第六章第六章 药剂机械总体设计药剂机械总体设计6.1 概述6.2 药物制剂机械设计与GMP6.3 药物制剂机械总体布局6.4 药剂机械传动系统设计6.5 药剂自动机的控制系统6.6 药剂机械的功率.目录目录6-1 概述 GMP实施的深入对符合GMP要求的制药机械的需求越来越迫切；对设备生产企业提出了更严格的要求。 生产符合GMP要求的制药机械不仅仅是单纯技术问题： 多方位考虑（思维、管理 、设计制造、质量监督）要学习国外经验，密切注视GMP的动向； 反思自身产品，积极征求意见和改进设计等； 领先一步理解GMP最新要求，并使之应用于新产品的设计。在深入理解GMP 真谛基础上为药品生产企业提供符合GMP要求的药剂设备。不仅是保证药品质量的需要，也是参与市场竞争的需要。 使符合GMP最新要求的新产品以最快速度进入市场 。为此：领会GMP:在学习领会GMP时，应理解GMP的基本要素是：1、人为因素控制到最低限度；2、有效防止药品受到污染和质量下降；3、建立健全的生产质量保证体系。 基本要素不仅针对药品生产过程，同样也适用于药机产 品： GMP对设备的设计等各方面要求，也是根据GMP基本要素提出的。应围绕GMP的基本要素，按GMP对设备的要求去进行。概述xu 药物制剂机械分属两类：加工性质的自动机械，如压片机、洗瓶机、灭菌烘箱等；包装性质的自动机械，如铝塑包装机、粉针分装机等。 药剂机械总体设计具有特殊性工艺要求不同、GMP规范的要求等。 药剂机械总体设计的作用是药剂自动机结构设计的前提和依据。 药剂机械总体设计思路确定工艺方案、确定传动方法、确定执行机构等。概述续药剂机械总体设计内容： （1）确定应用范围、生产能力； （2）进行工艺分析（确定工艺方法、路线、工位数、绘工艺原理图等）； （3）进行总体布局（选择机型、确定部件、整体布置等）； （4）确定传动方案（传动路线、方式、传动件及其运动方式等）； （5）工作循环图设计； （6）初选执行机构的结构、运动形式； （7）拟定电、气、液等辅助系统原理图； （8）方案技术经济分析（加工工艺分析、同类机型性能比较、成本估算与效益分析等）。6-2 药物制剂机械设计与GMP一 药物制剂机械GMP设计原则二 药物制剂机械外观设计三 设备接口问题四 药物制剂机械润滑设计五 药剂机械设计GMP实施技术要点.本节介绍：一、 药剂机械GMP设计原则GMP要求药剂机械的设计等符合生产过程和质量控制，具体要求体现在：1、符合工艺要求，能防止差错和交叉污染。 （安全、稳定、可靠，便于生产操作和维修保养，） 2、结构简单，易清洁、灭菌，（拆装方便、就地清洗clean in place，CIP和就地灭菌sterilization in place，SIP）。3、传动部件密封良好、隔离保护、润滑、冷却防污染（当驱动摩擦而产生的微量异物及润滑无法避免时，应隔离保护；对于必须进 入工作室的机件也必须采取措施。）4、与药品直接接触部分应平整、光洁、避免死角、易清洁（尽可能不设计有台、沟及外露的螺栓连接）。5、5、设备的材质选择应严格控制，不得对药品性质、纯度、质量产生影响，需具有安全性、辨别性及使用强度：（1）与药品直接接触的零部件均应选用无毒、耐腐蚀、不与药物反应、不释出微粒及不吸附物料的材料；（2）生产无菌药品的设备及容器等宜选用低碳不锈钢；（3）与药物及腐蚀性介质接触的及潮湿环境下工作的均应选用低碳不锈钢、钛及钛复合材料或铁基涂复耐腐蚀、耐热、耐磨等涂层的材料；非上述部位使用 的可选用其它材料，但原则上均应作表面处理；（4）同一部位（部件）所用材料一般须一致，不应出现不锈钢件配用普通螺栓的情况；（5）广泛使用的非金属材料，如保温、密封、过滤材料、工程塑料及垫圈等橡胶制品，原则是无毒性、不污染、不松散掉渣或掉毛，还应考虑耐热、耐油、 不吸附、不吸湿、卫生等性质。6、6、装有物料的设备尽量密闭，应采取防双向污染、防尘 、防漏、隔热、防噪声等措施。7、合理设置有关参数测试点以满足验证的要求，仪表、 计量计数准确，调节控制稳定可靠等。8、防燃防爆（在易燃易爆环境中的设备应采用防爆电机，并设有消除静电及安全保险装置）。9、注射剂灌装设备应采用100级层流保护完成工作。10、药液、注射用水及净化压缩空气管道的设计应严格 要求（材料应无毒、耐腐蚀，内表面应经电化抛光、易清洗，避免死角、盲管 ，连接应采用快卸式、终端设过滤器，结构应防止微生物的滋生和污染）。11、产品设计实现标准化、通用化、系列化和机电一体 化，生产过程连续密闭、自动检测。12、压力容器除符合GMP规范外，还应符合“钢制压力容 器”GB的有关规定。二、药剂机械外观设计药品生产中频繁换品种、换批 须避免物料的交叉污染、 成份改变和发生反应 严格清除设备内外部的粉 尘、清洗粘附物等GMP要求设备外形整洁就是 为达到易清洁彻底而规定的。 “豪华”外观功 能和外观作用普 遍被接受和理解 ，但这点仍是 GMP坚持对设备 的一个最直接的 评价项目。由此引申出外观设计几点：1、形体的简化2、机构的安置3、包覆式结构.1、形体的简化A、强调对凸凹形体的简化，这是对设备整体以及必须暴露的局部来讲的，也包括某些直观可见的零件在GMP观点下，这种要求可以说是强加于设计的; B、形体的简化可使常规设计中的凸凹、坑、台变得平整简洁、减少死角，可最大限度地减少藏尘积污，其最 主要的是易于清洗; C、当遇到按常规设计与这一观念矛盾时，就应按简洁的原则解决。例图.变变形设计设计手轮的变形设计.台面机构竖轴轴竖轴轴 座的变变形设计设计2、机构的安置一台设备有若干组成部分，包含多个不同作用的机构。对与药品生产操作无直接关系的机构，应尽可能设计成 内置、内藏式在进行药剂机械设计时，遵循只要有可能内置的决 不外置原则设备外形简洁和结构紧凑。例：隧道烘箱：设备外部只设计安排操作控制部分，外观只有进口 、出口和操作屏，而传动及有关工作部分均为内置；多冲旋转压片机：其台面只安置用于操作和控制的按钮、手柄等 部分，其余工作机构和动力及传动部分均被安置于压片机机体内， 成为内藏式结构。 当然，在采用这种结构时，是否易于检修、润滑和更换备件应 在设计时就要考虑进去。3、包覆式结构制药机械应用的特殊性对设备表面材料的选用有其特 殊要求，但考虑多种因素包覆式结构在药剂机械中非常多见：如将复杂机体、本体、管线、装置等用板材包覆起来平整、简洁、易清洁等目的简便、实用。但要注意的是，不能一“包”了之，而忽视包覆层的其 它功能作用：防水密封作用需散热通风而开设百页窗考虑拆卸以便检修等。 采用包覆式结构时应全面考虑操作、维修及上述的功能 要求。三、设备接口问题在药品生产系统中，设备与厂房设施、设备与设备、 设备与使用管理之间都存在互相衔接和影响的问题，即 接口关系。设备的接口主要是指设备与相关设备、设备与配套工 程方面的互相衔接和影响关系，这种关系对设备本身乃 至一个系统都有着连带影响。 介绍： 1、接口及其设计重要性 2、接口与连续生产 3、接口与配套设施.1、接口及其设计重要性接口就设备本身来讲，有进口和出口之分。进口指工作介质（蒸汽、压缩气、原料、水等）进入设备中的连 接装置及材料、物料的传送、输入端的接合部;出口指设备使用中所排废水、气、尘等及传送部分的输 出端。接口问题对设备的使用及系统的影响程度是不应低估的:气动系统中的气动阀前无压缩气过滤装置，阀被不洁气体、污物堵塞而产生 设备控制故障；纯水输水管系统中有非卫生的管道泵造成水质下降；多效蒸馏水机排弃水出口安装成非直排结构致使容器气堵；传送设备、器具不统一、不配套等都反映在接口问题上。 接口的系统化配套设计是设备正常使用和生产协调的关 键。2、接口与连续生产 GMP特别强调制药工艺环节的连续性: 以缩短药物、药品暴露的时间，减少被污染的机率； 设备连线、联动成为制药机械发展的趋向。在非连续且不具连线条件的设备居多的情况下，单元操 作较为普遍致使药物多次传送、洗好的瓶要放着待用、灌装时人 工排瓶等；使得污染因素增大，其根本问题就在于不连续。解决问题的措施: 用PC机对设备进行时间控制及自动卸料来达到密闭操作； 小型液压提升机可改进为与相关设备配套的密闭自动加料装置； 离子交换设备树脂再生的自动处理系统等； 一机多能、自动化产品促进设备间的联系。 以上都反映出接口及其设计促进生产连续的关键作用。3、接口与配套设施设备与工程配套设施的接口问题比较复杂设备安装能否符合GMP，与厂房设施、工程设计有关；工程设计中，通常设备选型在前接口决定着配套设 施；要求设备接口及工艺连线设备规范和标准化；构成一个符合GMP的药品生产系统。 处理好设备的接口关系就可避免上述提及的因生产不连续而产生的若干问题 使设计的机械设备与相关设备及配套工程相互协调 在符合GMP条件下正常使用，加工生产出合格药品。四、药剂机械的润滑设计任何进行运转的机械设备都须有润滑。对制药机械而言更须很好地设计润滑。润滑的重要性 润滑不良的原因 润滑设计的必要性 润滑设计的注意事项.润滑的重要性设备可靠运转的稳定性，既是反映设备状态的指标，又 是关系生产能否正常进行的关键。任何机器都会有故障，机械故障是导致生产不正常的主 要因素；在机械故障中，近80的原因是由于机件磨损： 灌封机因灌装凸轮或从动滚轮磨损、拉杆销孔磨损等产生间隙导致灌装机构无法调节出稳定的剂量；贴签机因摆签凸轮磨损或步进器内滚轴磨损致使标签位置不正、废品增多；包玻璃纸机因牵纸或推盒滑块磨损致使滑轨动作震颤造成掉盒、卡盒，无法连续工作等等。 零部件早坏现象突出，半数都与设备润滑不良相关。 可见：摩擦磨损相对运动零部件损坏润滑对设备的保养维护及可靠运转是相当重要的。润滑不良的原因引起润滑不良的原因可归纳为以下三方面：（1）润滑不到位和不规范（制药机械动作复杂、机构多样、润滑点多，现多由人工完成等）；（2）润滑条件恶化（需润滑的部位较多处于不密封或遮挡不良，与药品生产特殊性要求不相符合，机构极易受药物、清洗剂、水的侵蚀）；（3）不易润滑（倡导设备外观简洁后，传动机构被尽可能下置内藏、 外形结构多采取包覆式，造成一些隐密润滑点，非主观性的增大了润滑不良） 。实施润滑中，有受人和设备条件制约的这一情况；设 备的效率、运行质量、使用寿命与设备润滑质量相关。改变润滑不良状况： 规范保养、提高操作素质； 作为硬件的设备本身，应从其结构上改善润滑和密封措施，这 是解决润滑质量、提高润滑水平的关键有必要把润滑这个看似操作上的问题，摆到设计位置上审视。润滑设计的必要性1）从机械设计角度理解认识磨擦润滑减磨关系磨擦与润滑不可忽视（有资 料表述：金属与金属在有润滑和无润滑之间的磨擦系数相差28倍润滑的作用是显而易见的） 。 就制药机械来说： 它几乎包含了当代所有机械传动及运动的方式存在着高副、低副多种界面摩擦形式的有形磨损。 涉及介质性质复杂（化学、腐蚀、粘附、毒性、热敏性、挥发性等）存在着介质腐蚀引起的无形磨损（扩展性磨损 ）易损件超出拟定范围。（例如：拉丝灌封机灌装拉杆、轴支架等，虽有套、衬保护,但仍抗不住 药、水混合侵蚀 厂家表列了10种易损件，但实际常备约20种之多。） 因此，对设备功能及结构的改进，设计好润滑和密封等，其 效果应该说大于维护的作用。 （2）对克服设备结构上扩展性磨损这一问题： 扩展性磨损作为用户润滑保养只是为保持其原有状态获得高质量、高产出率、低成本.一般对设备结构不具改变能力，只是依附性的；作为设备制造方可改善设备功能以最大限度的适用性满足使用需要。此处的适用性是指包括润滑、密封且不污 染等体现药品生产特点的、区别于普通机械 的性能