产品特色
内容简介
《制药设备使用与维护》以典型设备使用维护过程为依据,有效整合了制药工艺、药物制剂技术、制药化工过程与设备、制药安全技术等课程的部分内容,将化学合成制药工、药物制剂工中有关设备考核内容融入书中,按照原料药生产设备和制剂设备的使用规律进行编排,并选用典型制药设备的使用、维护、保养开展实训任务。任务实施中设有“能力目标”“知识目标”“实训设计”,任务后设有“思考题”和“课后任务”,便于学生自主学习和教师选用。
《制药设备使用与维护》采用将传统纸质教材与数字化教学资源融合一体编排的“富媒体”教材理念,为学生提供丰富的、可拓展的全新学习体验,也便于教师开展混合式教学。学生可以使用移动终端扫描二维码,随时随地观看彩图、视频、动画等多媒体素材。
《制药设备使用与维护》可作为高等职业教育制药、化工、高分子、轻工、印染、材料等专业的教材和相关企业高技能人才的培训教材,也可供从事药剂研发和管理的技术人员参考。
作者简介
杨成德,苏州健雄职业技术学院化学工程系,教研室主任、副教授,1990毕业于华东石油大学,从事化工类职业教育教学工作20多年。2003年主持两项科研项目,其中一项成果获得省科技厅认定为国内领先;两项发明获得国家发明专利授权;公开发表化工专业及职业教育类论文十余篇。
内页插图
目录
第一章 制药设备概述/1
一、制药设备 1
二、GMP与制药生产设备 3
三、药品包装机械 6
思考题 7
实训任务 认识制药企业与设备 7
课后任务 7
第二章 输送设备的使用与维护/8
第一节 输送设备简介 8
一、输送设备分类 8
二、输送系统简介 9
第二节 输送设备工作原理 11
一、液体输送设备 11
二、气体输送设备 16
三、粉体输送设备 16
第三节 输送设备的使用与维护 18
一、液体输送设备 19
二、气体输送设备 22
三、粉体输送设备 25
四、储存设备 27
思考题 28
实训任务 使用通风机 28
课后任务 30
第三章 传热设备的使用与维护/31
第一节 传热原理 31
第二节 传热设备 32
一、换热器 32
二、其他传热设备 36
第三节 传热设备的使用与维护 37
一、板式换热器的安装操作 37
二、板式换热器的维护保养 39
思考题 40
实训任务 使用管壳式换热器 40
课后任务 42
第四章 反应设备的使用与维护/43
第一节 药用反应设备 43
一、反应釜 43
二、发酵设备 48
三、新型化学反应器 54
四、现代生物反应器 56
第二节 反应釜的操作、维护与保养 58
一、反应釜的安全操作 58
二、反应釜的维护保养 59
第三节 发酵设备的操作、维护与保养 60
一、发酵罐的安全操作 60
二、发酵罐系统设备的维护保养 62
思考题 63
实训任务 使用反应设备 63
课后任务 64
第五章 分离设备的使用与维护/65
第一节 过滤与膜分离设备 65
一、过滤设备 65
二、膜分离设备 69
第二节 干燥设备 74
一、厢式干燥器 75
二、转筒干燥器 75
三、气流干燥器 76
四、喷雾干燥器 76
第三节 分离设备的操作、维护与保养 77
一、管式离心机 77
二、干燥机 78
三、压滤洗涤干燥机(三合一) 78
思考题 80
实训任务 使用过滤、洗涤、干燥(三合一)机 81
课后任务 82
第六章 提纯设备的使用与维护/83
第一节 提纯设备 83
一、蒸馏设备 83
二、萃取设备 89
三、结晶设备 93
四、蒸发设备 97
第二节 蒸馏与萃取设备的操作、维护与保养 100
一、精馏塔 100
二、萃取罐 101
思考题 102
第三节 结晶与蒸发设备的操作、维护与保养 102
一、结晶器 102
二、蒸发器 105
思考题 107
实训任务 使用提纯设备 107
课后任务 108
第七章 粉碎分级与混合设备的使用与维护/109
第一节 粉碎分级设备 109
一、粉碎设备 111
二、分级设备 117
三、均化设备 121
第二节 混合设备 124
一、三维运动混合机 125
二、槽形混合机 125
三、锥形混合机 126
四、自动提升料斗混合机 126
第三节 粉碎分级与混合设备的使用与维护 127
一、粉碎设备 127
二、筛分设备 128
三、混合设备 130
思考题 131
实训任务 使用粉碎、筛分、混合设备 131
课后任务 132
第八章 制药用水设备的使用与维护/133
第一节 制药用水生产技术与设备 135
一、水处理技术 135
二、水处理生产设备 137
第二节 制药用水设备的操作、维护与保养 145
一、药厂反渗透(RO)纯化水系统 145
二、纯化水制备系统 147
思考题 149
实训任务 使用蒸馏水机 149
课后任务 150
第九章 灭菌与洁净设备的使用与维护/151
第一节 灭菌原理与灭菌设备 151
一、干热灭菌 152
二、湿热灭菌 156
三、其他物理灭菌 159
第二节 药厂洁净设备 160
一、人员净化 160
二、物料净化 161
三、空气净化 162
第三节 设备清洁与灭菌设备的操作维护 163
一、万级洁净区 163
二、万级洁净区设备 164
三、微孔滤膜 164
四、空气净化系统 165
思考题 167
实训任务 维护灭菌和净化设备 167
课后任务 168
第十章 液体制剂设备的使用与维护/169
第一节 液体制剂简介 169
一、注射剂 170
二、输液剂 170
三、胶体型液体制剂 171
四、乳剂型液体制剂 172
五、混悬液型液体制剂 172
六、真溶液型液体制剂 172
七、眼用液体制剂 172
第二节 液体制剂生产设备 173
一、粉针剂机械 173
二、小容量注射剂机械及设备 174
三、大容量注射剂机械及设备 175
第三节 液体制剂生产操作与维护 177
一、小容量注射剂机械及设备 177
二、大容量注射剂机械及设备 184
三、安瓿灌封机 188
思考题 192
实训任务 维护粉针剂生产设备 193
课后任务 193
第十一章 固体制剂设备的使用与维护/194
第一节 固体制剂概述 194
一、片剂 194
二、颗粒剂 194
三、散剂 195
四、胶囊剂 195
五、滴丸剂 196
六、膜剂 196
第二节 固体制剂设备 197
一、固体制剂设备分类 197
二、典型固体制剂的主要生产设备 199
第三节 固体制剂设备的操作、保养与维护 217
一、旋转式压片机的操作步骤 217
二、旋转式压片机的维修保养 218
思考题 219
实训任务 维护片剂生产设备 219
课后任务 220
第十二章 半固体等制剂设备的使用与维护/221
第一节 半固体制剂 221
一、软膏剂 221
二、眼膏剂 222
三、凝胶剂 222
四、栓剂 223
第二节 气雾剂 224
一、气雾剂的分类 224
二、气雾剂的组成 224
三、粉雾剂 225
四、喷雾剂 226
第三节 半固体、气雾剂生产设备 226
一、软膏剂的生产方法 226
二、软膏剂的主要生产设备 228
三、眼用制剂机械简介 230
四、气雾剂制剂设备 231
第四节 半固体制剂设备的操作、维护与保养 231
一、配制工艺操作规范 231
二、生产工艺管理要点 233
思考题 233
实训任务 维护软膏剂、气雾剂生产设备 233
课后任务 234
第十三章 中药制剂设备的使用与维护/235
第一节 中药制剂工艺 235
一、中药材的预处理及炮制 235
二、中药材有效成分的提取工艺 236
三、中药浸膏、制剂的生产设备 236
第二节 中药制剂工艺要求与设备 237
一、中药材的预处理及炮制设备 237
二、中药材有效成分的提取设备 240
第三节 中药制剂设备的使用与维护 245
一、中药浸膏工艺设备 245
二、常用中药制剂设备 246
思考题 248
实训任务 维护中药生产设备 249
课后任务 249
第十四章 直接接触药品包装机械的使用与维护/250
第一节 直接接触药品包装机械简介 250
一、分类简介 250
二、GMP对药品包装机械的要求 253
第二节 直接接触药品包装的机械与设备 254
第三节 直接接触药品包装机械的操作维护 257
一、瓶包装机械 257
二、袋包装机械 257
三、泡罩包装机械 257
思考题 259
实训任务 保养充填机 260
课后任务 260
第十五章 药品外包装机械的使用与维护/261
第一节 药品外包装机械简介 261
第二节 药包材的制造机械与使用 264
一、药包材制造机械简介 264
二、药包材的领用 265
三、药包材验收、储存、发放操作规范 266
第三节 药品包装物外包装机械与设备 267
一、开盒机 267
二、印字机 269
三、贴标签机 270
第四节 药品外包装机械的操作与维护 270
思考题 274
实训任务 保养印包机 274
课后任务 275
附录 设备使用(运行)记录单、设备维护记录单、设备保养记录单/276
参考文献/279
前言/序言
本书立足于高等职业教育的课程项目化改革,兼顾传统教学的理论学习,以典型设备使用维护过程为依据,以职业活动为导向,是为培养符合化学合成制药工、药物制剂工职业资格要求的高技术应用型人才的需要而编写的。
书中内容以国家职业资格标准为基础,贯穿职业能力的培养,突出技能教育特色,配合项目教学法,体现工学结合的教学思路,落实了“双证融通”的行业要求。编者通过深入研究制药行业的职业资格标准和大范围下厂调研,明确了企业对员工的知识、能力、素质结构的要求,在编写过程中力求把理论与实训统一起来,实现技能训练与理论学习的有机结合。通过项目化整体设计和实施设计,在具有职业活动特色的项目情境中贯穿学习内容,任务驱动教学活动,有效整合了制药工艺、药物制剂技术、制药化工过程与设备、制药安全技术等课程的部分资源,形成了“能力为本、任务训练、学生主体、职业活动导向、项目载体、课程一体化设计”的项目化教学体系和过程考核的教学模式,将制剂工考核内容融合于课程项目教学之中,工学结合,按认识规律进行梳理,打破理论与实践的界限,充分体现理实一体化。项目实施通过明确任务、技能实训、知识学习、实训总结、理论拓展等多个层次,分层次组织教学内容,每一层次均配有相应的试验工作任务,依托常规试验装置,实现多门课程的融合。
本书共设有原料药生产设备、制剂生产设备、包装设备三个方面的实训项目,每个项目均由任务驱动,带动自主学习,按照学时数匹配项目;项目中的实训任务可根据实际情况合并或者拆分,灵活处理,为教学或者技能培训服务。在每章的任务实施中设有“能力目标”“知识目标”“实训设计”,使学生明确学习内容、学习方式及应达到的课程实训标准;任务前后有“思考题”和“课后任务”,便于学生自主学习和教师选用。
本书采用将传统纸质教材与数字化教学资源融合一体编排的“富媒体”教材理念,为学生提供丰富的、可拓展的全新学习体验,也便于教师开展混合式教学。学生可以使用移动终端扫描二维码,随时随地观看彩图、视频、动画等多媒体素材。
本书由苏州健雄职业技术学院杨成德担任主编并统稿,编写了第一章、第二章、第七章、第十章、第十三章、第十四章,以及实训任务、附录;苏州健雄职业技术学院潘亚妮编写了第三章、第五章、第六章;苏州健雄职业技术学院杜晓晗编写了第四章;苏州健雄职业技术学院朱少晖编写了第八章、第十一章、第十二章;苏州健雄职业技术学院陆豪杰编写了第九章;苏州健雄职业技术学院陈雪峰编写了第十五章;苏州健雄职业技术学院顾准教授担任主审。天津渤海职业技术学院杨永杰教授、国药致君万庆公司高级工程师滕佳对本书的编写给予了很大帮助,在此一并致谢。
由于编者水平所限,书中疏漏之处在所难免,敬请广大读者不吝赐教。
编者
2017年2月
工业机器人自动化生产线设计与应用 内容概述 本书深入探讨工业机器人自动化生产线的理论基础、核心技术、设计方法、集成实施以及在不同制造行业中的实际应用。全书旨在为读者提供一个系统、全面且实用的知识框架,帮助读者理解并掌握如何构建高效、柔性、智能化的工业机器人自动化生产系统。 第一章 工业机器人发展历程与趋势 本章首先回顾工业机器人在制造业中兴起和发展的关键节点,从早期简单的自动化设备到如今具备高度感知、决策和协同能力的智能机器人,梳理其技术演进脉络。随后,将重点分析当前工业机器人发展的几大趋势: 智能化与柔性化: 探讨人工智能、机器学习、计算机视觉等技术如何赋能机器人,使其能够适应多品种、小批量生产模式,实现更复杂的任务处理和环境交互。 协作化与人机协同: 深入研究人机协作机器人的工作原理、安全设计以及其在提升生产效率和改善工人工作环境方面的优势。 网络化与集成化: 讲解工业物联网(IIoT)和数字化工厂概念如何与机器人技术融合,实现生产数据的实时采集、分析和共享,以及机器人与其他生产设备的无缝集成。 绿色化与可持续发展: 分析机器人技术如何助力实现节能减排、资源优化配置,推动制造业向更加环保和可持续的方向发展。 特定行业应用深化: 讨论工业机器人技术在汽车制造、电子信息、食品加工、物流仓储等不同行业中的定制化需求和发展方向。 第二章 工业机器人本体与关键技术 本章将详细介绍工业机器人的基本构成单元及其核心技术原理。 机器人本体结构: 机械臂: 详细讲解不同类型的机械臂结构,如关节式机器人(SCARA、六关节)、并联机器人、Delta机器人等,分析其运动自由度、工作空间、负载能力、精度和速度等关键参数,并结合实际应用场景说明各类结构的优劣势。 末端执行器(End-Effector): 阐述抓手、焊接枪、喷涂工具、传感器等末端执行器的种类、功能和选型原则,强调其在实现机器人多样化作业任务中的重要性。 传动系统: 介绍伺服电机、减速器(谐波减速器、RV减速器等)、滚珠丝杠、齿轮齿条等传动元件的工作原理、性能特点及在机器人中的作用。 本体材料与设计: 探讨轻量化材料(如铝合金、碳纤维复合材料)的应用、结构优化设计以及如何提高机器人的刚度、动态性能和抗疲劳性。 机器人控制系统: 控制器(Controller): 讲解控制器的硬件架构、软件组成(实时操作系统、运动控制算法、路径规划等),以及其在接收指令、处理传感器信息、计算运动轨迹和发送驱动信号等方面的核心功能。 驱动系统: 介绍伺服驱动器、编码器、反馈控制回路的工作原理,以及如何实现对机器人关节的精确运动控制。 编程语言与接口: 讲解机器人离线编程(Offline Programming)和在线示教编程(Online Teaching)的方法,介绍常用的机器人编程语言(如RAPID、KUKA Robot Language等)以及机器人与其他设备通信的标准接口(如EtherNet/IP, Profinet, Modbus TCP等)。 传感器技术: 视觉传感器: 深入探讨机器视觉在工业机器人中的应用,包括图像采集(相机、镜头)、图像处理(特征提取、目标识别、定位)、三维感知(深度相机、激光扫描)等技术,以及在质量检测、工件抓取、姿态识别等场景下的应用。 力/力矩传感器: 讲解力/力矩传感器的工作原理、安装方式,以及其在精密装配、力控打磨、碰撞检测等任务中的作用。 接近传感器、编码器、激光测距仪等: 介绍其他常用传感器的类型、原理和在机器人定位、避障、状态监测等方面的应用。 第三章 工业机器人自动化生产线设计原则与方法 本章重点阐述如何从零开始设计一条高效、柔性的工业机器人自动化生产线。 需求分析与目标设定: 产品特性分析: 明确生产产品的类型、尺寸、重量、批量、精度要求、表面处理需求等。 工艺流程分析: 梳理产品从原材料到成品的完整工艺流程,识别其中可由机器人执行的关键工序。 生产效率与产能规划: 根据市场需求和生产周期,设定生产线的效率目标和产能要求。 成本效益分析: 评估引入机器人自动化生产线的投资回报率(ROI),包括设备投资、运行维护成本、人力成本等。 生产线总体布局与工艺设计: 生产线布局模式: 介绍直线型、U型、环形、并行线等不同的生产线布局模式,并根据产品特性、物流动线和空间限制进行优化选择。 工序分解与任务分配: 将复杂的生产任务分解为机器人可执行的子任务,并合理分配给不同的机器人或工位。 节拍与瓶颈分析: 运用节拍时间(Takt Time)概念,分析各工序的生产节拍,识别并优化生产线瓶颈,确保整体生产效率。 物料搬运与输送系统设计: 设计合适的输送带、AGV(自动导引车)、RGV(穿梭车)、升降机等物料搬运设备,实现工件在各工位之间的平稳、高效流转。 机器人选型与配置: 根据任务需求选择机器人类型: 结合工作空间、负载、精度、速度、作业环境等要求,选择最适合的机器人本体。 末端执行器选配: 根据抓取对象、作业精度、操作方式等,精确选择合适的抓手、工具等。 传感器集成方案: 根据工艺需求,设计集成视觉、力控或其他传感器,以满足感知、检测、反馈等功能。 安全防护设计: 严格按照国际和行业安全标准,设计安全围栏、安全光栅、急停按钮、安全区域等,确保人员和设备安全。 自动化集成与协同设计: PLC与机器人协同控制: 设计PLC(可编程逻辑控制器)与机器人控制器之间的通信协议和控制逻辑,实现生产线整体的协调运作。 MES/ERP系统集成: 考虑生产线与企业制造执行系统(MES)和企业资源计划(ERP)系统的对接,实现生产计划、物料管理、质量追溯等信息的互联互通。 仿真与验证: 利用专业的机器人仿真软件(如RobotStudio, RoboDK, V-REP等),对生产线布局、机器人运动轨迹、碰撞检测、节拍分析等进行仿真验证,优化设计方案,减少现场调试风险。 第四章 工业机器人自动化生产线实施与调试 本章关注生产线从设计到成功运行的实践过程。 设备采购与安装: 供应商选择与评估: criteria for selecting robot vendors, end-effector manufacturers, and system integrators. 现场准备与基础建设: 场地清理、地基加固、电源、气源、网络布线等现场准备工作。 设备搬运与就位: 详细说明重型设备的安全搬运、吊装和精确就位方法。 电气与气动连接: 规范的电气布线、气动管路连接,以及接地、防干扰等措施。 机器人离线编程与仿真优化: 离线编程策略: 介绍基于CAD模型和仿真软件进行机器人动作路径、姿态、速度等参数的离线规划。 轨迹优化与碰撞规避: 通过仿真不断调整和优化机器人运动轨迹,确保无碰撞,并提高运行效率。 节拍与生产能力评估: 在仿真环境中验证生产线的节拍时间和整体生产能力是否满足设计要求。 在线调试与参数优化: 单机器人调试: 逐个对机器人进行基本动作、坐标系、工具中心点(TCP)标定、速度和加速度参数的调试。 联动调试: 调试机器人与其他设备(如输送带、PLC、视觉系统)之间的联动逻辑,确保动作协调性。 传感器校准与集成调试: 对视觉系统、力传感器等进行精确校准,并验证其在实际工况下的准确性和稳定性。 参数微调与性能优化: 根据实际运行情况,对机器人运动参数、控制参数、工艺参数进行微调,以达到最佳的生产效率和产品质量。 安全功能测试: 严格测试所有安全防护装置和应急停止功能,确保其可靠性。 生产线验收与试运行: 工艺验证: 生产线能否稳定、高质量地完成所有预定的生产任务。 性能指标测试: 检验生产线的节拍、合格率、设备利用率等关键性能指标是否达标。 试生产与问题排查: 进行一段时间的试生产,记录运行数据,及时发现并解决潜在问题。 客户验收与交付: 与客户共同进行最终验收,签署验收报告。 第五章 工业机器人自动化生产线的维护与管理 本章探讨生产线投入使用后的长期运营与管理。 预防性维护与定期保养: 设备清洁与润滑: 制定详细的清洁和润滑计划,确保机器人本体和传动系统的良好运行状态。 易损件检查与更换: 定期检查关节轴承、编码器、线缆、密封件等易损件,并按规定进行更换。 电气与气动系统检查: 定期检查电气连接的牢固性,气源的洁净度和压力,以及气动元件的密封性。 软件与固件更新: 关注机器人系统软件和固件的更新,并按需进行升级,以获得更佳性能和安全补丁。 故障诊断与维修: 常见故障分析: 识别和分析机器人运动异常、通信中断、传感器失灵、程序错误等常见故障。 诊断工具与方法: 介绍利用控制器诊断信息、示波器、万用表等工具进行故障定位。 维修流程与备件管理: 建立标准化的维修流程,并合理储备关键备件,缩短停机时间。 远程诊断与支持: 探讨利用网络进行远程故障诊断和技术支持的可能性。 生产线性能监控与优化: 生产数据采集与分析: 利用MES系统或独立的SCADA系统,实时采集生产节拍、设备状态、良品率、能耗等数据。 OEE(设备综合效率)分析: 计算并分析OEE,识别生产线效率提升的空间。 持续改进机制: 基于数据分析结果,持续优化工艺参数、机器人程序、生产调度等,不断提升生产线性能。 人员培训与知识传承: 操作人员培训: 培训操作人员安全操作规程、日常检查、基本故障排除方法。 维护人员培训: 培训维护人员深入的设备原理、故障诊断、维修保养技能。 技术文档管理: 建立完善的技术文档体系,包括设备手册、操作规程、维护保养记录、故障案例库等。 第六章 工业机器人自动化生产线在重点行业的应用案例 本章将通过具体的案例研究,展示工业机器人在不同制造领域的成功应用。 汽车制造: 机器人焊接、喷涂、装配、搬运等应用,以及柔性生产线如何应对车型多样化需求。 电子信息: 表面贴装(SMT)、精密组装、AOI(自动光学检测)、产品搬运等应用,对精度和速度的高要求。 食品加工: 包装、码垛、分拣、卫生级机器人应用,关注食品安全和洁净度要求。 物流仓储: 自动化仓库的拣选、搬运、分拣机器人,AGV/AMR(自主移动机器人)在仓库内的应用。 金属加工: 机器人上下料、打磨、抛光、去毛刺等应用,以及在恶劣环境下的防护。 新能源领域: 电池生产的自动化装配、检测,光伏组件的生产线。 其他行业: 如家电制造、航空航天、生物医药(特定环节)等行业的机器人应用探索。 第七章 工业机器人自动化发展前景与挑战 本章展望工业机器人自动化生产线的未来发展方向,并分析面临的挑战。 发展前景: 与AI深度融合: 预测AI在机器人自主学习、决策优化、复杂任务规划中的作用。 边缘计算与云平台: 机器人与边缘计算、云平台结合,实现更强的实时处理能力和数据分析能力。 人机共融的进化: 协作机器人向更自然、更安全、更智能的人机交互方向发展。 模块化与标准化: 推动机器人模块化设计和标准化接口,降低集成难度和成本。 小型化与移动化: 发展适用于狭小空间或复杂地形的移动机器人。 面临的挑战: 高昂的初期投资: 自动化生产线的建设成本仍然是中小企业面临的障碍。 技术人才短缺: 缺乏具备机器人设计、编程、维护能力的高素质人才。 工艺适应性问题: 对于高度定制化、变化频繁的工艺,机器人系统的柔性仍然有限。 数据安全与隐私: 生产数据在互联互通过程中面临安全和隐私保护的挑战。 伦理与社会影响: 自动化对就业结构的影响,以及人机协作中的伦理考量。 本书内容涵盖了从理论到实践的工业机器人自动化生产线全生命周期,旨在为工程技术人员、研发人员、管理者以及对该领域感兴趣的读者提供一份详实的技术参考和实践指南。