一种自动化制药过程中能效优化控制系统及方法

技术领域

本发明涉及制药自动化控制制药仓制药能效的技术领域，公开了一种自动化制药过程中能效优化控制系统及方法。

背景技术

关键设备和生产线实现了全自动化操作，增加了生产效率和产品质量，并且通过数据收集和分析，实现了对生产过程的精细化管理和优化，新型材料的应用，通过新型功能性材料在自动化制药中的广泛应用，如纳米材料、生物降解材料等，提高了产品质量和生产效率，自动化制药过程中也出现了各种绿色环保技术，如超临界流体技术、微生物制剂、生物活性物质提取等，这些技术可以减少废弃物和污染物排放，保护环境，总之，自动化制药过程的能效发展得益于技术革新和政策支持，通过收集和分析大量生产数据，结合人工智能技术，可以实现对生产过程的实时监测和预测，减少生产中的浪费和损失，制药行业不断引入新的自动化设备和技术，例如机器人装配线、自动化包装系统等，这些设备可以提高生产效率和质量，并减少人为因素引起的错误，自动化制药过程中，对能源的利用效率也越来越重视。通过优化能源管理系统、使用高效节能设备等措施，可以降低能源消耗和生产成本，自动化制药过程中的仓储管理也越来越智能化，通过自动化堆垛机、物流机器人等设备，实现更高效的物料管理和出入库操作。

例如现有的申请公开号为CN114200840A的中国专利公开了一种基于分布式模型预测控制的中药制药过程运行优化方法，包括：建立中药制药过程的各环节运行控制过程模型，包括底层过程控制环模型以及运行指标与底层控制器输出模型；构建底层过程控制环的控制器；采用数据驱动的方法来实现对制药过程底层过程控制环的控制器的次优设定值设计；其中，上层运行控制环根据运行指标的设定值，使用基于Q-学习的设定值更新，通过零阶保持器传递到底层过程控制环，底层过程控制环的控制器通过求解优化问题，给出控制量控制被控对象跟踪设定值。该发明通过利用中药制药运行过程的数据来对设定值进行更新，底层使用DMPC实现对设定值的跟踪，从而实现运行指标跟踪理想值。

但是上述专利中存在：首先中药制药过程通常涉及多种原料、复杂的工艺步骤和繁琐的操作流程。建立一个全面的、准确的模型需要考虑到各个环节之间的相互作用和影响，这增加了模型的复杂性，数据获取困难。建立有效的模型需要大量的数据支持。然而，中药制药过程中的某些数据可能难以获得，例如药材的质量差异、药材的成分变化、药物原料输送速度，缺乏准确和全面的数据可能导致模型的不准确性，其次，无法完全自动进行制药能效优化控制，包括对药材原料、药材输送速度、制药仓浓度监测和制成品药进行监督进而反馈制药环节，需要人工干预，增加了系统出错的可能性，最后由于上述专利建立模型使用的监控数据多，增加了模型的复杂性，进一步增加了制药的能效优化控制的困难度。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

为解决上述技术问题，能效优化控制系统可以实时监测药物原料的能耗数据，并根据实际情况进行反馈调整和优化，同时通过前反馈对负反馈进行调节校正，通过实时反馈和控制，可以有效减少能源的浪费和损失，提高能源利用率。

精细化管理和优化：能效优化控制系统基于数据采集、分析和建模技术，可以对制药过程中的各个环节进行精细化管理和优化。通过合理的设定和控制策略，最大限度地提高生产效率和产品质量。

节约资源和成本：能效优化控制系统可通过优化能源利用、减少原材料浪费等措施，实现资源的节约和成本的降低。这对于制药企业来说具有重要意义，可以增强竞争力并提高盈利能力。

强化安全和可持续发展：通过监督成品药物质量，并反馈系统，能效优化控制系统能够提高制药生产过程的稳定性和安全性，减少操作人员的风险。

数据分析和预测能力：能效优化控制系统结合数据分析和药物原料输送速度预测技术，可以对制药过程进行全面的数据监测和分析，这有助于及时发现问题，并采取相应措施，避免生产过程中的能效低下和质量问题。

本发明的主要目的在于提供一种自动化制药过程中能效优化控制系统，包括：

数据监测与采集模块，包括用于采集温度、压力和流量的传感器单元，用于对采集的温度、压力和流量的数据进行过滤和误差处理的数据处理单元；

药物提取优化控制模块，包括用于监测制药仓药物浓度的浓度监测单元，用于调整药物浓度的反馈调整单元，用于进一步优化反馈调整单元中调整药物浓度的校正量的前馈调整单元；

能源管理模块，包括用于收集、处理制药能效数据的制药能效管理单元，用于分析制药能效数据的能耗数据分析单元，用于对分析后的制药能效数据进行评估并生成控制指令的能效评估调整单元，用于根据制药能效数据调整药物生产顺序的生产顺序管理单元；

智能控制模块，包括用于接收控制指令从而控制药物原料输送速度的输送能效管理单元，用于根据制药能效数据进而预测药物原料输送速度的制药输送预测单元；

实时校正与监督模块，包括用于接收药物原料输送速度控制指令进而控制制药的药物控制单元，用于接收控制指令进而控制能源输送的能源控制单元，用于接收控制指令进而控制药物输送速度的输送控制单元，用于监测成品药物质量的制药监督单元。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述传感器单元包括温度传感器采集制药仓温度，压力传感器采集制药仓压力，流量传感器采集制药仓输出药物流量；

所述数据处理单元，通过滤波器和整流放大器对采集的温度信号、压力信号和流量信号进行过滤和误差处理。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述浓度监测单元采集制药仓药物浓度，通过成分分析得出制药仓中各个药物种类的浓度；

所述反馈调整单元通过接收采集的制药仓中各个药物种类的浓度与预先设定的各个药物种类的定值之间的偏差，补偿各控制回路的预先设置校正值，通过校正值对制药仓中药物浓度进行校正，通过药物提纯率输出药物浓度稳态定值。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述药物种类的浓度包括药物提纯率和药物有效成分率。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述前馈调整单元，对反馈调整单元预先设置的校正值进行优化，得到校正后制药仓中药物浓度稳态定值，通过制药仓中各个药物种类浓度期望与预先设定的各个药物种类浓度定值之间的偏差进行优化补偿。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述制药能效管理单元包括消耗能量输出可视化数据、能源效率可计算数据；

所述能耗数据分析单元接收消耗能量输出可视化数据进行分析，分析得到制不同种类药所需要的消耗能量的数据，并将制不同种类药所需要的消耗能量的数据输入关系数据库；

所述能效评估调整单元接收能源效率可计算数据，通过算法分析得到制不同种类药的能效数据输入关系数据库；

所述生产顺序管理单元通过建立不同制药批次来组成一个完整的制药周期，包括从原料到半成品再到成品的不同制药批次。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述控制指令通过能效评估调整单元发出，能效评估调整单元通过分析制药能效数据对制药过程的输送药物原料速度进行控制；

采集的制药能效数据作为基础数据，建立制药输送速度预测模型，通过实时制药能效数据对制药输送速度预测模型进行训练，最后通过制药输送速度预测模型对制药药物原料输送速度进行预测；

所述制药能效数据包括药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数；

药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数的相似度表达式如下所示：

其中，

通过制药能效数据包括药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数建立相似度，对制药仓药物原料浓度进行数据可视化，进而预测并输出药物原料输送速度控制指令。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述药物控制单元用于接收药物原料输送速度控制指令，进而控制药物原料输送速度。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的一种优选方案，其中：

所述制药监督单元用于监测成品药物的成分和成品药物质量。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制方法，其中：

S1、自动制药系统启动，采集制药仓温度、压力和流量，输送药物原料；

S2、监测制药仓药物原料浓度，并根据制药仓药物浓度输出控制药物原料输送速度的控制信号；

S3、根据制药仓药物浓度自动控制药物输送速度，结合药物原料输送速度，得出能源效率数据，通过能源效率数据输出能效控制信号，调整药物原料种类输送批次；

S4、通过药物原料种类输送批次，采集制药仓药物原料浓度，通过反馈调整单元调整药物原料输送速度和数量；

S5、制药完成后通过监督成品药物质量，通过成品药物质量反馈制药系统用作优化制药能效控制的数据。

作为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制方法的一种优选方案，其中：

S3中所述能源效率数据通过反馈调整单元调整药物浓度，优化校正量，提升制药仓制药效率，进一步提升在消耗相同能源的情况下药物原料转化为药物的效率；

所述能效控制信号包括控制药物原料输送速度控制指令。

一种电子设备，包括，存储器，用于存储指令；处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现一种自动化制药过程中能效优化控制方法的操作。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时，实现一种自动化制药过程中能效优化控制方法的操作。

本发明的有益效果：

能效优化控制系统实时监测药物原料的能耗数据，并根据实际情况进行反馈调整和优化，同时通过前反馈对负反馈进行调节校正，通过实时反馈和控制，可以有效减少能源的浪费和损失，提高能源利用率。

精细化管理和优化：能效优化控制系统基于数据采集、分析和建模技术，可以对制药过程中的各个环节进行精细化管理和优化。通过合理的设定和控制策略，最大限度地提高生产效率和产品质量。

节约资源和成本：能效优化控制系统可通过优化能源利用、减少原材料浪费等措施，实现资源的节约和成本的降低。这对于制药企业来说具有重要意义，可以增强竞争力并提高盈利能力。

强化安全和可持续发展：通过监督成品药物质量，并反馈系统，能效优化控制系统能够提高制药生产过程的稳定性和安全性，减少操作人员的风险。

数据分析和预测能力：能效优化控制系统结合数据分析和药物原料输送速度预测技术，可以对制药过程进行全面的数据监测和分析，这有助于及时发现问题，并采取相应措施，避免生产过程中的能效低下和质量问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的整体系统组成图。

图2为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制方法的流程图。

图3为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的传送带输送药物原料速度及药仓原料消耗监测仿真结果。

图4为本发明一种自动化制药过程中能效优化控制系统的能效优化后损耗监测结果。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例一

如图1所示，数据监测与采集模块，包括用于采集温度、压力和流量的传感器单元，用于对采集的温度、压力和流量的数据进行过滤和误差处理的数据处理单元；

其中，传感器单元包括温度传感器采集制药仓温度，压力传感器采集制药仓压力，流量传感器采集制药仓输出药物流量；

数据处理单元，通过滤波器和整流放大器对采集的温度信号、压力信号和流量信号进行过滤和误差处理；

进一步的，能效优化控制还包括，建立完善的数据监测系统，实时采集关键过程参数，如温度、压力、流量等。同时，采集环境指标，如湿度、空气质量等。

药物提取优化控制模块，包括用于监测制药仓药物浓度的浓度监测单元，用于调整药物浓度的反馈调整单元，用于进一步优化校正量的前馈调整单元；

其中，浓度监测单元采集制药仓药物浓度，通过成分分析得出制药仓中各个药物种类的浓度，药物种类的浓度包括药物可提取率和药物有效成分率；

反馈调整单元通过接收采集的制药仓中各个药物种类的浓度与预先设定的定值之间的偏差，补偿各控制回路的预先设置定值并校正，通过药物提取率输出浓度稳态定值；

进一步的，反馈调整单元阈值设置，与自适应调控表格如下所示：

表1-阈值设置与自适应调控

其中，E代表理论提取率与实际药物提取率的偏差，T为校正量，n表示不同药材的提取率常量，m为不同药材的提取率常量，Q为不同药材的提取率常量，B表示药物总体有效成分比例，M为药物可提取率指标，通常为容易，中等和较难分别对应取值1,2,3；

进一步的，前馈调整单元，对反馈调整单元预先设置的校正值进行优化，得到校正后制药仓中药物浓度稳态定值，通过制药仓中各个药物种类浓度期望与预先设定的各个药物种类浓度定值之间的偏差进行优化补偿，预设值需要同具体药物及制药仓可容纳药物原料浓度结合设置，其中考虑到提取罐压力、蒸汽流量以及泵循环速度的校正规则，参考设置定值；

如柴胡目标提取率为0.90，其中柴胡中皂苷的质量分数为9.05%，则提取皂苷时柴胡预设值应为100g干柴胡，加入1000ml水，皂苷稳态定值浓度预设值应为[0.82,0.95]范围的中值即为0.88；

能源管理模块，包括用于收集、处理制药能效数据的制药能效管理单元，用于分析制药能效数据的能耗数据分析单元，用于对分析后的制药能效数据进行评估并生成控制指令的能效评估调整单元，用于根据制药能效数据调整药物生产顺序的生产顺序管理单元；

其中，制药能效管理单元包括消耗能量输出可视化数据、能源效率可计算数据；

基于建立的模型，实时监控能耗情况，并根据预设的能效指标进行优化控制。通过调整工艺参数、流程优化和设备状态管理等手段，降低能耗；

进一步的，能耗数据分析单元接收消耗能量输出可视化数据进行分析，分析得到制不同种类药所需要的消耗能量的数据，并将制不同种类药所需要的消耗能量的数据输入关系数据库；

进一步的，能效评估调整单元接收能源效率可计算数据，通过算法分析得到制不同种类药的能效数据输入关系数据库；

控制指令通过能效评估调整单元发出，能效评估调整单元通过分析制药能效对制药过程的输送药物原料速度进行控制；

采集的制药能效数据作为基础数据，建立制药输送速度预测模型，通过实时制药能效数据对制药输送速度预测模型进行训练，最后通过制药输送速度预测模型对制药药物原料输送速度进行预测；

制药能效数据包括药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数；

如图3所示，药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数的相似度表达式如下所示：

其中，

如图4所示，通过制药能效数据包括药物原料理论输送速度可提取参数和实际输送速度可提取参数建立相似度，对制药仓药物原料浓度进行数据可视化，进而预测并输出药物原料输送速度控制指令；

进一步的，生产顺序管理单元通过建立不同制药批次来组成一个完整的制药周期，包括从原料到半成品再到成品的不同制药批次；

通过数据共享和信息交互，实现不同制药环节的协同优化。比如，优化供应链物流和原材料利用率，减少能源浪费和资源损耗；

智能控制模块，包括用于接收控制指令从而控制药物原料输送速度的输送能效管理单元，用于根据制药能效数据进而预测药物原料输送速度的制药输送预测单元；

其中，药物控制单元通过接收制药输送速度预测模型输出的药物原料输送速度预测数据，进而控制药物原料输送速度；

实时校正与监督模块，包括用于接收药物原料输送速度控制指令进而控制制药的药物控制单元，用于接收控制指令进而控制能源输送的能源控制单元，用于接收控制指令进而控制药物输送速度的输送控制单元，用于监测成品药物质量的制药监督单元；

其中，建立能效管理体系，定期评估和改进能效优化控制系统的性能。同时，遵守相关法律法规，保证制药过程的安全和合规；

进一步的，结合人工智能技术，应用优化算法和自适应控制策略，实现自动化制药过程的智能化控制。这些策略可以根据实时数据和环境变化进行调整，以提高制药过程的能效。

实施例二

如图2所示，一种自动化制药过程中能效优化控制方法。

S1、自动制药系统启动，采集制药仓温度、压力和流量，输送药物原料；

S2、监测制药仓药物原料浓度，并根据制药仓药物浓度输出控制药物原料输送速度的控制信号；

S3、根据制药仓药物原料浓度自动控制药物输送速度，结合药物原料输送速度，得出能源效率数据，通过能源效率数据输出能效控制信号，调整药物原料种类输送批次；

S4、通过药物原料种类输送批次，采集制药仓药物原料浓度，通过反馈调整单元调整药物原料输送速度和数量；

S5、制药完成后通过监督成品药物质量，通过成品药物质量反馈制药系统用作优化制药能效控制的数据。

其中，S3中所述能源效率数据通过反馈调整单元调整药物浓度，优化校正量，提升制药仓制药效率，进一步提升在消耗相同能源的情况下药物原料转化为药物的效率；

所述能效控制信号包括控制药物原料输送速度控制指令。

实施例三

一种电子设备，包括，存储器，用于存储指令；处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现一种自动化制药过程中能效优化控制方法。

实施例四

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；

该计算机程序被执行时，实现一种自动化制药过程中能效优化控制方法的操作。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了两个个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。