1、中藥制藥過程建模與優(yōu)化垸程樓型是開最進(jìn)程摸抿、丸邊揑捌和過僵優(yōu)乜的枚心*中商制劑生產(chǎn)由釦個(gè)掛作單元更成如協(xié)郎.運(yùn)提、精割、廉縮.干燥羊前坯理工藝單元.制粒、壓片*包農(nóng)，包合.徹畫化等幫刑庇5!工藝單元，以及內(nèi)包盞、包裝和外包荒等包裝技氏單元*中藥制劑生產(chǎn)過程與一般牝工過程一樣存在關(guān)弟變量金多、過程不確定性E1素復(fù)雜.垸程關(guān)聯(lián)桶合嚴(yán)重.部分址釋可別借息有匯軒特豈但中藥制劑生產(chǎn)過程與梵它制遙業(yè)空產(chǎn)過程的本質(zhì)的區(qū)別在于淳舉料來源的多梓性.和物抖性廣的復(fù)雜性，以及中藥制舸豈程中問體和護(hù)品轉(zhuǎn)夏滿足特走質(zhì)量櫬準(zhǔn)，因而決定了中藥制劑工藝及其建模的特駐吟.目液，中藥劑藥ii程魏模方?jīng)Q主要有基于機(jī)理分析的建模和

2、基于魏計(jì)數(shù)熱建撲兩大花I中藥制藥過程機(jī)理楚模搖于機(jī)連分析的集樓是權(quán)揺11程本押的內(nèi)崔機(jī)理，返坤第躍平衡*物料H衡、反扼功力學(xué)原哩萼建衛(wèi)竟統(tǒng)的欖規(guī)，邊辻對實(shí)蟄紅果的聞商獲得棋型各種參數(shù)-機(jī)理理模的天鍵足生產(chǎn)過提的機(jī)理已經(jīng)被充分拿握"并可進(jìn)行環(huán)切的數(shù)営箱逹.11抿取討殍機(jī)哩膜左目前硏究議多的是對中罵浸戔過釋的機(jī)理建樓.中陌浸捉方法爹樣，水和乙欝為常用的槌取溥劑.通過對申藥原材料結(jié)恂進(jìn)行合理的假設(shè)，柩據(jù)提箴的具傢?xiàng)l件加操債建立相應(yīng)的數(shù)営模亀.揭丟有效成分祖提取過程中的變化規(guī)律*進(jìn)而優(yōu)化提取工藝務(wù)件，指早提樂過程的進(jìn)行.中藥浸提歌學(xué)模率可分溥化學(xué)動(dòng)力學(xué)樓犁韌茶干伎質(zhì)理論的模型兩關(guān)乜學(xué)動(dòng)力學(xué)模

3、宴僅掲羔溶菠濃度墳隍時(shí)間的變化、并不考慮藥村顆粒內(nèi)部濃度煬的分布.模型命構(gòu)簡舉，婦乙毎捉取土茯苓中萸酗武動(dòng)力芋小。傳痕理論包括Fid第-宣第和FiM第二定律.基Fkk第一定律瓊立訶申藥提取棋型*可得到最終濃度坊提取時(shí)間.藥材顆粒丸小*譜列倍董等工藝券數(shù)的定宦關(guān)系.已應(yīng)用亍剌五抽有效底分提取【耳等.Fick第二疋律是備織分方程，描逹任一時(shí)問濃虞隨時(shí)問等的變化情況.根據(jù)Fkt第二定偉建立的屮藥提取樓醐需零作出假設(shè)：不考慮薄劑揮發(fā)、分解等損失*純粒是球形或者是圓桂儂“曲一成弁提車，恒農(nóng)，肴效成分沿徑向一-維擴(kuò)埶尊，目前已應(yīng)用于從豆粕中堤取大豆異蜀茁|1兒舌豆科中生復(fù)總減提収第.由予植物如級翕構(gòu)初基體

4、的夏雜性*羽含紐分的多樣性，以及影響覆提讓程的固戰(zhàn)兩觀傳質(zhì)因素的多樣性和復(fù)雜性.迄今還沒務(wù)一個(gè)普遍道用的動(dòng)力學(xué)模型.已建立的機(jī)芒復(fù)型多從單一爼分角度研究畏取過程，電略俎分間的相互作用，在中藥提取方而只有較大的局限性.難落性成分釣溶出尚待進(jìn)一步研究.但隴看口藥籾別學(xué)、信息科學(xué)、生物科學(xué)和工程科學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，中藥次取過徨札理模型具有較大的次進(jìn)杓完善空間。12十燥過科機(jī)理模型中藥制藥過程干垛方法和千戲設(shè)備多裁多樣，彩響干操的因素眾多，對中藥制或中藥畫甌物的干變效果具有很大的彫啕.劉云宏尊對地黃真空紅外扶射千庚過程進(jìn)行傳加傳質(zhì)分析，采用ModifiedPage方程硏究地黃游層貢空紅夕、輻射干燥過

5、程輻射板溫度和十烽宰圧力對地負(fù)水分變化規(guī)律的彫響；湯兵舅等對其噴霧十燥過程各個(gè)階段的基本機(jī)理及模型進(jìn)冇了初步研討；盧玲建立了中藥淸喉利咽顆粒在管式工煥器中的干煤特性核型，得勺了物劃啊混分?jǐn)U散寧、熱導(dǎo)卓以及薄鬆干渙方程的關(guān)耽式.對清喉利吶寂坨在漲動(dòng)流化床中的流體力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并從物理意義出發(fā)，得訶了臨界流化氣迷和臨界流化圧降的表達(dá)式.目前.中藥T-垛過程機(jī)理硏究仍不充分，詢需根據(jù)實(shí)際悄況對干燥辻腔中水蒸發(fā)速率的彫響因素進(jìn)行殺統(tǒng)分析，探案千煥過程旳規(guī)律，進(jìn)而艱將干濮過稈的不同階殺的將點(diǎn)釆取合適的工藝技術(shù)拮施時(shí).除了漫提過程和干澳過稈丹.中藥趙準(zhǔn)界流體萃取過程機(jī)湮建模卜"】研究、中藥

6、務(wù)'薰俗沬縮過程機(jī)理研先）、中絞提取波絮凝澄淸過程機(jī)疾釬丸卩叫大孔吸附樹脂吸能熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究山】等均取得了一疋了進(jìn)展.然而，中藥生產(chǎn)過程機(jī)理建模復(fù)雜耗時(shí)，模荃參數(shù)求解生往依頼實(shí)蚩數(shù)據(jù)鍥擬合幣戎得，所得參數(shù)往往不適用于其它工藝條件，大鄉(xiāng)無洼完全散列格康型直接用干生產(chǎn)工藝的優(yōu)化.因此，中藥制藥汶程建模需要玖合其它建模手段嘆彌補(bǔ)機(jī)理建橫的不足.2中藥制藥過程統(tǒng)計(jì)建模次部分中芮制藥過程通P機(jī)逢分析建立數(shù)學(xué)橫型是很因難的，然而過程的輯入輸出是可測量的，過程的動(dòng)態(tài)特性也表現(xiàn)在這些輸入瑜出數(shù)據(jù)之中.基于數(shù)書性統(tǒng)計(jì)建模則是根據(jù)?？剡^程的輸入址出數(shù)據(jù).運(yùn)用最小二乘仁計(jì)、恢人似然借計(jì)務(wù)系統(tǒng)拂識(shí)方法來建

7、立釵學(xué)模型統(tǒng)計(jì)模塞不考慮過程機(jī)理，故X.稱為疼箱模型”，廣又的統(tǒng)計(jì)建碘方注還包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、支持向貴目歸機(jī)建模等.2.1回歸模型中藥制藥過晉統(tǒng)計(jì)建模中使用最廣泛的是回歸從屢決在姥立統(tǒng)討模型前.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用十獲得用于建按的卷入箍出皴據(jù).均勻設(shè)計(jì)【叫星點(diǎn)設(shè)計(jì)【叫Box-Bchnken設(shè)計(jì)"L正交國歸設(shè)計(jì)WPlackctt-Burman設(shè)計(jì)"叫Dochlcrtit計(jì)等在巾藥制藥各曲元過程均有燉用的報(bào)道.過程統(tǒng)計(jì)魏模一般采用多元線性模型、二次多項(xiàng)式模型等.回歸模型具有建橫簡豐.速度快、易干解釋的特點(diǎn)，但應(yīng)用干具有齊線性特點(diǎn)的中制劑生產(chǎn)過程時(shí)兢模棊度不夠理嗯,且與設(shè)計(jì)方案有關(guān).已

8、報(bào)道的各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中僅對連續(xù)型變量實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的安琲，如何將離骸型變雖（如提玫過程屮的提攻次數(shù)）加以考慮有侍進(jìn)一步硏究.2.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中藥制劑生產(chǎn)過程中，輸入變令和輸出變量間常存在非常復(fù)雜的非線性關(guān)系.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則具有很強(qiáng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力和處理非線性問題的能力，廣泛應(yīng)用于中藥鑒別、屮藥制別分折、中藥過程分析和工業(yè)軟渕宦等領(lǐng)域.特別是荃干渓差反向傳搖算法的多層直饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Back-propagationneuralnetwork，簡稱BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），町以以任意精發(fā)逼近任意旳逬續(xù)函數(shù)，在中藥制藥過程非線性建隕中應(yīng)用廣送.目甫白藥提取工為建?！?、中藥水提液膜過濾D叭扌藥潑丸生產(chǎn)過程和中藥片

9、剖包衣建模過程中均有應(yīng)用ANN的報(bào)適.應(yīng)當(dāng)注恿的是紳經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本需求童大，當(dāng)阿絡(luò)輸入較多時(shí)，由于訓(xùn)練樣木的増加，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)站構(gòu)的復(fù)雜化，網(wǎng)給訓(xùn)紛耗時(shí)，玫斂速度慢.一個(gè)建立妊的持經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在非樣本點(diǎn)仍會(huì)出現(xiàn)較大的誤孝.這時(shí)的神經(jīng)岡絡(luò)模型未必會(huì)比傳統(tǒng)回歸模則得到更好的精度.另外，碎經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所建立的模型以阿絡(luò)結(jié)夠和連接權(quán)值來表達(dá)，在具體應(yīng)用吋，特別是在工程應(yīng)用中，得不到一般意義下的解析形式.2.3支持向量回歸機(jī)橫型支持向疑機(jī)樓型可棍站有限怖樣本信息在模型的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)能力之問尋求最佳折中.學(xué)習(xí)速度塊跟蹤性能好.泛化能力強(qiáng)，対樣水依醱程度低.冃前支持向雖機(jī)在中級制無過徑建撲中儀有炳九滴制過程122

10、1和合中紡拝發(fā)曲水體的趙濾過程等報(bào)道.3中藥制藥過程混合建模混合建模旻烙若千機(jī)理模型和（或）若干非機(jī)理模型通過不同方法聯(lián)結(jié)幣得以】例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與機(jī)理模型集成.由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的奴點(diǎn)恰好是傳統(tǒng)機(jī)理堤模力法的優(yōu)點(diǎn)，基于優(yōu)勢互補(bǔ)的觀點(diǎn)，國蓉心I等采用了一柯嵌套式的混合挨繪，研究了甘草中甘単酸的超聲提取過程，在正交試驗(yàn)的荃砒上，建立了混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.把神妊網(wǎng)絡(luò)模型作為甘單提取機(jī)堆樓型的參牧估値胖，以視測甘單酸旳提敗卓.Peng1呦尊莊充分省慮了串聯(lián)型工業(yè)夫系統(tǒng)件點(diǎn)的基殆上，提岀了一艸多階段逆模型逹慣方法，以產(chǎn)品質(zhì)量常標(biāo)作為過程設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，采用逆向找理的方法，求辭出各個(gè)階段控制變蚩的設(shè)定值，便干實(shí)際應(yīng)

11、用.烷用于軟戰(zhàn)童滴丸明膠溶液纟成系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明.多階段建撲隆低了輸入輸出變量維數(shù)，可以提高樓型的收斂速度和精度.混合模型可以描述較為復(fù)雜旳過程，足將來中藥制藥過程建噢發(fā)展妁的起勢之-4中藥制藥過程過程優(yōu)化中藥制劑生產(chǎn)工藝優(yōu)化方法發(fā)鳳顯誓滯后于其它工業(yè)過理.里囚素考察以及正交實(shí)臉設(shè)計(jì)仍然是主流優(yōu)化手我，并大賢見于文獻(xiàn)報(bào)適.一方面與中藥制劑的恃殊性有關(guān)，相關(guān)的科研投入不足，未發(fā)擇學(xué)料問交叉的優(yōu)勢；一方面與新藥口按指導(dǎo)席則中的相關(guān)限定項(xiàng)目有關(guān)。然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.新的優(yōu)化技術(shù)不析出現(xiàn)并總月于中藥制劑工藝優(yōu)化.中藥制劑工藝優(yōu)化問題絕大多數(shù)畏多目標(biāo)優(yōu)化問廉，格多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題是

12、屮藥制劑二藝中常采用的方法.有多種方式可以實(shí)現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，別練合評價(jià)注、滿意度函數(shù)(Desirabilityfunction)尊.將多個(gè)響應(yīng)轉(zhuǎn)化為單個(gè)響應(yīng)后,就可以采用單目標(biāo)優(yōu)化方注逬行尋優(yōu)計(jì)算.多指林綜合評分法是常用的綜臺(tái)評價(jià)法之一劉硯墨等采用多指標(biāo)加權(quán)綜合評分法對赤苻浸膏徹波真空低溫干燥工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將舍水率、芍藥蒼合量和干漠速率三個(gè)指標(biāo)分別賦予一定權(quán)重并轉(zhuǎn)化為沫合抬標(biāo)(即綜合評分)，然后進(jìn)行工乞參數(shù)優(yōu)選.張?jiān)磳炔捎枚嗑軜?biāo)綜合評分法研克中藥半浸脅片的制粒工藝，考慮到休止危、粒皮、坦密度、硬度、崩解時(shí)隈五個(gè)檔標(biāo)同的一致性以及各描標(biāo)之間的協(xié)調(diào)問題.除韌兔粒度和片芯硬度外，其他脂標(biāo)數(shù)據(jù)均進(jìn)

13、行倒數(shù)處理.使各指標(biāo)均表示越大越好便于評分及化化計(jì)算.溝意度函數(shù)法是由Harrington于1965年提出的(約.其基本思想是朽所有因變量合慮一個(gè)因變量，如通過満患廈函牧無各個(gè)因變量值轉(zhuǎn)化為(J到1之問詭數(shù)，不d(YJ(/-l,2,.，r),且d(Y()嚏著胡應(yīng)響應(yīng)值的満恵度堰大而堪大，將這些d(YJ的幾何辛均殳義為多國變量系統(tǒng)的總體滿意段函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)從多醫(yī)變最向亜因變童的轉(zhuǎn)化DesignExpert、Minitab.SAS-JMP等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化軟件均饕供滿魚度甫欲計(jì)算法，在b藥提取卩叭輝發(fā)油包合卩等工藝環(huán)節(jié)均有應(yīng)用報(bào)道.在求解最優(yōu)工藝參敷生合時(shí)，蹟宰用為單目標(biāo)優(yōu)化的方注有敕值計(jì)幫和圖形觀

14、察.傳統(tǒng)數(shù)信計(jì)算法毛耍是共于棉度法蘇非找性規(guī)劃求解方法如逐次線枠規(guī)劃算法(SequentialLinearProgramming,SLP).斥列二次規(guī)戈,.算法(SequentialQuadraticProgramming.SQP),廣義詢約梯廈算法(GeneralizedReducedGradient)和擴(kuò)展的拉格朗口乘了法(AugmentedLagrangian.AL)它們都是辰郭搜素方逵，求解需要設(shè)置很好的初值點(diǎn)，只能求解凸問趣，而IL-次求解只能得列一個(gè)朋，不矩求系NP難問題.針對上述傳統(tǒng)代牝方法的缺陷，現(xiàn)代優(yōu)化算:去即所謂啟發(fā)式智能冀法則做了很好的解決，常見的啟發(fā)式算:去有遺傳算法(

15、GeneiicAlgorithms,GA)、模擬退.火(SimulatedAnnealing,SA人禁,4嗖索(TabuSearch;蟻群翼法(AnlColonyOptimization,ACO)利粒子群優(yōu)化算法(ParticleSwarmOplimizaiion,PSO)等，啟發(fā)式算法(非境度算法)在喪索全局爺優(yōu)解問題上有看非當(dāng)好的雷棒性能.并月在多目標(biāo)尋優(yōu)計(jì)算由發(fā)揮出良好的效果.啟發(fā)式算法在中藥制劑處方優(yōu)化卩叫中藥丹參卩叭秦皮夷取過程中均有應(yīng)用報(bào)道.多目標(biāo)優(yōu)化問越的解不是唯一的，而是存在一個(gè)Pareto最優(yōu)斛氣中藥制別工藝多目標(biāo)優(yōu)化中是否Pareto最優(yōu)隼里尚需進(jìn)一步探討.圖彤觀察濃自最常

16、用的是響應(yīng)曲面法(ResponseSurfaceMethodology,RSM)以線性回歸方栓作為伍數(shù)估算的工艮，在夕因素試驗(yàn)中，區(qū)素與因變量的相互關(guān)系用鄉(xiāng)項(xiàng)式報(bào)合.把各閔素和因變量的關(guān)系函數(shù)化.對函救的曲而進(jìn)行分析.研究閔索與因變爭之問、國素與因素之間檢相互關(guān)系，并進(jìn)行伏化.目前在中藥有效成分抿鬆純化和制劑制備I"列中有較多的應(yīng)用報(bào)道。有學(xué)者提岀可覘分析注通過將實(shí)臉散據(jù)直樓與考察變量繪成多恪2.5雅國E】的方式同時(shí)考瘵兩種不同的彫響閃素與梧標(biāo)之1的關(guān)系，然后貢摻從數(shù)幅用由找出昂作工藝的優(yōu)化區(qū)域.運(yùn)用此方法系焼研究了超廬淚提取機(jī)杷葉中的熊果酸的過愷但比2.5維圖本質(zhì)上是RSM羊高線因

17、.5復(fù)氽丄業(yè)全流程優(yōu)化目於，復(fù)雜工業(yè)過程商無統(tǒng)一定乂.其復(fù)雜性可概拾為兩個(gè)方而：認(rèn)識(shí)笑雜性和客觀復(fù)雜性.前者指對客觀工業(yè)過程中復(fù)雜性的有效理樓反表達(dá)；后者椅客觀工業(yè)過稈申某沖運(yùn)我或性態(tài)挎越層次后整合的、夂可還泉的新性態(tài)和相互關(guān)系.復(fù)雜多變的原料供應(yīng)、日新月與的技玳創(chuàng)新、瞬息萬變的市場需求，使得丄業(yè)企業(yè)已經(jīng)由過去旳單純追來大型化、離送化、連續(xù)化、轉(zhuǎn)向注重提髙產(chǎn)品質(zhì)呈、降低生產(chǎn)成本.減少資源消耗和環(huán)境污染、可持續(xù)發(fā)展的軌道上殘全流程優(yōu)化riant-MdcOptimization,PWO或Enterprise-wideOptimization,EWO)已成.為很余工立生產(chǎn)過經(jīng)的必然選擇I綜合自動(dòng)化的

18、前沿核心技術(shù)是生產(chǎn)制譴全流綬優(yōu)化控樹技術(shù).其內(nèi)涵是柱市場需求、韋能降耗、環(huán)保等約束條件下，通過優(yōu)化塊第產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化攸生產(chǎn)制譴仝流程運(yùn)行指標(biāo)和過程運(yùn)行控制指標(biāo)，通過生產(chǎn)制進(jìn)全疣程運(yùn)行優(yōu)化和過程運(yùn)行控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)行指標(biāo)的優(yōu)化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化I®.目前，國際上并沒有形說完壟地全流穆優(yōu)化理論和方注.由于全流程優(yōu)化控制糸統(tǒng)的被控對象由生產(chǎn)設(shè)備（或辻程）雯為整條生嚴(yán)線，其被控對象特性、控制目標(biāo).約束、諺及范圍及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出己有的控制理論和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的適用范國.一體化控制系統(tǒng)的構(gòu)建W精確的過程»£,42,.«型集成力式大規(guī)模優(yōu)化求解算法“和工具尊槨是全流程優(yōu)化控制所要解決的關(guān)緩問題【切.20世紀(jì)90年代以來，佶助商業(yè)化的洗程悅擬勺優(yōu)化控制軟件，如美國的八spenPlus.Pron.IJYSYS*英國的gPROMS等，國外化X,46k能泉叫制芟料等流程工業(yè)已