现代中药制药数字孪生关键技术
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作者李正主编
出版社上海科学技术出版社
ISBN9787547865279
出版时间2024-01
装帧精装
开本16开
定价128元
货号15210398
上书时间2024-12-31
商品详情
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作者简介
李正，博士，研究员、博士生导师，天津中医药大学中药制药工程学院院长，中华中医药学会中药制药工程分会副主委。本科硕士毕业于浙江大学化学工程专业，博士毕业于美国密歇根州立大学化学工程专业，主要从事中药智能制造关键技术及装备的研发与产业转化应用基础研究。国家中医药管理局“组分中药与智能制造”多学科交叉创新团队带头人，“中药优选制药与信息化技术融合示范研究”国家科技重大专项负责人，天津中医药大学中药制药国家一流专业负责人，全国中医药行业高等教育“十四五”规划教材主编（《中药制药设备与车间设计》）， “组分中药国家重点实验室”中药智能制药方向带头人，天津市“青年千人”，天津市131创新型人才培养工程第一层次人才，相关研究成果获2020年度天津市科技进步特等奖，2022年度天津市教学成果一等奖。发表研究论文200余篇（SCI收录50余篇），申请发明专利30余项，授权专利10余项。
目录
第一章引言001
第一节数字孪生技术的历史和发展001
一、数字孪生技术的基本概念和定义001
二、数字孪生技术的起源002
三、数字孪生技术的发展进程002
第二节数字孪生技术的研究现状和应用价值003
一、数字孪生技术的研究现状003
二、数字孪生技术的典型特征004
三、数字孪生技术的应用价值004
第三节数字孪生技术与中药制药006
第二章中药制药领域中的数字孪生技术008
第一节中药智能制造的内涵与特征008
一、中药智能制造的内涵008
二、中药智能制造的特点009
第二节智能制药与数字孪生技术010
一、智能制药的定义与特征010
二、数字孪生技术在智能制药中的应用010
第三节数字孪生技术的技术特点和核心要求011
一、数字孪生技术的技术特点011
二、数字孪生技术应用的核心要求011
三、嵌入数字孪生技术应用的显著特点012
第四节数字孪生技术在现代中药制药中的应用012
第三章中药制药数字孪生技术架构015
第一节中药数字孪生技术架构015
一、物理组件016
二、虚拟组件016
三、数据管理017
第二节中药制药数字孪生技术的关键技术017
一、数据采集技术017
二、数字化建模技术019
三、模拟仿真技术020
四、数据分析和挖掘技术020
五、决策优化技术021
第三节中药制药工艺对数字孪生技术要求022
一、中药制药行业需要解决的痛点问题022
二、中药智能制造技术的需求分析023
三、中药制药工业的智能制造关键技术体系024
第四章中药制药数字孪生技术数据采集技术026
第一节数据采集技术026
一、过程参数的数据采集技术026
二、药品质量的数据采集技术039
第二节实时信号处理技术045
一、单片机技术046
二、PLC技术047
三、FPGA技术049
四、DSP技术050
五、GPU技术051
六、CPLD技术051
第三节数字空间与物理空间的数据交互052
一、数据传输052
二、数据处理054
三、数据储存054
第四节微波技术用于中药制药投料前整包含水率在线检测055
一、仪器与材料056
二、实验方法057
三、结果与讨论058
第五节高光谱成像结合人工智能技术探索天然金银花提取物的干燥行为063
一、材料和方法064
二、实验结果分析067
三、高光谱技术的技术优势071
第五章中药制药过程建模与仿真072
第一节制药过程建模方法072
一、模型开发072
二、模型类型073
第二节基于机理模型的中药真空带式干燥工艺研究075
一、真空带式干燥的数字孪生技术方法构建075
二、真空带式干燥过程的数值模拟078
三、真空带式干燥过程的工艺优化079
四、真空带式干燥过程优化决策过程086
第三节制药过程仿真技术088
一、制药过程仿真的一般流程088
二、仿真结果验证089
三、仿真常用软件090
第四节中药制药过程仿真——旋风分离器090
一、旋风分离器物理结构091
二、旋风分离器流场数值模拟092
三、金银花提取液干燥颗粒物性参数测定与设备得粉率测定094
四、流场数值模拟结果及分析096
第五节制药过程建模与模拟仿真的技术趋势和技术壁垒106
第六章基于数字孪生技术的智能控制系统108
第一节传统控制系统与智能控制系统108
一、传统控制系统108
二、智能控制109
三、预测性控制110
第二节中药提取过程智能优化控制117
一、传统PID控制提取过程117
二、提取设备流场数值模拟118
三、DMC预测算法127
四、基于DMC算法的中药提取微沸状态控制实验130
五、基于数字孪生技术的预测控制研究132
第三节中药浓缩过程优化控制133
一、中药浓缩过程的基本原理和发展现状133
二、智能控制技术在中药浓缩过程中的应用135
三、基于动态矩阵控制算法控制浓缩过程135
四、支持向量机在中药浓缩浓度的软测量141
第四节中药干燥过程智能优化控制149
一、传统的建模方法149
二、新的建模方法149
三、喷雾干燥工艺参数的预测控制152
第五节基于机理模型的中药喷雾干燥工艺研究153
一、喷雾干燥过程理论模型154
二、干燥动力学实验构建干燥动力学模型155
三、喷雾干燥实验装置结构156
四、数值求解与模拟158
五、金银花提取物的喷雾干燥160
六、基于深度强化学习的过程优化163
第七章基于数字孪生技术的中药制药过程智能优化166
第一节中药制药过程优化的基本问题166
第二节中药制药过程优化的技术结构167
第三节工艺过程优化方法分类168
一、基于数学优化的算法168
二、基于元启发式算法的算法169
三、基于深度学习的算法170
四、综合方法173
第四节基于模拟仿真对中药溶媒回收工艺动态优化控制173
一、PID控制器继电反馈法自整定调谐控制系统174
二、基于模拟仿真的中药溶媒回收系统设计174
三、动态控制系统建立与仿真实验175
第五节基于模拟仿真对中药浓缩过程研究188
一、实验部分188
二、过程仿真模拟191
三、结果讨论与分析192
第六节基于深度强化学习的甘草真空带式干燥工艺优化决策201
一、数据准备201
二、工艺决策优化目标的确定201
三、在线工艺决策205
四、优化结果分析206
第八章中药制药数字孪生技术的应用与展望208
第一节数字孪生技术在中药智能生产线应用208
一、生产线工艺优化的基本技术208
二、多智能体优化技术209
三、以中药浓缩干燥生产过程为例对多智能体优化工艺进行探讨210
第二节中药制药数字孪生技术面临的挑战和问题215
一、数字孪生技术的局限性和不足216
二、中药复杂性和多样性的挑战217
三、数据收集和处理的难题218
第三节未来发展趋势219
一、中药制药数字孪生技术的未来发展趋势219
二、数字孪生技术与其他技术的融合221
参考文献222
内容摘要
本书重点介绍了数字孪生现有的发展水平、技术特点、研究动态，并从硬件和软件两个方面，分别探讨了数字孪生中数据采集、数据分析、智能决策和预测控制等技术在中药制药工业中的具体应用。同时以中药制药环节中的提取、浓缩和干燥等具体工艺环节为例，分析了现有工艺的技术缺陷，重点讨论了数字孪生技术在这些生产工艺环节中的具体应用。通过工程实践数据和实验室小试数据的对比分析，讨论了数字孪生技术在工程应用环节的部署实施方案，并展示了对现有工艺所带来的实际工程效果。本书主要读者对象主要为从事中药制药生产、科研以及设计的广大科研人员、管理干部、技术工人以及相关院校的师生，亦可是化工领域或者相关工业领域的相关从业人员和相
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