程孟璇，邱雪皎，刘霓昀，党秀，缪怡君

    (中国电子工程设计院有限公司，北京 100142)

    在“工业4.0”和“中国制造2025”的战略背景下，借助数字孪生技术能够多、快、好、省、合规、智慧地创造下一代工厂。随着中国经济的快速发展，叠加国内医疗体制改革、人口老龄化等因素的影响，国内医药市场飞速发展[1-2]。2022 年的《十四五医药工业发展规划》提出：医药工业将进入加快创新驱动发展、推动产业链现代化、更高水平融入全球产业体系的高质量发展新阶段。在数字化的背景下，利用数字化的方法实现符合医药行业布局逻辑和药品生产质量管理规范(Good Manufacturing Practice of Medical Products，GMP)的制药工厂自动布局对医药行业尤为重要[3]。在医药领域，固体制剂占据着国际用药主流剂型的地位，且在国际市场中，其预计将以6.5%的市场增长率快速上升[4]。固体制剂工艺设备标准化程度高且通用性强，工艺流程成熟稳定，具有典型性，因此本文选择以固体制剂为切入点进行数字化自动工艺布局设计。

    固体制剂工厂不同于其他高科技厂房，工艺房间众多，且制药工序长、工艺复杂，在布局设计时不仅要考虑生产工艺流程的流畅性[5-8]，还要考虑到GMP 中一些为保证药品质量和安全设置的条例。其中最主要的一点，就是在制药工厂中的主要设备需要布置在单独的房间中形成一个工艺站，而不是简单的流水线大开间式厂房。这就使得这些设备和相应的设备间绑定为一个整体。考虑到此特殊需求，在自动工艺布局时可以引入模块化的思想，将设备房间模块化[9]。那么工艺布局就简化为一定约束条件下的矩形排样问题，寻求合适的算法解决矩形排样问题即可找到工艺布局的最优解[10-12]。

    1 自动工艺布局流程

    进行制药工厂工艺布局设计，首先要对工艺流程及工艺设备进行梳理，即传统制药工厂设计的第一步——物料衡算及设备选型；确定工艺流程及工艺设备后，将工艺设备固化在设备模块中，并形成符合制药工程要求的设备房间模块；最后，由于厂房的布局设计必须符合药品生产要求，应当能够最大限度地避免污染、交叉污染，因此布局设计时需要按照工艺流程对设备房间进行矩形排样，形成自动工艺布局[13]。

    1.1 物料衡算及设备选型

    普通口服制剂种类虽然繁多，但生产工艺流程之间相差并不大，一般都包含粉碎、筛分、称量、配制、制粒、干燥、总混、剂型塑型、内包装、外包装等工序，主要区别仅在于剂型不同(如压片、包衣、胶囊、颗粒)和包装形式不同(如板、瓶) ......