摘要：自动配料系统完成发酵罐和反应釜等重要生产单元的参数检测与稳定控制，包括中药提取过程顺序控制、离散控制、调节控制、配方处理、设备管理、生产调度和跟踪功能、操作优化等。
一、项目概述
随着企业规模不断扩大及产品多样化，完善工艺操作及工艺控制，充分挖掘技术及管理潜力，创造更佳经济效益，实现管理及决策的自动配料系统和科学化日益显得重要，自动配料系统技术与信息技术的应用，是制药企业发展的迫切需要。
本项目针对生物化工过程关键工业设备或工业过程，如发酵罐、反应釜、提取罐、蒸发器等，进行软测量、过程控制、过程优化、称重配料系统集成与工程应用的总结提炼与考核完善，最终形成生物化工过程成套专用控制称重配料系统，并分品种按单元进行应用实施，获得单元设备最佳经济效益；随后，构建生产调度与生产管理称重配料系统，实现处方管理、批次生产调度、生产线管理、批量跟踪及安全管理，对单品种生产过程进行优化，并进一步实现多品种协调，获得整体最佳经济效益。最终，建立全厂信息称重配料管理系统，实现综合自动配料系统。
二、主要功能与技术指标
生物发酵过程成套专用投料系统。
1）生物发酵过程参数测量系统：发酵罐温度T、发酵罐压力P、发酵液体积V、空气流量FA、冷却水进出口温度T1和T2、搅拌马达转速RPM、搅拌马达电流I、泡沫高度H等发酵过程物理参数；pH值和溶解氧浓度Do等发酵过程化学参数；生物质呼吸代谢参数、生物质浓度、代谢产物浓度、底物浓度以及生物比生长速率、底物消耗速率和产物形成速率等发酵过程生物参数。
2）生物发酵过程常规控制系统：消泡控制、罐温控制、罐压控制、pH控制、溶氧控制、补料控制等。
3）生物发酵过程建模、先进控制与优化：pH、反应温度的优化曲线控制、培养基添加过程优化策略、传递过程优化策略等。
2）合成反应过程成套专用系统。以间歇生产过程综合经济指标最优为目标，集间歇生产管理和间歇生产过程控制为一体的间歇控制称重配料系统。除了包括程序间歇控制系统的全部功能外，还有配方处理、过程优化、在线或离线的统计过程控制、批量生产管理、计划与调度、能量管理等功能。
3）中药提取过程成套专用系统：现代中药制备工艺包括：药材->水洗->烘干->切碎->水提取三次->过滤->树脂吸附->水洗涤->洗脱->减压浓缩->醇沉->过滤->减压浓缩->低温干燥或喷雾干燥->成品；中药提取生产过程，是依据GMP规范，按给定的配方，生产一定量产品的过程，是典型的间歇生产过程。其主要特点是：小批量、多品种，其特征是：物料流动的不连续性、物料和设备的非稳态性、产品及其工艺的不确定性和设备资源的动态调度分配。包括中药提取过程顺序控制、离散控制、调节控制、配方处理、设备管理、生产调度和跟踪功能、操作优化等。
4）MES制造执行配料系统：在过程控制基础上，基于非结构化数据管理的制药企业集成信息平台，构建生产调度与生产称重配料管理系统，实现处方管理、批次生产调度、生产线管理、批量跟踪及安全管理等，对单品种生产过程进行优化，并进一步实现多品种协调，获得整体最佳经济效益。
5）ERP企业资源称重配料管理系统：建立全厂信息网络称重配料系统，实现从传感器到会议室的信息交流，通过网络由对象定位任何对象的数据，从过程参数检测到商业信息称重配料系统，将工厂集成为一个统一整体；实现企业综合自动配料系统，包括：称重控制系统、配方管理系统、人力资源管理系统、综合部管理系统、销售管理系统、采购管理系统、库存管理系统、套打设计称重配料系统、称重配料管理系统、安全管理系统、主生产计划、粗能力计划、物料需求计划、细能力计划、生产作业控制、分厂管理、过程控制集成应用称重配料系统。
三、技术创新
1）采用先进控制、装备建模、过程优化技术，实现生物发酵过程成套专用系统、合成反应过程成套专用称重、中药提取过程成套专用配料；
2）提供可定制扩展的制药行业控制工程行业算法库，通过设计院、设备制造商、工程公司、行业用户，不断提炼专家知识与工程经验，不断丰富行业自动配料系统专业知识库，以领域知识为主体，在资源可重用、称重配料系统的架构平台支撑下，在统一建模规范的基础上，通过继承、派生、重用、重构机制，显著提高项目工程设计与编程开发效率；
3）开发实现多种网络驱动硬件模块，通过开放规范的OPC客户端与服务器接口，采用透明网络管理技术实现与第三方设备的数据通讯，构建分布式工程对象实时数据库，实现称重上料系统数据与外部设备数据的全局一致与统一接口，满足工业数据多实时性、多语义性、多时空性、多尺度性的信息集成与接口开放要求；基于实时数据库，实现制药企业单元装置与智能设备的网络互联与数据接口。
四、应用领域与使用效果
某制药企业，采用集散喂料系统及其控制工程应用软件平台实现综合自动配料。首先，分品种按单元进行过程控制：完成发酵罐和反应釜等重要生产单元的参数检测与稳定控制，建立单元配料控制系统，使每台工艺设备发挥最佳效益；包括发酵车间、合成车间、热电厂自动配料系统改造、科研中心、三废处理等；随后，构建生产调度与生产管理系统，实现处方管理、批次生产调度、生产线管理、批量跟踪及安全管理等，对单品种生产过程进行优化，并进一步实现多品种协调；最后，实现企业综合自动配料系统。综合配料实施后，发酵与后提取生产水平大幅度提高；染菌率进一步下降；主辅原材料消耗亦有所降低，产品综合成本每年下降10%以上，原料采购成本每年下降6%以上，销售收入每年增长20%以上；经济效益显著。
