虽然重点是优化商业制造厂的运营，但真正的效率在于在第一次试验中获得准确的结果。高效产品设计创造的开发、简化和加速依赖于过程参数的实时分析。
本文评估了在试点研究中投入时间和金钱进行实时过程测量的好处。
在制造单元中，实时工艺分析系统的使用已经有所增加。6西格玛模型提出在制造环境中实施自动化分析和控制，以最小化操作的可变性和由其造成的低效。
通过制造过程的自动化，产品的质量大大提高，生产成本大大降低。经济学对自动化有利，因为通过自动化实现的储蓄超过了在自动化上的投资。
在试点规模上，从财务角度来看，做出自动化的决定可能不容易，因为潜在的优势是可观的，但它们不是立即可见的或容易量化的。为了更快速和高效的商业化，保持一致的操作和有效地关联因果关系是很重要的，以便过程和产品开发过程同时得到改进。这增加了许多部门在研发上花费时间的重要性。
这篇文章探讨了在线粒子分析的角度作出投资的实时测量在试点规模。各种案例研究表明，这些系统有助于改进流程开发，从而带来更多利润。
试验工厂试验
重点是开发一个强大的过程，以确保长期的盈利能力和生产过程的一致性，因为产品从早期的研发阶段到商业化。试点规模的试验在这一转变中发挥了重要作用。相对来说，运行一个试点工厂(代表一个特定的部分或整个现有或拟议的全面工厂)来测试拟议处理解决方案的可行性的成本较低。
“相对”一词的使用意味着，在大多数情况下，试点规模的试验会花费巨大的费用，这种投资应该被视为现在为将来的回报而花费的现金，而不是期望立即的回报。最重要的因素是使效率最大化。考虑到实时分析的贡献，可考虑以下试点研究目标：
- 确定具有高成本效益的工艺设计
- 确立新技术的实用性
- 收集有代表性的样品用于产品测试
- 定义过程的操作信封，其中包括确保产品符合规范的一组条件
- 建立有效的控制策略
在适当的时候实现上述目标需要快速而全面地了解过程。试验阶段可在基本实验室调查之后直接进行，以证明产品设计的可行性。在这个阶段，对各种制造方案的了解最少，需要快速发现。
实时测量的作用
通过实时测量关键过程或产品参数，可以显著提高中试装置的实验效率和控制能力。例如，在一项旨在评估最佳研磨条件的试验中，比较使用周期性粒度测量和实时分析因为粒度决定了产品的特性。
每次采集样本进行定期离线分析时，会提供过程快照。这包括从植物中提取材料，在不同的地方进行分析，最后返回结果。样本提取和结果获取之间存在不可避免的时滞。
在铣削过程中，当铣削参数改变时，存在的颗粒会立即产生影响。对激发的粒子进行取样，对其进行处理，差不多一小时后得出结果。通过仔细的相关性，可以准确地确定初始变化的效果，但只有在评估多个样本后，才能对结果进行精确的量化。
在磨机中断运行的情况下，很难区分基线稳态变化和变化的影响。相比之下，对现有材料粒度的实时或连续监测由于以下几个原因证明是有益的。
其中一个好处是，操作人员可以方便地观察工厂的运行情况，从而使操作变得轻松，并为实验建立更准确的基线。在维护稳定的操作状态时，收集可用于产品测试的代表性数据也容易得多。
最显著的好处是，无论何时进行更改，都可以立即跟踪结果。通过连续的过程分析，可以快速对因果进行统计量化。在这里，实验的速度仅取决于过程动力学，取决于改变在工厂中缓慢流动所需的时间。
实时过程分析能够快速、高效地验证多个实验条件，快速、完整地获取结果。通过实时测量，实现更稳定的中试装置操作和精确捕捉甚至最微小的过程变化是可能的。该功能加快并改进了流程开发工作，还增强了对建议解决方案的信心。
实时过程分析的潜在好处如下所述。
案例研究：为分离器效率测试生产合适的乳液
开发切实可行的解决方案以提高原油加工效率是巴西联邦Itajuba大学(UNIFEI)一个团队的主要目标。
他们的研究领域之一是评估和改进水包油乳液分离器。饲料乳状液的生成是本项目的一个重要方面。这些乳液与石油加工中发现的乳液相似。乳液的最大流速可达18 m百分之三本项目的试验规模单位维持小时数。工作压力和油浓度根据特定应用的要求而变化。
该项目是基于乳液生产的一致性。只有保持稳定的进料，才能评估分离器的效率和改进工艺方案。在这里，实时分析乳化装置中出料的粒径，保证了试验台的稳定运行。通过改变试验台条件，评估激光衍射在线分析仪监测乳化液液滴大小的能力的测试试验获得的数据如图1所示。
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图1。研究油浓度和生产压力对水包油乳液液滴大小影响的实验。
表1。研究油浓度和生产压力对水包油乳液液滴大小影响的实验。
| 浓度(ppm) |
乳化液阀压力(棒) |
模糊度（%） |
Dv50（µm） |
Dv90(µm) |
| (1) 560 |
三 |
60 |
25.52 |
74.69 |
| (2) 1150 |
三 |
73.3 |
27.34 |
75.57 |
| (3) 1670 |
三 |
82.1 |
27.84 |
77.06 |
| (5) 1670 |
5 |
87.2 |
21.25 |
61.66 |
| (6) 1670 |
8 |
93.1 |
13.25 |
43.13 |
| (7) 1670 |
10 |
95.9 |
9.28 |
33.02 |
| (8) 1830 |
10 |
97 |
8.72 |
32.27 |
| (9) 1830 |
12 |
98.2 |
5.98 |
26.63 |
当试验1 ~ 3中浓度增大时，对颗粒的体积矩均值D[4,3]和D的影响可以忽略不计欧洲杯猜球平台五90，大多数粒子居群位于其下，但模糊度有所增加(红线)。从分析源激光器到达探测器的光随着遮挡的增加而减少。较高的浊度意味着较高的油浓度增加了工艺流的不透明度。
在试验5 ~ 7中，乳化液生产时施加的压力稳定增加，使D值下降五50，其中的少数粒子居宗以下，以及D五90在试验8中，油浓度进一步增加，从而使模糊度增加到97.5%。在最终试验（9）中，压力进一步增加至12巴，以产生具有非常细液滴的乳液，且具有D五90/26.63µm。
从屏幕截图的时间轴可以看出，所有测试均在一小时内完成，这证明了在线分析仪在允许操作员快速发现、设置和控制实验条件以形成合适乳液方面的贡献。
在远离试验台的情况下，对不稳定乳化液的分析可能会非常繁琐，导致确定最佳生产条件的时间延迟。此外，控制生产试验台的持续过程可以更好地研究下游分离过程的效率。
案例研究：创新设备设计2020欧洲杯下注官网
意大利法拉利Granulati的工程团队是大理石粉末和颗粒制造的市场领导者，在对生产新型大理石粉末的各种磨机类型进行广泛评估后，他们缩小了立式辊磨机（VRM）的范围。基于能源效率和设备占地面积选择VRM是一项挑战。生产特定细度的粉末时，不定期使用这些研磨机：Dv50在3到8µm之间，Dv98在15到50µm之间。2020欧洲杯下注官网
法拉利Granulati的工程师与STM（一家磨机制造商）合作，启动了一个项目，利用VRM开发一种新的磨机电路，以交付符合规格的材料。电路的终端部件是用于最终产品分离的分类器。最初的步骤是安装Insitec在线粒度分析仪，以收集粒度信息。
收集影响颗粒尺寸的因素的信息，并直观地修改硬件，对于针对每个应用定制磨机，使其达到最佳性能至关重要。在这个案例研究中，团队证明了对连续测量来简化过程的需求，并确认了这一点。在实时粒径分析的帮助下，该团队能够快速评估修改带来的好处，并致力于开发最佳的处理方案。
虚拟样机一般不用于生产维生素D粉五98低于50µm，因为此类尺寸的材料容易在压实欧洲杯足球竞彩压路机下方滑动，而不受其影响。这种粉碎机的制粉取决于工作台和滚筒之间颗粒的彻底粉碎。因此，团队专注于开发一种解决方案来克服这一固有的局限性。欧洲杯猜球平台
图2显示了一个简单的机械传感器放置在压实辊的手臂上。这种安排允许团队控制粉末在桌子上的深度，以获得最大的冲击辊。
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图2。一个磨粉电路的原理图，带有垂直辊磨机，用于生产ÿ ne大理石粉末。
粉末深度是由传感器进行的持续测量，当测量值低于最佳的15毫米时，工作台的转速自动增加，以便更多的粉末保留在工作台上，以重建深度。桌子通常以大约25到30转的低速旋转。在vrm中使用非常细的粉末的另一个限制是它们往往会结块。该电路中的分离器能够对过大尺寸的团聚块进行分级，送至磨机进行进一步磨碎，从而设定一个消耗能量的内部循环。
通过在分类器上游安装一个直列式销磨机，可以帮助克服这一限制。该装置大约以300-400 rpm的转速旋转，这对于针磨机来说是缓慢的，以产生在大多数团聚体进入分级机之前分解团聚体所需的能量。这种设置优化了磨机产量，提高了机组的能源效率，并避免了过度磨损。
团队必须首先修复通过电路的气流。在适当的气流下，落下的粉末被抬回到工作台上，以便进一步研磨。气流的另一个作用是将物料从磨机输送到分级机。适度的气流足以容纳较粗的颗粒，但如果颗粒较细，则气动运输或分级机操作所需的气流比将物料保留在工作台上所需的气流要低。欧洲杯猜球平台
过多的气流会对能耗产生不利影响，因此，选择的解决方案是使用足够的气流进行分级操作。
为了将物料从工作台输送到销磨入口，安装了一个螺旋钻。这使得这种材料可以和其他研磨材料一起分类。一旦空气流量是固定的有效运输通过电路和最佳分级机操作，体积空气流量保持恒定的任何特定产品的生产稳定的操作。
Ferrari Granulati认为，整个开发过程中数据的实时可用性是磨铣回路成功的主要原因。该公司认为，在没有在线分析的情况下，他们将不得不牺牲开发解决方案的能力，以应对在该应用程序中使用VRM所带来的挑战。
该磨粉电路在自动化生产高质量粉末中表现出高稳定性和高响应性，且成本效益好。此外，能源消耗极小，消除了浪费。
案例研究：开发通用处理解决方案
制药行业遵循的生产实践正在接受严格评估。由于过去批量生产效率相对较低，制药行业现在正在考虑在其运营中实施连续处理方法，以实现实时产品放行。
在FDA制定的过程分析技术（PAT）倡议的推动下，许多制药商正在基于适当的分析技术开发高效的加工策略。可吸入药物制剂和片剂在生产过程中需要符合特定尺寸。
铣削是根据规格加工活性和非活性颗粒的常用技术。欧洲杯猜球平台有许多可靠的、商业的实时粒度测量系统可以用于自动化，它们可以适当地替代实时分析尚不可行的过程。
基于铣削的自动化潜力，一家全球制药商已将一种具有广泛应用范围的自动化铣削解决方案商业化。新开发的解决方案简单，但有效，使用粉碎机。当物料通过喉部进入磨机时，旋转的刀片在施加切削和冲击的同时将物料粉碎。滤网过滤过大的颗粒，并将它们送去进一步研磨，同时它允许有一定大小的颗欧洲杯猜球平台粒通过。
排出颗粒的大小主要受转子转速的影响，同时也取决于滤欧洲杯猜球平台网和叶片轮廓的规格。在中试规模试验中使用Insitec在线颗粒分析仪证明，该系统能够连续、实时监测出磨机的物料。
解决方案就位后，下一步是磨机和分析仪的集成，以便根据粒度数据自动控制磨机速度。轧机操作的自动化是通过闭环控制实现的。人机界面(HMI)是操作员用来与自动化轧机进行交互的。该接口在专用PC上运行。
该界面可用于输入运行控制回路的粒度设置点，远程启动和停止磨机，接收粒度结果，并执行背景测试。
为了保持粒度规格，磨机PLC会根据粒度设定值在规定的控制范围内自动调整速度。比例(P)控制用于调整环路和平均D五选择的反馈参数为50秒，平均滚动时间为30秒。
在测试过程中，设定点由初始的58µm值降至50µm值，最终设定点为初始值。在第一个设定值时，磨机在大约1分钟后达到稳定，然后在改变后30秒达到第二个设定值，在不到2分钟的时间内完成最终过渡。
从性能数据可以明显看出控制系统的有效性。自动化解决方案的能力在中试规模的试验中得到了证明，从而实现了商业化，并适用于许多手工操作的工厂。在制药生产中广泛使用的任务之一是从结晶器中获得的一批材料的碾磨，目的是使颗粒大小均匀。欧洲杯足球竞彩
使用手动控制是一项乏味的工作，涉及根据其规格预先设定加工条件，然后维护严格的控制以消除整个批次的差异。
与手动控制不同，自动化能够立即识别适当的操作条件，并根据进料变异性做出适当的调整。通过实例研究，证明了在线技术的有效性和自动化的实用性。基于这些数据，这种高效处理方案的商业化是有信心的。从中试规模的试验和随后在整个制造工厂的滚动试验的高回报的范围是明显的。
结论
实时过程分析有助于在生产环境中以具有竞争力的成本提高产品的质量。这种知识的获得对于试验性试验而不是大规模生产是重要的。对于试点试验，实时分析是以具有竞争力的成本获得更好理解的最佳方式。
通过对过程的实时分析，可以更好地控制中试装置的运行和改进的调查研究。一个成功的试点阶段确保快速和无麻烦地过渡到有利可图的制造。
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本信息来源、审查和改编自Malvern Panalytical提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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