CN105093959A - 一种药品生产过程三维仿真装置与仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种药品生产过程三维仿真装置，包括元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、元素坐标计算模块、仿真场景构建模块、接口模块及一中央控制模块，将药品生产过程涉及的工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别的要素进行有机融合，并通过3D图像引擎对药品生产过程进行全程仿真和三维重现，有效将虚拟现实技术应用于药品生产过程的仿真；支持人机互动，用户可通过输入接口输入指令，实现人机交互，动态更新仿真场景；支持定制化的编辑，可由用户根据需要编辑所需的仿真场景输入参数，进行个性化构建和改造，而不是按照固定的模式进行训练，更具灵活性。本发明还涉及一种药品生产过程三维仿真方法。
Description
技术领域
本发明涉及药品生产与数据处理技术领域，具体而言涉及一种药品生产过程三维仿真装置与仿真方法。
背景技术
药品生产是一个复杂且连续的过程，其中包括原料的筛选和投入、加料控制、中间控制与校准、压片处理、资料检查、废品和副产物产物处理、包装等，涉及的原料、人员、设备等多种因素，而且需要高精度、高效率的进行配置和控制，因此整个药品生产过程的需要一个复杂而庞大的控制系统。
随着医药产业的快速发展，现有简单的控制系统模型已经越来越不能满足药品生产的控制需要，尤其是无法直观地、支持模拟实际操作的需要。
而且，医药生产过程对于药物制剂从业人员的素质要求也日益提高，尤其是随着药品生产GMP认证的全面推行，对受训者需要加强在教学和实践过程中的实验实训、技能考核等多方面的内容，使受训者能够快速、全面地了解在GMP环境下的药物制剂的生产过程、生产设备及质量控制等关键技术，尤其是药学类专业受制于《药品生产质量管理规范》等有关药品生产质量管理的相关法规，实践教学体系中的实训教学环节还不能有效地实施，受训者只能够硬性地掌握理论知识，对所学知识直观性认识较差，降低了对职业技能的掌握及限制了创新能力，影响教学效果。
近年来，教师也着力将信息化技术应用于药学类相关课程教学中，但存在一些普通的困难和问题：第一是缺乏互动性；第二是缺乏开放的编辑平台。现有的药学类虚拟教学软件还不具备体现一个产品人、机、料、环、法、检六大要素的有机融合，没有构建一与真实生产场景相吻合的虚拟化生产车间，未能体现出“生产工作人员”、“教师”等各种模拟角色在场景中与操作者的对话互动，无法解决实操实训危险性太大、实操实训费用太高、小概率事件再现、环境污染等问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种药品生产过程三维仿真装置与仿真方法，满足现有技术尤其是医药生产教学实训方面的需求，可将药品生产过程进行全程仿真和三维重现。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明所提出的技术方案如下：
一种药品生产过程三维仿真装置，包括元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、元素坐标计算模块、仿真场景构建模块、接口模块以及一中央控制模块，该中央控制模块分别与元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、仿真场景构建模块和可操作物件的事件驱动模块连接，其中：
元素输入模块用于输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别；
可辨识处理模块用于对元素输入模块输入的元素进行可辨识化处理，将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，所述多种元素经可辨识化处理后形成多种元素库；
封装模块用于将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标；
元素坐标计算模块用于计算确定元素在三维空间中的位置坐标；
接口模块用于提供用户从外部可接近地操作接口，并实现仿真场景下可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化；
仿真场景建立模块，用于根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，并且根据外部输入的交互指令实现药品生产仿真场景的动态更新。
进一步的实施例中，所述仿真场景建立模块基于3D图像处理引擎实现所述药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
进一步的实施例中，所述3D图像处理引擎为一Unity3D引擎。
进一步的实施例中，所述3D图像处理引擎为一cult3D引擎。
进一步的实施例中，所述药品生产过程三维仿真装置还包括一显示界面，与所述中央控制模块，用于显示所构建的药品生产仿真场景以及动态更新后的药品生产仿真场景。
本发明的另一方面还提出一种药品生产过程的三维仿真方法，其实现包括以下步骤：
步骤1、输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别；
步骤2、对输入的各个元素进行可辨识化处理，即将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，前述步骤1输入的元素经可辨识化处理后形成多种元素库；
步骤3、将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标；
步骤4、根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，其中各元素在三维空间中的位置中标由一元素坐标计算模块计算确定；
步骤5、判断是否接收外部输入的交互指令，如果是，则识别交互指令并完成仿真场景下对应可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化，然后进入步骤6；否则进入步骤8；
步骤6、利用前述元素坐标计算模块计算并更新前述交互指令对应可操作物件的位置坐标；
步骤7、基于更新后的可操作物件的位置坐标，动态更新药品生产仿真场景；
步骤8、判断是否结束仿真，如果否，则返回前述步骤5；如果是则结束药品生产三维仿真。
进一步的实施例中，所述步骤4，通过一3D图像处理引擎实现药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
进一步的实施例中，所述步骤4，通过一Unity3D引擎实现药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
由以上本发明的技术方案可知，本发明提出的药品生产过程三维仿真装置与仿真方法，与现有技术相比，其显著优点在于：
1)将药品生产过程涉及的工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别抽象成具体，实现六大要素的有机融合，并通过3D图像引擎对药品生产过程进行全程仿真和三维重现，有效将虚拟现实技术应用于药品生产过程的仿真；
2)本发明的仿真装置和方法支持人机互动，用户可通过鼠标、键盘、触摸屏等输入接口输入指令，实现人机交互，动态更新仿真场景，具有良好的互动性和实用性；
3)本发明的仿真装置和方法支持定制化的编辑，可由用户根据需要编辑所需的仿真场景输入参数，进行个性化构建和改造，而不是按照固定的模式进行训练，更具灵活性，可适应各用户的实际用工情况和要求，利用本发明的方案可更好地满足职业教育和企业用工需求之间的需要矛盾。
附图说明
图1为本发明一实施方式药品生产过程三维仿真装置的模块连接示意图。
图2为标准数据结构的示例。
图3为图1实施例中药品生产过程三维仿真装置的模拟药品生产工作过程的一个示例，以压片处理为例。
图4a、4b为图3所示示例的具体实现示意图，图4a和4b在连接点A处联系。
图5所示为本发明一实施方式药品生产过程三维仿真方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图1所示为本发明一实施方式药品生产过程三维仿真装置的模块连接示意图，其中，一种药品生产过程三维仿真装置，包括元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、元素坐标计算模块、仿真场景构建模块、接口模块以及一中央控制模块，该中央控制模块分别与元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、仿真场景构建模块和可操作物件的事件驱动模块连接。
元素输入模块用于输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别。
工具是指药品生产过程涉及的各类工具，例如进料桶、物料桶、接料桶等。
人员是指药品生产过程涉及的各类人员，例如生产组长、操作员等。
设备是指药品生产过程涉及的各类设备，例如压片机、捏合机等。
物料是指是指药品生产过程涉及的各类物料，例如地黄(原料)、淀粉(原料)、地黄淀粉混合物(中间品)、阿胶等。
记录是指药品生产过程涉及的各类记录文件，例如清场记录文件、设备标识文件、设备合格证等。
环境是指药品生产过程涉及的各类环境参数和条件，例如温度、湿度、压差、光照、通风、无菌、无静电、真空等。
可辨识处理模块用于对元素输入模块输入的元素进行可辨识化处理，将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，所述多种元素经可辨识化处理后形成多种元素库。元素库包括有工具库、物料库、人员库、设备库、车间库、环境库。
例如，将记录文件中的清场记录文件命名为R001，设备合格证命名为记录文件R002，将工具中的进料桶A命名为T001，接料桶A命名为T002，将设备中的压片机命名为E001，将物料中的地黄命名为M001，将环境中的压强命名为V001，当然上述距离仅仅是示例，并非用以限定各元素的命名结构。
封装模块用于将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标。如图2所示为标准数据结构的一些示例，当然这些示例并非用于限制本发明的实施方式。
元素坐标计算模块用于计算确定元素在三维空间中的位置坐标。
接口模块用于提供用户从外部可接近地操作接口，并实现仿真场景下可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化。
如图2所示的标准数据结构，其中的驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素。例如，记录文件R001，即清场记录，其驱动源为QA人员(即质检人员)，是指质检人员的状态变化将引起清场记录R001发生变化。又如，工具T001，即进料桶，其驱动源为批生产记录，是指批生产记录的状态变化将引起进料桶T001发生变化。诸如此类。
仿真场景建立模块，用于根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，并且根据外部输入的交互指令实现药品生产仿真场景的动态更新。
较佳地，仿真场景建立模块基于3D图像处理引擎实现所述药品生产仿真场景的构建以及动态更新。更优选地，前述3D图像处理引擎为一Unity3D引擎或者cult3D引擎。
作为可选的实施方式，如图1所示，药品生产过程三维仿真装置还包括一显示界面，与中央控制模块，用于显示所构建的药品生产仿真场景以及动态更新后的药品生产仿真场景。
下面以图3和图4a、4b所示的模拟药品生产工作过程的具体仿真实现过程，补充说明上述图1实施例的药品生产过程三维仿真装置的具体实现(以压片处理为例)。
在元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块完成数据的基础处理后，装置将根据用户编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，其中各元素在三维空间中的位置中标由元素坐标计算模块计算确定。
药品生产3D基础静态模型库可以采用现有技术中常见3D模型库中的常规数据，例如门、彩钢板、窗户、药品原料(淀粉的3D模型、地黄的3D模型等)、桶、搅拌机等。
在静态的药品生产仿真场景构建完成后，直观地在显示界面上表征反馈给用户。这时候，用户可通过鼠标、键盘、触摸屏等输入接口输入指令，进行人机交互。装置将根据用户所操作(例如对可移动物件的移动、翻转等动作)，重新计算其坐标位置，并利用3D图像处理引擎进行仿真场景的动态更新。如此，动态更新仿真场景，重现药品生产过程，并可由用户进行自由操作，具有较好的互动性和实用性。
参考图5所示，本发明的另一方面还提出一种药品生产过程的三维仿真方法，其实现包括以下步骤：
步骤1、输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别；
步骤2、对输入的各个元素进行可辨识化处理，即将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，前述步骤1输入的元素经可辨识化处理后形成多种元素库；
步骤3、将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标；
步骤4、根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，其中各元素在三维空间中的位置中标由一元素坐标计算模块计算确定；
步骤5、判断是否接收外部输入的交互指令，如果是，则识别交互指令并完成仿真场景下对应可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化，然后进入步骤6；否则进入步骤8；
步骤6、利用前述元素坐标计算模块计算并更新前述交互指令对应可操作物件的位置坐标；
步骤7、基于更新后的可操作物件的位置坐标，动态更新药品生产仿真场景；
步骤8、判断是否结束仿真，如果否，则返回前述步骤5；如果是则结束药品生产三维仿真。
优选地，所述步骤4，通过一3D图像处理引擎实现药品生产仿真场景的构建及动态更新。
优选地，所述步骤4，通过一Unity3D引擎或cult3D引擎，实现药品生产仿真场景的构建及动态更新。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (9)
1.一种药品生产过程三维仿真装置，其特征在于，包括元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、元素坐标计算模块、仿真场景构建模块、接口模块以及一中央控制模块，该中央控制模块分别与元素输入模块、可辨识处理模块、封装模块、仿真场景构建模块和可操作物件的事件驱动模块连接，其中：
元素输入模块用于输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别；
可辨识处理模块用于对元素输入模块输入的元素进行可辨识化处理，将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，所述多种元素经可辨识化处理后形成多种元素库；
封装模块用于将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标；
元素坐标计算模块用于计算确定元素在三维空间中的位置坐标；
接口模块用于提供用户从外部可接近地操作接口，并实现仿真场景下可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化；
仿真场景建立模块，用于根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，并且根据外部输入的交互指令实现药品生产仿真场景的动态更新。
2.根据权利要求1所述的药品生产过程三维仿真装置，其特征在于，所述仿真场景建立模块基于3D图像处理引擎实现所述药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
3.根据权利要求2所述的药品生产过程三维仿真装置，其特征在于，所述3D图像处理引擎为一Unity3D引擎。
4.根据权利要求2所述的药品生产过程三维仿真装置，其特征在于，所述3D图像处理引擎为一cult3D引擎。
5.根据权利要求1所述的药品生产过程三维仿真装置，其特征在于，所述药品生产过程三维仿真装置还包括一显示界面，与所述中央控制模块，用于显示所构建的药品生产仿真场景以及动态更新后的药品生产仿真场景。
6.一种基于权利要求1所述药品生产过程三维仿真装置的药品生产过程三维仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、输入药品生产过程的多种元素，前述元素包括工具、人员、设备、物料、记录及环境六种类别；
步骤2、对输入的各个元素进行可辨识化处理，即将元素以元素简称+编号的形式进行命名，并在后续的仿真构建中以所命名的结构名称代表该元素，前述步骤1输入的元素经可辨识化处理后形成多种元素库；
步骤3、将元素库中的各元素封装成一标准数据结构，该标准数据结构配置下述六类属性：1)元素类别，表明元素的种类；2)结构名称；3)显示名称，表明元素在显示界面上的名称；4)状态，表明元素在SOP标准规程库中所呈现的形式；5)驱动源，表明影响元素自身状态发生变化的源元素；6)元素坐标，表明元素在三维空间中的位置坐标；
步骤4、根据外部编辑输入的场景数据调用所述元素库中的多种元素以及一药品生产3D基础静态模型库构建药品生产仿真场景，其中各元素在三维空间中的位置中标由一元素坐标计算模块计算确定；
步骤5、判断是否接收外部输入的交互指令，如果是，则识别交互指令并完成仿真场景下对应可操作物件的事件驱动，该事件驱动是指驱动元素状态发生变化，然后进入步骤6；否则进入步骤8；
步骤6、利用前述元素坐标计算模块计算并更新前述交互指令对应可操作物件的位置坐标；
步骤7、基于更新后的可操作物件的位置坐标，动态更新药品生产仿真场景；
步骤8、判断是否结束仿真，如果否，则返回前述步骤5；如果是则结束药品生产三维仿真。
7.根据权利要求6所述的药品生产过程三维仿真方法，其特征在于，所述步骤4，通过一3D图像处理引擎实现药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
8.根据权利要求6所述的药品生产过程三维仿真方法，其特征在于，所述步骤4，通过一Unity3D引擎实现药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
9.根据权利要求6所述的药品生产过程三维仿真方法，其特征在于，所述步骤4，通过一cult3D引擎实现药品生产仿真场景的构建以及动态更新。
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