一种产品物料配方的生产管理方法及系统与流程

本发明涉及生产监测，更具体地说，本发明涉及一种产品物料配方的生产管理方法及系统。

背景技术：

1、在制药行业中，高剪切混合技术是制备悬浮剂、乳剂和凝胶等药品制剂的关键工艺之一，其涉及使用高速旋转的混合器来迅速混合物料配方，目的是实现高效的成分分散和均匀混合。高剪切混合过程能够有效地打破物料间的聚集体，促进不同组分之间的充分融合，从而确保制剂的均一性和稳定性。

2、尽管如此，传统的对物料配方混合过程的监控多依赖于经验判断和离线的质量控制方法，这些方法在实时识别和调整物料配方混合过程中的潜在风险方面存在明显不足，不足以实时识别和调整物料混合过程中的潜在风险，从而不能准确地对物料混合过程中的潜在风险进行预警，可能会导致物料配方混合不佳，导致药品制剂产品质量不稳定甚至生产安全事故。

3、为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种产品物料配方的生产管理方法及系统以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种产品物料配方的生产管理方法，包括如下步骤：

4、s1：通过测定混合器内部在高剪切混合过程的能量耗散率，判断混合器内部是否存在局部过热风险，在混合器内部不存在局部过热风险时，评估混合器内部的局部过热风险隐患程度；

5、s2：对高剪切混合过程中空气被掺入混合器内的情况进行分析，评估物料混合过程均一性的隐患程度；

6、s3：基于混合器内部是否存在局部过热风险的判断结果和物料混合过程均一性的隐患程度，确定高剪切混合过程的安全性，高剪切混合过程的安全性包括安全性严重和安全性隐患低；

7、s4：在高剪切混合过程的安全性为安全性隐患低时：通过分析混合物料中的电荷分布异质性，评估高剪切混合过程中的静电风险程度；通过分析混合物料微观流变性质的实时变化，评估高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度；

8、s5：将混合器内部的局部过热风险隐患程度、高剪切混合过程中的静电风险程度以及高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度进行综合分析，评估高剪切混合过程的潜在安全隐患，并判断是否发出预警。

9、在一个优选的实施方式中，通过测定混合器内部在高剪切混合过程的能量耗散率，判断混合器内部是否存在局部过热风险，具体为：

10、根据混合器的实际几何尺寸和操作条件，建立数值模型；

11、在cfd中将混合器内部的流体空间划分为多个网格单元；

12、设置适当的边界条件和初始条件；

13、获取应力张量、剪切率张量和局部温度；

14、对每个网格单元应用熵生成率公式计算每个网格单元的熵生成率；

15、将网格单元的熵生成率与熵生成率阈值进行比较：当混合器内部存在网格单元熵生成率大于熵生成率阈值的网格单元的情况，则判定混合器内部存在局部过热风险。

16、在一个优选的实施方式中，在混合器内部不存在局部过热风险时，评估混合器内部的局部过热风险隐患程度，具体为：

17、获取所有的网格单元的熵生成率，对所有的网格单元的熵生成率进行标准差分析，计算得到熵生成率分布波动指数。

18、在一个优选的实施方式中，对高剪切混合过程中空气被掺入混合器内的情况进行分析，评估物料混合过程均一性的隐患程度，具体为：

19、收集空气掺入数据，空气掺入数据包括气泡的数量、大小、分布以及压力和声波信号；

20、计算空气掺入指数，其表达式为：；其中，是空气掺入指数，是检测到的气泡数量，是第个气泡的直径，是检测到的气泡的编号，是混合器的总体积。

21、在一个优选的实施方式中，基于混合器内部是否存在局部过热风险的判断结果和物料混合过程均一性的隐患程度，确定高剪切混合过程的安全性，具体为：

22、设定空气掺入指数阈值，将空气掺入指数与空气掺入指数阈值进行比较：

23、当空气掺入指数大于空气掺入指数阈值时，则判定生成空气渗入严重信号；当空气掺入指数小于等于空气掺入指数阈值时，则判定生成空气渗入正常信号；

24、当混合器内部存在局部过热风险或生成空气渗入严重信号时，则判定高剪切混合过程的安全性为安全性严重；否则，则判定高剪切混合过程的安全性为安全性隐患低。

25、在一个优选的实施方式中，通过分析混合物料中的电荷分布异质性，评估高剪切混合过程中的静电风险程度，具体为：

26、记录混合器内各个粒子的电荷量和粒子空间位置；

27、将每个粒子视为网络中的一个节点；根据粒子之间的电荷相互作用力构建节点之间的边；

28、使用库仑定律计算粒子之间的电荷相互作用力；

29、计算每个节点的集中度；

30、计算网络中所有节点的平均集中度；计算网络中所有节点的集中度的标准差；

31、将网络中所有节点的平均集中度和网络中所有节点的集中度的标准差进行相乘，得到混合静电风险指数。

32、在一个优选的实施方式中，通过分析混合物料微观流变性质的实时变化，评估高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度，具体为：

33、实时收集混合物料在不同位置的粘度数据；记录混合过程中的图像数据；

34、计算混合器内每个位置的局部粘度，其表达式为：；其中，是位置的局部粘度，代表在混合器内部的某一点的坐标位置，是基线粘度，是局部粘度扰动的幅度，是自然对数的底数，是索引，是粘度扰动源的总数，是第个粘度扰动源的位置坐标，是粘度扰动影响的空间范围；

35、计算混合行为异常指数，混合行为异常指数为混合器内部所有位置的局部粘度的平均值。

36、在一个优选的实施方式中，将混合器内部的局部过热风险隐患程度、高剪切混合过程中的静电风险程度以及高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度进行综合分析，评估高剪切混合过程的潜在安全隐患，并判断是否发出预警，具体为：

37、将熵生成率分布波动指数、混合静电风险指数以及混合行为异常指数进行归一化处理，将归一化处理后的熵生成率分布波动指数、混合静电风险指数以及混合行为异常指数分别赋予预设比例系数后，计算得到物料混合隐患评估系数，通过物料混合隐患评估系数评估高剪切混合过程的潜在安全隐患；

38、设定物料混合隐患评估阈值，将物料混合隐患评估系数与物料混合隐患评估阈值进行比较：

39、当物料混合隐患评估系数小于等于物料混合隐患评估阈值时，则判定生成物料混合安全信号；

40、当物料混合隐患评估系数大于物料混合隐患评估阈值时，则判定生成物料混合隐患预警信号。

41、另一方面，本发明提供一种产品物料配方的生产管理系统，包括局部过热判断模块、过热风险评估模块、混合均一分析模块、混合安全判断模块、静电风险评估模块、行为异常评估模块以及混合隐患预警模块；

42、局部过热判断模块通过测定混合器内部在高剪切混合过程的能量耗散率，判断混合器内部是否存在局部过热风险；

43、过热风险评估模块在混合器内部不存在局部过热风险时，评估混合器内部的局部过热风险隐患程度；

44、混合均一分析模块对高剪切混合过程中空气被掺入混合器内的情况进行分析，评估物料混合过程均一性的隐患程度；

45、混合安全判断模块基于混合器内部是否存在局部过热风险的判断结果和物料混合过程均一性的隐患程度，确定高剪切混合过程的安全性，高剪切混合过程的安全性包括安全性严重和安全性隐患低；

46、在高剪切混合过程的安全性为安全性隐患低时，静电风险评估模块通过分析混合物料中的电荷分布异质性，评估高剪切混合过程中的静电风险程度；行为异常评估模块通过分析混合物料微观流变性质的实时变化，评估高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度；

47、混合隐患预警模块将混合器内部的局部过热风险隐患程度、高剪切混合过程中的静电风险程度以及高剪切混合过程中混合物料的行为异常程度进行综合分析，评估高剪切混合过程的潜在安全隐患，并判断是否发出预警。

48、本发明一种产品物料配方的生产管理方法及系统的技术效果和优点：

49、1、通过在高剪切混合过程中实时监测能量耗散率和空气掺入情况，显著提高了制药过程的监控效率和安全性。首先，通过测定能量耗散率来判断混合器内是否存在局部过热风险，这一步骤使得在生产管理中能够即时识别出由于设备过载或操作不当导致的过热问题，从而采取措施避免可能的化学降解或物料损失。其次，分析空气掺入情况有助于评估物料混合过程的均一性，保证混合物的质量符合预定标准，通过结合局部过热风险的判断和物料混合均一性的评估，能够精确确定高剪切混合过程的安全性。这种方法使得药品生产过程在安全性上可以分为“安全性严重”和“安全性隐患低”两个等级，从而允许操作者根据实际情况调整生产参数，优化过程控制，显著提高生产的安全性和效率，确保最终产品的质量和稳定性。

50、2、通过对高剪切混合过程中的电荷分布异质性和微观流变性质进行分析，增强了对静电风险和行为异常的预警能力。通过监测电荷分布的异质性，可以有效预防因静电积聚引发的安全事故，如火花或爆炸，特别是在处理易燃易爆或高敏感性物料时至关重要。同时，对微观流变性质的实时变化分析，为制药企业提供了一个强大的工具，以识别和调整可能影响最终产品质量的过程参数，计算物料混合隐患评估系数为企业提供了一个量化工具，用于评估整个高剪切混合过程的安全风险，确保通过预警系统及时发现并处理潜在的生产隐患，最终实现安全、稳定且高效的药品生产。