一种面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及到一种面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统。

背景技术

随着制药业的蓬勃发展，制药装备的种类、数量、智能化水平也在不断的进步。新的GMP标准的推出，国家对于药品质量的要求越发的严格，制药企业在购买制药装备过程中则更多的是考虑制药装备的智能化水平、自动化水平、抗污染能力、产品集成度，制药企业希望设备生产厂家能够根据自己的药品产品快速的定制出集生产、包装、检测为一体的高度自动化、智能化的药品生产线，实现药品快速的上市。而这给制药装备企业带来了极大的挑战，目前，我国制药装备的设计存在以下缺点：产品设计时依照一般制药工艺流程或者包装流程进行，没有及时的对产品功能需求进行分析，造成了产品集成度过高，各个功能模块混杂在一起，不容易区分，产品模块化分解差，直接造成了产品对于市场的反应能力较差，产品的设计、生产周期较长；不能根据客户需求对产品包装进行参数化设计；产品种类都比较单一，不能够达到组装生产线完成整个流水线设计的水平。

综上所述，提供一种适应性更好、且能快速根据制药流程对制药生产线进行仿真，可缩短产品的开发周期，提高生产效率，及降低产品开发风险的面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统，包括：谱系图绘制模块、个性化定制模块、模型构建模块、产品线重组模块和制药装备可视化模块；

所述谱系图绘制模块用于按照制药装备的分类、规格和作用绘制制药装备的谱系图；

所述个性化定制模块与所述谱系图绘制模块相连接，所述个性化定制模块用于根据制药装备功能特点和客户需求信息对产品族进行模块划分，基于划分结果进行谱系图重构；

所述模型构建模块与所述谱系图绘制模块相连接，所述模型构建模块用于基于药品生产参数构建用于驱动制药装备模型的参数驱动模型；

所述产品线重组模块与所述个性化定制模块和所述模型构建模块相连接，所述产品线重组模块用于根据不同的工艺流程和环境区域划分将设备进行重组得到集成生产线，并进行三维可视化显示；

所述制药装备可视化模块与所述模型构建模块电连接，所述制药装备可视化模块用于对制药装备进行三维建模得到制药装备模型。

进一步地，所述谱系图绘制模块包括分类规则设定模块和绘制模块；所述分类规则设定模块用于根据用户输入指令设置谱系分类判定标准和谱系分析分类层次密度；所述绘制模块与所述分类规则设定模块电连接，所述绘制模块接收所述分类规则设定模块设置的谱系分类判定标准和谱系分析分类层次密度，采用聚类分析方法将各制药装备进行分类，完成制药装备谱系图的绘制，得到设备选型目录。

更进一步地，所述个性化定制模块包括信息交互模块；所述信息交互模块包括客户数据获取模块和用户指令输入模块，所述客户数据获取模块用于获取客户的制药流程信息、药品生产参数信息，并根据获取的信息和客户标签生成仿真设计列表；所述用户指令输入模块用于输入用户查询指令和模型更新参数信息。

更进一步地，所述个性化定制模块还包括产品族划分模块和谱系图重构模块；所述产品族划分模块用于对功能模块划分过程中建立的物料流、能量流和信息流三种流模型进行分析，根据模糊聚类算法对三种流模型数据中涉及的零件进行聚类分析，基于分析结果对产品模块进行划分；所述谱系图重构模块与所述产品族划分模块相连接，所述谱系图重构模块用于根据划分结果进行谱系图重构，得到重构的制药设备谱系图。

更进一步地，所述模型构建模块包括参数设定模块和融合转换模块；所述参数设定模块与所述客户数据获取模块相连接用于获取药品生产参数信息，并将各参数根据基本参数、自变参数和因变参数进行划分设定，所述融合转换模块与所述参数设定模块电连接，所述融合转换模块用于接收参数设定信息并按照制定的生成规则融合各参数得到用于驱动制药装备模型的特征参数。

更进一步地，所述产品线重组模块包括接口管理模块和通讯管理模块，所述接口管理模块和所述通讯管理模块均与所述模型构建模块相连接，所述接口管理模块用于对产品机械接口进行标准定制；所述通讯管理模块用于产品控制和通讯标准定制。

更进一步地,所述产品线重组模块还包括三维可视化模块和数据存储模块，所述三维可视化模块与所述接口管理模块和所述讯管理模块相连接，所述三维可视化模块用于根据仿真设计列表针对不同的工艺流程和环境区域划分将各设备按照接口标准和通讯标准进行重组得到可控的三维可视化集成生产线，所述数据存储模块用于对生产线的模型数据进行存储。

更进一步地，所述制药装备可视化模块包括三维模型构建模块和模型数据库，所述三维模型构建模块用于对各制药设备进行三维数据建模，对建立好的三维数据模型进行材质渲染，并将完成渲染后的模型数据存储为FBX格式导入Unity3D，再通过添加不同的光源及相机得到各制药装备模型；所述模型数据库与所述三维模型构建模块电连接，所述模型数据库用于存储各制药装备模型数据。

从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：

1、采用了聚类分析方法针对制药装备进行了谱系图构建，为制药行业提供了设备选型目录，为制药设备生产企业提供产线集成选型工具。

2、采用模块划分方法对制药装备进行了功能分析以及模块分解，增加了制药装备的组合柔性。

3、采用参数化建模方法驱动模型设计，拓展了产品的规格，减小了制药装备设计的重复性。

4、采用了基于药品生产、包装工艺流程驱动产品线自动重构方法，降低了产品集成难度，连贯了不同企业的产品，实现了制药装备业的整体联动；

5、采用了虚拟可视化设计，提高了产品的可视化程度，提高了药企与装备企业的沟通，可缩短产品的开发周期，提高生产效率，及降低产品开发风险。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下文将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明一种面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统的组成结构示意图。

图2为本发明中谱系图绘制模块的组成结构示意图。

图3为本发明中个性化定制模块的组成结构示意图。

图4为本发明中模型构建模块的结构示意图。

图5为本发明中参数驱动模型的组成结构示意图。

图6为本发明中产品线重组模块的结构示意图。

图7为本发明中制药装备可视化模块的组成结构示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种适应性更好、且能快速根据制药流程对制药生产线进行仿真，可缩短产品的开发周期，提高生产效率，及降低产品开发风险的面向制药流程的制药装备虚拟仿真系统。如图1至图7所示，该系统包括：谱系图绘制模块、个性化定制模块、模型构建模块、产品线重组模块和制药装备可视化模块；

所述谱系图绘制模块用于按照制药装备的分类、规格和作用绘制制药装备的谱系图，制药装备种类繁多，设计人员也可以依据谱系图里面的装备分类、规格、作用进行产线集成开发设计。具体地，所述谱系图绘制模块包括分类规则设定模块和绘制模块；所述分类规则设定模块用于根据用户输入指令设置谱系分类判定标准和谱系分析分类层次密度；所述绘制模块与所述分类规则设定模块电连接，所述绘制模块接收所述分类规则设定模块设置的谱系分类判定标准和谱系分析分类层次密度，采用聚类分析方法将各制药装备进行分类，完成制药装备谱系图的绘制，得到设备选型目录。

聚类分析方法得到聚类分析谱系图也称葡类结构图，聚类结构就是在相似性统计量的基础上，遵循定的分类原则，通过计算，以求得各类之间较为合理的分类方法，依此方法所得到的聚类结构图即为聚类图，或称谱系图、树状图等。

本实施例中，采用聚类分析法根据对制药装备的谱系分类判定标准和谱系分析分类层次密度对制药装备谱系图进行绘制，并对谱系图划分结果进行评价。

所述个性化定制模块与所述谱系图绘制模块相连接，所述个性化定制模块用于根据制药装备功能特点和客户需求信息对产品族进行模块划分，基于划分结果进行谱系图重构。

模块化划分是实施大批量产品定制以及生产线集成开发的关键部分，本实施例采用基于用户需求的模块划分方法对制药装备的模块划分，建立产品的功能结构并整理出子功能，在此基础上将相关的功能元素组合成模块。

具体地，所述个性化定制模块包括信息交互模块、产品族划分模块和谱系图重构模块；所述信息交互模块包括客户数据获取模块和用户指令输入模块，所述客户数据获取模块用于获取客户的制药流程信息、药品生产参数信息，并根据获取的信息和客户标签生成仿真设计列表；所述用户指令输入模块用于输入用户查询指令和模型更新参数信息；所述产品族划分模块用于对功能模块划分过程中建立的物料流、能量流和信息流三种流模型进行分析，根据模糊聚类算法对三种流模型数据中涉及的零件进行聚类分析，基于分析结果对产品模块进行划分；所述谱系图重构模块与所述产品族划分模块相连接，所述谱系图重构模块用于根据划分结果进行谱系图重构，得到重构的制药设备谱系图。

在本实施例中，药品生产参数信息包括药品制造和包装规格，不同的客户定制信息具有不同的三种流模型信息，根据流模型信息进行分析和产品模块划分，例如，通过泡罩包装机的泡罩成型、装粒、热封、裁切可完成药品在包装环节的泡罩包装，可以基于功能对该机器进行模块划分，并设计通用模块接口完成泡罩包装机的重新布局设计，使泡罩包装机的柔性提升。

所述模型构建模块与所述谱系图重构模块相连接，所述模型构建模块用于基于药品生产参数构建用于驱动制药装备模型的参数驱动模型，制药装备模型包括装备零件的功能特性、几何外观和装配结构。

具体地，如图4至图5所示，所述模型构建模块包括参数设定模块和融合转换模块；所述参数设定模块与所述客户数据获取模块相连接用于获取药品生产参数信息，并将各参数根据基本参数、自变参数和因变参数进行划分设定，所述融合转换模块与所述参数设定模块电连接，所述融合转换模块用于接收参数设定信息并按照制定的生成规则融合各参数得到用于驱动制药装备模型的特征参数。

在本实施例中，采用SoliWorks软件对制药装备模型进行参数化建模，并对参数化模型进行参数化装配，再通过Visual Studio调用API函数库对SolidWorks软件进行二次开发，实现立参数化驱动软件。

制药不同的工艺流程需要不同的生产线，在某些制药流程中存在一些共同的工艺，这些工艺使用的设备相同，但参数可能不同，所以有限的设备组合就可以完全的实现不同工艺流程药品生产的产品线。而设备的接口规格、通讯方式、控制方法不同则需要中间衔接设备、集成通讯设备和集成控制设备来辅助实现组合过程。

在本系统中，所述产品线重组模块与所述个性化定制模块和所述模型构建模块相连接，所述产品线重组模块用于根据不同的工艺流程和环境区域划分将设备进行重组得到集成生产线，并进行三维可视化显示，其中，所述产品线重组模块包括接口管理模块、通讯管理模块、三维可视化模块和数据存储模块，所述接口管理模块和所述通讯管理模块均与所述模型构建模块相连接，所述接口管理模块用于对产品机械接口进行标准定制；所述通讯管理模块用于产品控制和通讯标准定制；所述三维可视化模块与所述接口管理模块和所述讯管理模块相连接，所述三维可视化模块用于根据仿真设计列表针对不同的工艺流程、包装流程和环境区域划分将各设备按照接口标准和通讯标准进行重组得到可控的三维可视化集成生产线，所述数据存储模块用于对生产线的模型数据进行存储。

所述制药装备可视化模块与所述模型构建模块电连接，所述制药装备可视化模块用于对制药装备进行三维建模得到制药装备模型。所述制药装备可视化模块包括三维模型构建模块和模型数据库，所述三维模型构建模块用于对各制药设备进行三维数据建模，对建立好的三维数据模型进行材质渲染，并将完成渲染后的模型数据存储为FBX格式导入Unity3D，再通过添加不同的光源及相机得到各制药装备的虚拟化模型；所述模型数据库与所述三维模型构建模块电连接，所述模型数据库用于存储各制药装备模型数据。

在本实施例中，客户可以全方面的查看定制产品的性能、结构、外观特征。设计人员可以通过Unity3D开发的三维可视化系统，输入或者导入药品工艺流程的相关参数，驱动生产线自动生成，在开发的SolidWorks系统中通过参数驱动改变模块参数，实现零部件的装配、移动，装配成复杂的制药产品，定制出适合客户需求的产品线。同时本系统还可以添加不同的工艺流程以及不同的设备模块图形，不断的丰富系统资源，通过以上方式，在生产线没有开发出来之前，设计人员可以使用虚拟的模型跟客户交流，也可以使用远程的方式让客户对自己的商品有更加直观的感受，并能够前期及时查找问题解决问题。设计人员可以大大的减小设计工作量，减小企业的研发压力，增加企业的产品整合能力。

应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。