国外洁净车间的污染控制与无人化设计

Polution Control and Man Vacancy Design in Cleaned Workshop at Abroad

武汉工程大学化工与制药学院 万春杰 张珩
中国医药集团武汉医药设计院 张奇

摘要

    简述了制药洁净车间的污染源及其防治措施,结合GMP的要求及国外洁净车间设计的新理念、新技术提出了控制污染的自动化、无人化洁净车间设计方案。

关键词

洁净车间 污染控制 自动化

1 前言
2 车间工作人员活动时对污染的影响
3 自动化、无人化车间设计
4 计算机自动控制系统
5 小结
参考文献
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1 前言

    药品是有别于一般商品的特殊商品，它的质量直接关系到人的健康与安危。药品质量除直接反映在药效和安全性外，还表现在药品质量的稳定性和一致性上，一些药品在制造过程中由于受到微生物、尘粒等污染或交叉污染，可能引发始料不及的疾病或危害。

    在对制药过程可能带来的各种尘粒、微生物污染中，来自室外空气的可达10⁵粒/l(≥0.5μm的微粒)数量级以上，而来自人、建筑等(工艺粉尘出外)占3×10 ³粒/l，仅占前者3%～10%。所以，各种污染源中，空气的污染是主要矛盾。而在空气之外的污染中，人的发尘发菌又是主要的。因此，除了空气净化控制污染外，如何最大限度的减少洁净车间人员数量则成为控制污染的焦点问题。

2 车间工作人员活动时对污染的影响

    当工作人员在洁净环境中活动时，会明显增加洁净环境的污染程度，表l为工作人员活动时，临近处污染程度增加的倍率。

表1 工作人员活动时污染程度增加的倍率

    在洁净室内的各种污染源中， 人是主要的污染源之一，从洁净室内粒子来源的分析来看，主要污染物有人的皮肤微屑、衣服织物的纤维以及与室外大气中同样性质的微粒。因此，除了对人员的净化处理外，最根本的解决办法就是最大限度的减少人员数量或实现洁净车间的自动化、无人化。

3 自动化、无人化车间设计

    传统上， 生产片剂和胶囊的厂家较多依赖于手工操作。原料非常缓慢地从一个地方传输至另一个地方；物料从一个机器至另一个机器。原料的处理过程因人为因素而被忽视了。各工段物料的传输衔接较少。时间改变了制药工业，现在随着劳动力成本、原料成本的增长和利润率的缩水等综合因素促使设备的设计接受一体化的思想。在上世纪70年代初期，Merck公司建了两个工厂，一个在英国的Cramlington，另一个在美国的Elkton，原料的传输使用全封闭系统来进行，通过一台计算机来控制并监测所有的操作(图1)。

图1 基于IBCs的片剂生产工艺流程

    装料过程由人工控制，该过程也是整个生产过程中唯一的一次人工操作。从这一时刻起，物料的输送完全在计算器控制之下通过重力、气动式、带式或铲斗输送系统来完成。另外，安装在所有料斗中的动力传感器系统对物料的流动进行监控，通过这个过程提供物料平衡的信息。

    该设计中采用一种成为中间体散装容器(IBC)或Flo-bin的传输容器，目的是将IBC作为一个存储容器，然后使用机械手段从过程的一个阶段转移到另一个阶段。例如： 自动引导车系统(AGVs)。

    使用这些选定的系统、特定的设备和原料重力流、一个生产灵活的工厂，就能够实现不同产品生产的重现性。再加上先进的计算机系统及原料的自动供应，就可以完全建立一体化的CIM(计算机辅助生产)系统，以适应当前生产及将来扩大再生产的需要。自动化仓储与原料处理系统相联系，提供全面解决方案。例如：原料供应和成品存储都能被工厂的主计算机系统监控。

    从配料工段原料的称量开始到成品包装，所有原料都保持在密闭的系统中。原料处理系统及其相关设备是整个工艺过程的主要组成部分。它提供了物流连续输送的媒介和每一个过程操作的后处理手段。

    原料被一个操作员手工装入进料漏斗，然后通过空压作用进入混合器。原料在计算机控制之下制粒，在这个操作过程中， 计算机监控生产过程中的重要参数包括产品重量、制粒溶液的添加、机械臂和螺旋输送器的速率、真空度、夹套的温度和产品温度。

4 计算机自动控制系统

    生产过程和传输、原料处理系统的一体化相应地要求一个高配置的计算机一体化控制与通讯。

    PLCs(可编程逻辑控制系统)提供了所有原料处理站各自操作的管理与控制程序。包括： 清洗机械、混合机械和自动化仓储。生产车间提供了专用的PLC系统负责过程的控制与监测。生产主机负责操作过程的监控和控制生产计算机系统(PCS)，完成所有生产的各个方面的管理和直接控制和调整来自所有低级系统和PLCs的信息。PCS不仅仅控制和监测过程操作， 同样计划和执行生产任务，储存生产数据，通过制图和识别或在每个过程步骤进行认证来设置批处理程序和原料处理过程跟踪。见图2所示。

图2 过程管理与控制系统

    AGV是非常合适的传输负载工具。它可以自动控制，接受本身携带的陆基计算机控制系统发出的引导和传输指令。

    传输车通常使用一个预置在地板下面的与无线电或红外线通讯相连接的传感线，通过该传感线在AGV和计算机系统之间进行联络， 实现计算机对AGV的引导。

    很多高级系统使用智能运输车。通过激光扫描进行交叉定位检查和三维立体测量，利用检查和测量得到的数据预先编制好程序路线和推算定位。自动传输系统即时作业， 当要求准时制(JIT)原则时，允许产品和包装材料适时交付使用，以消除中间体存储和分段运输区以及改进工艺流程和原料进料。

5 小结

    实际上，在现代化企业中，无论自动化程度多么高，仍然离不开人，人仍然是第一要素。这是由于：

    (1)工厂中仍然或多或少存在非自动化设备，一些工段必须由人手工完成(如配料、设备调试维修等)。

    (2)在那些自动化程度很高的地方，如在某些工业发达国家，无人操作车间或无人操作生产线确实存在，其投入的资金之多是不言而喻的，但其系统维护仍然离不开人，紧急事故的处理也必须依靠人。

    (3)在工厂管理和制剂工艺等过程中，减少人员甚至无人化生产，的确可以提高生产效率，也可以避免人的污染。而且计算机可以处理大量的数据，通过PLC指挥设备、机械手或机器人按预设程序进行工艺操作，但计算机仍是对人起辅助作用。对产品质量起决定作用的还是人。

    (4)从技术上讲，某些活动即使可以由计算机或自动化设备完成，但在经济上是否可行，仍是人们需要考虑的问题。

    我们强调CIMS(计算机集成制造系统)的作用以致提出无人化工厂，并不是否定人的重要作用，相反，是要使人从那些简单而烦琐、重复而繁重以及仅仅依靠人自身难以完成的活动中解放出来，充分发挥人具有的创造性思维的能力，并为人的这种创造性活动提供支持。应该正确理解和应用CIMS技术，更好地发挥其作用，以免陷入误区。的确，计算机在数据处理、存贮记忆、信息传递等方面具有人所不及的能力，许多自动化设备能完成人所不能完成的工作。CIMS的目标就是将企业中的信息流、物质流、价值流三者集成起来，将人、技术、资源三者集成起来。

    在CIMS发展的初期，一些国家主要着眼于技术，特别强调“高度自动化”，以“无人化工厂”为目标。这不但造成了高强度的投入，还大大增加了技术难度，使得大规模的投入长期得不到回报，导致CIMS的失败。实际上，CIMS不仅仅是高技术，更是人、技术、管理的有机集成。将人与高技术对立起来，不仅是不必要的，而且是不正确的。强调效益驱动就是要进行投入产出分析，结合企业的实际情况，确定恰当的目标，选择恰当的技术，进行恰当的投入，从而获得恰当的回报。

参考文献：

[1] 陈霖新编著.洁净厂房的设计与施工 [M].北京：化学工业出版社,2003,1:41-44．
[2] 许钟霖著.药厂洁净室设计、运行与GMP认证 [M].上海：同济大学出版社,2002,1:32-41．

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