳感器、密度傳感器、PH傳感器、泡沫檢測傳感器、音叉開關(guān)等眾多閥門儀表。大規(guī)模的自動閥門，集合不同規(guī)格、不同用途的大量儀表，在PCS7邏輯運算程序的引導(dǎo)下控制生產(chǎn)過程，通過完善、嚴(yán)格、縝密的控制過程，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。在控制系統(tǒng)中，使用了大量邏輯判斷程序，其中最有代表性的是溫度控制程序。提取罐、雙效濃縮器等設(shè)備采用蒸汽夾套加熱方式進行工作。傳統(tǒng)的蒸汽加熱過程中溫度并不是線性升高，且在升溫終點不能立即停止，如要求升溫到60度，當(dāng)溫度傳感器檢測到溫度

10、達到60度，關(guān)閉蒸汽閥門后，溫度仍然會上升10度左右，一些對溫度比較敏感的藥材或其成分將受到很大影響。在為了精確控制升溫過程，解決蒸汽升溫過程終點難以控制的特點，系統(tǒng)建立了自己獨特的升溫曲線。根據(jù)不同藥材不同溶劑條件下溫度上升的規(guī)律，在接近工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的預(yù)定值時自動改變氣動調(diào)節(jié)閥的開度，減少蒸汽的供給量，控制溫度的上升速度，使之穩(wěn)步達到升溫終點。在煎煮的過程中，一般要求溫度保持在某一范圍內(nèi)，當(dāng)溫度接近工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的上限或下限時，系統(tǒng)自動改變氣動調(diào)節(jié)閥的開度，減少或增加蒸汽的供給量，保證溫度在要求的范圍之內(nèi)。從使用情況來看，升溫過程控制良好，在煎煮階段，溫度控制曲線平滑穩(wěn)定，保持在工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的

11、范圍內(nèi)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)分布在標(biāo)準(zhǔn)溫度的3%以內(nèi)。在管理系統(tǒng)中有大量的聯(lián)鎖控制程序，保證系統(tǒng)的安全運行。同時盡量簡化操作員的操作，降低錯誤操作的可能性。同時具備完善的故障處理系統(tǒng)，除了控制室之外，現(xiàn)場有遠(yuǎn)程觸摸屏可以操作，設(shè)備附近有電控柜可以就近操作，這些保證了生產(chǎn)的順利進行及在發(fā)生故障時能夠讓操作員進行操作和故障排除。管理信息化通過大量的儀表和傳感器，如流量計、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、密度傳感器等，采集生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)，通過計算機加以分析再綜合利用。通過基于B/S構(gòu)架的web技術(shù)，使公司領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)工程師、質(zhì)量工程師可以通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)各自權(quán)限的不同，實現(xiàn)生產(chǎn)

12、任務(wù)下達、批次及生產(chǎn)過程追溯、生產(chǎn)線實時監(jiān)督、改進工藝流程、進行數(shù)據(jù)分析、添加離線質(zhì)檢信息等功能。根據(jù)權(quán)限變大，范圍縮小的原則，建立工廠層、車間層、單元層與設(shè)備層四層管理結(jié)構(gòu)。廠級為遠(yuǎn)程訪問，擁有較大的瀏覽權(quán)限，沒有控制權(quán)限；車間、單元、設(shè)備為本地訪問，分別擁有部分瀏覽權(quán)限和控制權(quán)限。設(shè)備層為各種獨立的設(shè)備、控制器、檢測元件與閥門，起到簡單的生產(chǎn)操作和控制、檢測，完成單一功能，是整個生產(chǎn)過程的最底層執(zhí)行者。如單臺的膜濃縮設(shè)備、控制閥門等。單元層根據(jù)不同工藝要求、生產(chǎn)布局以及管理需要，將一種或多種設(shè)備組合排列，形成一個操作單元。在系統(tǒng)中存在多個單元層，如醇提單元、水提單元、陶瓷膜膜單元等。各個單

13、元之間以單臺設(shè)備為基礎(chǔ)，實現(xiàn)單元之間各種設(shè)備的自動轉(zhuǎn)換與控制。車間層分類以完成某一個主要的產(chǎn)品或某一重要工藝過程為分類標(biāo)志。如提取車間、濃縮車間、分離車間等。該層次已經(jīng)不直接參與最底層的設(shè)備控制了，但是對各種設(shè)備的工作狀態(tài)、執(zhí)行的工藝流程路線需要進行跟蹤和追查，以及將工廠層下達的工藝指令單或生產(chǎn)計劃進行分解后，發(fā)放給單元層進行執(zhí)行。工廠層為整個生產(chǎn)過程的總體協(xié)調(diào)與調(diào)度中心，主要負(fù)責(zé)對各車間、單元乃至現(xiàn)場設(shè)備的運行方式的監(jiān)控，對各車間執(zhí)行的工藝流程、工藝路線的監(jiān)控，各種產(chǎn)品工藝流程、工藝參數(shù)的制定，生產(chǎn)計劃的制定、下達以及調(diào)度等。該過程主要為控制系統(tǒng)的管理層面。從以上分類來看，設(shè)備層是整個控制系

14、統(tǒng)的底層，其自動化水平直接標(biāo)志著生產(chǎn)過程的人工處理與設(shè)備的自動處理。單元層協(xié)調(diào)各種設(shè)備的工作方式，根據(jù)需要在各種設(shè)備之間進行連接（管道、電氣）和控制調(diào)度。車間層接受工廠給予的生產(chǎn)計劃，對其進行分解、下發(fā)到各個單元層，并對各個單元層之間操作過程、共用參數(shù)等進行監(jiān)控。從車間層開始，由于需要對生產(chǎn)計劃進行處理、下發(fā)，已經(jīng)處于生產(chǎn)管理的操作層面，脫離了簡單的設(shè)備的自動控制與單元控制。從該層次起，現(xiàn)場的各種信息就開始進行匯總和收集并送與車間管理員，車間管理員將反饋的信息傳遞給相應(yīng)的控制單元以及控制設(shè)備，實現(xiàn)了生產(chǎn)管理和過程控制之間的雙向交互。從現(xiàn)代管理來看，實現(xiàn)從車間層開始的管理與過程監(jiān)控的結(jié)合是非常有

15、必要的。工廠層是全廠對生產(chǎn)過程的管理層，不參與實際的生產(chǎn)操作，只是對生產(chǎn)計劃的制定、流程制定、過程跟蹤、批記錄的收集等。工廠管理級的實現(xiàn)，標(biāo)志著整個工廠自動控制和生產(chǎn)管理的全部結(jié)合。數(shù)字化平臺通過OPC服務(wù)器連接PCS7系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)，現(xiàn)場工程師和操作員可以在中央控制室進行操作控制，通過大量的聯(lián)鎖控制程序，保證系統(tǒng)的安全運行，同時盡量簡化操作員的操作，降低錯誤操作的可能性，提高計算機在生產(chǎn)過程中的作用。同時工藝工程師、質(zhì)量工程師可以遠(yuǎn)程通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，修改工藝參數(shù)，追溯批次信息，查看設(shè)備狀態(tài)，跟蹤生產(chǎn)過程等。裝備現(xiàn)代化采用了先進的工藝設(shè)備，如逆流提取設(shè)備、高速碟式離

16、心機、陶瓷膜、超濾膜、納濾膜等，選擇了美國的近紅外檢測設(shè)備，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實時在線檢測，對于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制起到了至關(guān)重要的作用。選擇了西門子公司先進的PCS7系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心，其強大的運算能力能夠滿足生產(chǎn)的種種需求。結(jié)語：從整個行業(yè)的技術(shù)水平來看，當(dāng)前的中藥加工處理技術(shù)還不能很好的為保健酒行業(yè)的壯大提供足夠動力，就中藥行業(yè)來說，中藥加工后處理技術(shù)的現(xiàn)代化還沒有得到很好應(yīng)用。勁牌公司保健酒中藥提取數(shù)字化平臺實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝控制，設(shè)備調(diào)度，生產(chǎn)計劃調(diào)度，質(zhì)量控制、監(jiān)督和查證，批次管理，設(shè)備運行狀態(tài)管理，參數(shù)報警，在線數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)過程報表，產(chǎn)品生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)分析，權(quán)限控制策略機制，與全公司網(wǎng)絡(luò)的集成等功能，在中藥現(xiàn)代化方面邁出堅實的步伐。目前，勁牌公司新的固態(tài)保健品車間正在建設(shè)中，它按照09GMP專家修訂版進行設(shè)計和施工，作為數(shù)字化平臺在固體制劑方面的延伸擴展，它將直接使用數(shù)字化平臺的成品進行制劑，預(yù)計可生產(chǎn)膠囊、軟膠囊、片劑等