CN105446282A - 虚拟制药用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法，其中该虚拟用水系统包括一读入单元、一计算单元、一生成单元和一控制单元；该读入单元用于读入参数；该计算单元用于实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比；该生成单元用于根据该计算单元计算出的当前的剩余水量百分比，生成该制水设备的开机时间的时间序列；该控制单元用于按照该生成单元生成的时间序列控制该制水设备开机。本发明弥补了现有技术中运用人工经验结合简单计算的方式估算制药用水系统的设计不足，能够准确地模拟制药用水系统的运行过程，并根据模拟结果对虚拟制药用水系统进行调控，达到水机产能、储罐体积及用水点峰值之间的动态平衡。

Description

虚拟制药用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟制药用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法。

背景技术

制药用水是制药行业中重要的原料，其参与了整个生产过程。制药用水系统包括：制水设备、储存设备、分配管网和用水设备。制水设备用于生产满足纯化水(PW)或注射用水(WFI)水质的制药用水，一旦制水设备的型号确定后，其产能为一定值；储存设备用于储存已经生产好的制药用水并为用水设备供水，储存设备需要具有一定的容积提供缓冲功能、以满足用水设备用水峰值时的用水量；分配管网把制药用水从储存设备输送到用水设备，并满足其流量、温度、压力和水质要求。

在制药用水系统的实际生产过程中，制水设备的产能、储存设备的容积和用水设备的用水量应当达到一个动态平衡状态。

这是因为，如果制水设备的产能小于用水设备的用水量，则储存设备内的制药用水用完后，将导致用水设备用水限制或无水可用，同时，储存设备内长时间处于低液位，将导致大量CO₂溶于水中，水质电导升高，很可能导致水质电导不符合药典要求；如果制水设备的产能大于用水设备的用水量，则要求储存设备具有较大的容积或造成制水设备的频繁开/关机，进而影响制水设备的使用寿命，同时，制水设备的产能过剩也会导致投资和运营成本方面的浪费。

同理，如果储存设备的容积偏小，则储存设备的储水能力不足、不能满足用水设备的较大用水量，造成制水设备频繁开/关机；如果储存设备的容积偏大，储存设备内水将无法及时更新，这会加快微生物的繁殖，增加制药用水系统微生物污染的风险。

由上可知，制药用水系统是否满足生产需求、制水设备的产能、储存设备的容积和用水设备的用水量是否达到动态平衡，将直接关系到制药产能和工厂经济效益，同时，它也间接关系到制药用水的质量。根据中国《药品生产质量管理规范》(GMP)2010版制药用水章节第九十七条规定：水处理设备的运行不得超出其设计能力。所以制药用水系统的设计在整个制药用水系统的建设过程中起到了重要作用。

现有技术中通常运用人工经验结合简单计算的方式进行制药用水系统的设计。根据用水设备的用水量估算适配于该用水量的制水设备的产能和储存设备的容积。但是这种方式一方面简单、粗略、过分的依赖于人工经验，很难考虑到整个生产周期内的所有水量变化，另一方面设计结果是否能符合生产需求往往只有在整个制药用水系统实际运行之后才能得到验证，若是验证出制水设备的产能和储存设备的容积不符合生产需求的话，通常已经造成设备一定程度上的损坏，具有滞后性。

发明内容

本发明解决了现有技术中运用人工经验结合简单计算的方式估算制药用水系统的设计不足，提供了一种能准确估算制药用水的虚拟用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

一种虚拟制药用水系统，其特点是，包括一读入单元、一计算单元、一生成单元和一控制单元；

该读入单元用于读入一制药用水系统的参数，该制药用水系统包括一制水设备、一用水设备和一用于储存该制水设备制备的水并向该用水设备供水的储存设备，该参数包括该制水设备的单位时间的产能、该用水设备运行的时间区间及在该时间区间内每一时刻的用水量、该储存设备的初始水量、该储存设备的容积、该储存设备的补水百分比和该储存设备的停止补水百分比，该补水百分比小于该停止补水百分比；

该计算单元用于实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比，该剩余V₀为该初始水量，t为当前的时刻，v_产为在0至t的时间范围内每一时刻的产能，v_用为在0至t的时间范围内每一时刻的用水量，V为该容积；

该生成单元用于根据该计算单元计算出的当前的剩余水量百分比，生成该制水设备的开机时间的时间序列，该制水设备的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比，该制水设备的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比，该开机时间是从开机至关机的时间区间，而不指执行开机操作的时刻；

该控制单元用于按照该生成单元生成的时间序列控制该制水设备开机。

在本技术方案中，该虚拟制药用水系统通过计算机软件准确模拟制药用水系统，实时、连续地计算剩余水量百分比，具有快速准确的优点。

较佳的，该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比；

该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用；

该控制单元还用于在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

一种虚拟制药用水系统的运行方法，其特点是，该运行方法用于运行上述的虚拟制药用水系统，该运行方法包括以下步骤：

读入该参数；

实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比；

根据当前的剩余水量百分比，生成该时间序列，该制水设备的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比，该制水设备的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比；

按照该时间序列控制该制水设备开机。

较佳的，该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比；该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用；

该运行方法还包括以下步骤：

在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

一种虚拟制药用水系统的修正装置，其特点是，该修正装置用于修正上述的虚拟制药用水系统，该修正装置包括：一计时单元、一读取单元和一修正单元；

该计时单元用于计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间，所述持续时间是指制水设备从开机至关机的时间区间，并不是指制水设备开机启动所需的时间；

该读取单元用于读取该计算单元计算出的所有的剩余水量百分比中的最小值；

该修正单元用于根据该计时单元计算的持续时间和该读取单元读取的最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。

在本技术方案中，该修正装置通过调节v_产、V和该补水百分比，使得该虚拟制药用水系统更符合生产需求，为建设实际的制药用水系统提供了参考。其中，选择“每次开机的持续时间为2-3小时”作为判断判断制药用水系统是否符合生产需求的优选条件是为了避免制水设备频繁开启关闭造成损伤，另一方面是，制水设备开启后都有一个内部自清洗的程序，这些清洗水就直接排掉了，自清洗完成后，才进行产水工作，如果制水设备开启频繁，清洗的次数多，清洗用水就浪费的多，所以，尽量避免频繁开启；选择“该剩余水量百分比的最小值为50％-60％”作为判断制药用水系统是否符合生产需求的优选条件是为了避免CO₂融入水中，满足此优选条件的实际的制药用水系统是设计比较适中的。

较佳的，该修正单元还用于根据该计时单元计算的持续时间和该读取单元读取的最小值，调节v_用。

一种虚拟制药用水系统的修正方法，其特点是，该修正方法用于修正上述的虚拟制药用水系统，包括以下步骤：

计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间；

读取计算出的所有的剩余水量百分比的最小值；

根据该持续时间和该最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。

较佳的，该修正方法还包括根据计算的持续时间和读取的最小值，调节v_用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的虚拟制药用水系统及其运行方法、修正装置及修正方法，能够准确地模拟制药用水系统的运行过程，并根据模拟结果对制药用水系统进行调控，达到制水设备的产能、储存设备的容积及用水点峰值之间的动态平衡，有利于在建设实际的制药用水系统时选择合适的生产设备、保证生产效率，减小了生产设备的损坏，达到用水设备对制药用水的需求和制水设备、储存设备初期投资的平衡点，减少初期投资、后期的运行中的浪费。

附图说明

图1为本发明的实施例的制药用水系统的结构示意图。

图2为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的示意框图。

图3为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第一种情况的水量-时间曲线图。

图4为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的修正装置的示意框图。

图5为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第二种情况的水量-时间曲线图。

图6为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第三种情况的水量-时间曲线图。

图7为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第四种情况的水量-时间曲线图。

图8为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第五种情况的水量-时间曲线图。

图9为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第六种情况的水量-时间曲线图。

图10为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第七种情况的水量-时间曲线图。

图11为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的第八种情况的水量-时间曲线图。

图12为本发明的实施例的虚拟制药用水系统的修正方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

一种制药用水系统，参见图1，包括一制水设备11、一用水设备12和一储存设备13，该储存设备13用于储存该制水设备11制备的制药用水并向该用水设备12供水，图中的箭头表示制药用水的流向。该制药用水系统的参数包括该制水设备11的单位时间的产能、该用水设备12运行的时间区间及在该时间区间内每一时刻的用水量、该储存设备13的初始水量、该储存设备13的容积、该储存设备13的补水百分比A和该储存设备13的停止补水百分比B，该补水百分比A小于该停止补水百分比B。

一种虚拟制药用水系统，参见图2，包括：一读入单元21、一计算单元22、一生成单元23和一控制单元24。

该读入单元21用于读入该参数。

该计算单元22用于实时计算该储存设备13的当前的剩余水量百分比，该剩余V₀为该初始水量，t为当前的时刻，v_产为在0至t的时间范围内每一时刻的产能，v_用为在0至t的时间范围内每一时刻的用水量，V为该容积。

该生成单元23用于根据该计算单元22计算出的当前的剩余水量百分比，生成该制水设备11的开机时间的时间序列，该制水设备11的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比A，该制水设备11的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比B。

该控制单元24用于按照该生成单元23生成的时间序列控制该制水设备11开机。

下面结合图3进一步说明一下虚拟制药用水系统：

图3为根据该虚拟制药用水系统绘制的第一种情况的水量-时间曲线图，横坐标表示时间点0-24(单位为h)，纵坐标为水量(单位为L)，其中，线M表示该制水设备11的v_产，约等于2100L/h；线N表示该用水设备12的v_用，在8点左右至9点及14点左右至15点的v_用约等于1000L/h，在9点至13点及15点至19点的v_用约等于2200L/h，其余时间的v_用等于0；该容积V等于6000L，初始水量V₀等于6000L；线A表示补水百分比，等于70％，对应的水量为4200L；线B表示停止补水百分比，等于100％，对应的水量为6000L。

该计算单元22利用剩余实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比D，图中线D表示该计算单元计算出的剩余水量百分比。

该用水设备12自8点左右起开始用水，剩余水量百分比D由6000L开始下降，直到该计算单元22计算出当前的剩余水量百分比D下降到低于补水百分比A(9点20分左右)时，该制水设备11开机制备水，因为v_产＜v_用，所以剩余水量百分比D在9点20分左右至13点一直下降，直至13点该用水设备12停止用水，此时剩余水量百分比D达到最小值E，为63.3％，又因为此时剩余水量百分比D还是小于补水百分比A，所以该制水设备11一直制备水直至剩余水量百分比D达到停止补水百分比B(14点10分左右)，待14点左右该用水设备12又开始用水，剩余水量百分比D又开始下降，重复上述过程。该生成单元23生成的时间序列为9点20分左右至14点10分左右及15点30分至20点10分左右。该控制单元24用于按照该生成单元23生成的时间序列控制该制水设备11在9点20分左右至14点10分左右及15点30分至20点10分左右开机。

此外，该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比。该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用。该控制单元24还用于在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

由此看出，本实施例的虚拟制药用水系统能够准确地计算当前的剩余水量百分比，达到准确地模拟制药用水系统的运行过程的效果，利用该时间序列能够准确地控制该制水设备11，满足制药用水系统的需求。

本实施例的一种虚拟制药用水系统的运行方法，该运行方法用于运行所述虚拟制药用水系统，该运行方法包括以下步骤：

读入该参数。实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比。根据当前的剩余水量百分比，生成该时间序列，该制水设备的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比，该制水设备的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比。按照该时间序列控制该制水设备开机。

该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比。该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用。该运行方法还包括步骤：在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

本实施例的一种虚拟制药用水系统的修正装置，该修正装置用于修正所述虚拟制药用水系统，参见图4，该修正装置包括：一计时单元31、一读取单元32和一修正单元33。

该计时单元31用于计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间。

该读取单元32用于读取该计算单元22计算出的所有的剩余水量百分比中的最小值，即线E。

该修正单元33用于根据该计时单元31计算的持续时间和该读取单元32读取的最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备11每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。该修正单元33还用于根据该计时单元31计算的持续时间和该读取单元32读取的最小值，调节v_用。

参见图3及图5-12，该虚拟制药用水系统可能出现的不满足上述优选条件的8种情况及该修正单元33的调节方式列举如下：

情况1、持续时间大于3h且最小值E大于60％(如图3)

这种情况的调节方式为：降低V、加大v_产或降低补水百分比A，通常选择上述调节方式中的一项或者两项或者三项结合即可使得该虚拟制水设备11每次开机的持续时间为2-3小时且该剩余水量百分比的最小值为50％-60％。具体可以先降低V，看是否满足优选条件，若持续时间还是大于3h，则加大v_产，若最小值E大于60％，则再降低补水百分比A直至满足优选条件。

情况2、持续时间大于3h且最小值E小于50％(如图5)

这种情况的调节方式为：加大v_产或调高补水百分比A，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先加大v_产，看是否满足优选条件，若不满足，则调高补水百分比A直至满足优选条件。

情况3、持续时间大于3h且最小值E正常(如图6)

这种情况的调节方式为：加大v_产或降低补水百分比A，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先加大v_产，看是否满足优选条件，若不满足，则降低补水百分比A直至满足优选条件。

情况4、持续时间小于2h且最小值E大于60％(如图7)

这种情况的调节方式为：减小v_产或降低补水百分比A，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先减小v_产，看是否满足优选条件，若不满足，则降低补水百分比A直至满足优选条件。

情况5、持续时间小于2h且最小值E小于50％(如图8)

这种情况的调节方式为：加大V或减小v_产，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先加大V，看是否满足优选条件，若不满足，减小v_产直至满足优选条件。

情况6、持续时间小于2h且最小值E正常(如图9)

这种情况的调节方式为：减小V或调高补水百分比A，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先减小V，看是否满足优选条件，若不满足，调高补水百分比A直至满足优选条件。

情况7、持续时间正常且最小值E大于60％(如图10)

这种情况的调节方式为：降低补水百分比A或增加v_产，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先降低补水百分比A，看是否满足优选条件，若不满足，增加v_产直至满足优选条件。

情况8、持续时间正常且最小值E小于50％(如图11)

这种情况的调节方式为：提高补水百分比A或降低v_产，通常选择上述调节方式中的一项或者两项结合即可。具体可以先提高补水百分比A，看是否满足优选条件，若不满足，降低v_产直至满足优选条件。

因为v_用与制药的其它环节相关，影响到制药的产量等因素，所以通常只有在不能通过上述调节方式满足优选条件时才考虑调节v_用。

该修正装置利用上述调节方式调节相关参数，使得制药用水系统达到优选调节，以调节后的参数作为依据，构建制药用水系统，既能够达到满足制药用水的需求，又能节省生产设备的成本。

本实施例的一种虚拟制药用水系统的修正方法，参见图12，该修正方法用于修正所述虚拟制药用水系统，包括以下步骤41-43：

步骤41、计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间。

步骤42、读取计算出的所有的剩余水量百分比的最小值；

步骤43、根据该持续时间和该最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。

该修正方法还包括根据该持续时间和该最小值，调节v_用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种虚拟制药用水系统，其特征在于，包括一读入单元、一计算单元、一生成单元和一控制单元；

该读入单元用于读入一制药用水系统的参数，该制药用水系统包括一制水设备、一用水设备和一用于储存该制水设备制备的水并向该用水设备供水的储存设备，该参数包括该制水设备的单位时间的产能、该用水设备运行的时间区间及在该时间区间内每一时刻的用水量、该储存设备的初始水量、该储存设备的容积、该储存设备的补水百分比和该储存设备的停止补水百分比，该补水百分比小于该停止补水百分比；

该计算单元用于实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比，该剩余V₀为该初始水量，t为当前的时刻，v_产为在0至t的时间范围内每一时刻的产能，v_用为在0至t的时间范围内每一时刻的用水量，V为该容积；

该生成单元用于根据该计算单元计算出的当前的剩余水量百分比，生成该制水设备的开机时间的时间序列，该制水设备的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比，该制水设备的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比；

该控制单元用于按照该生成单元生成的时间序列控制该制水设备开机。

2.如权利要求1所述的虚拟制药用水系统，其特征在于，该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比；

该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用；

该控制单元还用于在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

3.一种虚拟制药用水系统的运行方法，其特征在于，该运行方法用于运行如权利要求1所述的虚拟制药用水系统，该运行方法包括以下步骤：

读入该参数；

实时计算该储存设备的当前的剩余水量百分比；

根据当前的剩余水量百分比，生成该时间序列，该制水设备的开机条件包括当前的剩余水量百分比低于该补水百分比，该制水设备的停机条件包括当前的剩余水量百分比高于该停止补水百分比；

按照该时间序列控制该制水设备开机。

4.如权利要求3所述的运行方法，其特征在于，该参数还包括一停机百分比，该停机百分比低于该补水百分比；该停机条件还包括当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用；

该运行方法还包括以下步骤：

在当前的剩余水量百分比低于该停机百分比且v_产＜v_用时控制该用水设备停机。

5.一种虚拟制药用水系统的修正装置，其特征在于，该修正装置用于修正如权利要求1所述的虚拟制药用水系统，该修正装置包括：一计时单元、一读取单元和一修正单元；

该计时单元用于计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间；

该读取单元用于读取该计算单元计算出的所有的剩余水量百分比中的最小值；

该修正单元用于根据该计时单元计算的持续时间和该读取单元读取的最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。

6.如权利要求5所述的修正装置，其特征在于，该修正单元还用于根据该计时单元计算的持续时间和该读取单元读取的最小值，调节v_用。

7.一种虚拟制药用水系统的修正方法，其特征在于，该修正方法用于修正如权利要求1所述的虚拟制药用水系统，包括以下步骤：

计算该时间序列中该制水设备每次开机的持续时间；

读取计算出的所有的剩余水量百分比的最小值；

根据该持续时间和该最小值，进行v_产、V和该补水百分比的任意一种组合的调节，以使得调节后的制药用水系统中制水设备每次开机的持续时间为2-3小时且所有剩余水量百分比的最小值为50％-60％。

8.如权利要求7所述的修正方法，其特征在于，该修正方法还包括根据计算的持续时间和读取的最小值，调节v_用。