中药提取自动投料系统（模式）设计与应用——以华润三九和华润江中投料系统为例

张贺1，王谷洪2，付宝慧3* 2026-05-20

针对中药提取生产中人工作业模式存在的投料精度低、物料损耗大、数据追溯难等瓶颈问题，设计与研究适配中药复杂物料特性的自动投料系统。基于《药品生产质量管理规范》与智能制造理念，提出自动投料系统的核心设计原则与架构；通过深度剖析华润三九医药股份有限公司（以下称华润三九）和华润江中集团有限责任公司（以下称华润江中）两大典型案例，对比分析其技术路径、创新点及应用成效。结果：自动投料系统能使物料损耗率降低5%～8%，批间含量差异控制在3%以内，同时减少人工成本 40% 以上，并实现全流程数据自动追溯。研究得出“模块化柔性”与“数字化闭环”两种成功模式。结论：中药自动投料系统是推动中药生产现代化升级的关键技术，两种模式为不同规模与需求的企业提供了可复制的技术范式，可为中药企业提取车间自动投料系统的升级改造提供技术参考，推动中药生产向智能化、标准化方向发展。

中药提取是决定中药制剂质量与疗效的核心工艺环节。其投料过程的准确性、一致性及可靠性是保障成品药效物质基础稳定可控的首要前提 ^[1] 。然而，中药行业现状堪忧，《中国中药工业发展报告（2023）》数据显示，我国超过 60% 的中药企业仍沿用人工投料模式，该模式存在三大亟待解决的核心问题。（1）人工称重误差较大（通常为 5%～10%），直接导致批间有效成分含量波动超过 15%，严重影响了中药产品的质量均一性与临床疗效的稳定性。（2）开放式投料作业导致药材粉尘飞扬，不仅造成年均损耗率3%～5% 的物料非预期损耗，更对操作人员的呼吸系统构成了潜在的职业健康风险。（3）依赖于人工纸质记录或离散式电子表格的文档管理方式，存在信息不完整，易篡改、难追溯等固有弊端，无法满足新版《药品生产质量管理规范》对药品全生命周期“可追溯、可监控、可验证”的刚性要求 ^[2] ，以及“双碳”政策下节能降耗的需求 ^[3] ，开发适配中药特性的自动投料系统成为行业必然趋势。

智能制造理念在医药行业的深入推广，进一步推动了中药生产向自动化、连续化、数字化方向转型。《“十四五”医药工业发展规划》明确提出，推进中药生产过程数字化与智能化，鼓励采用先进制造系统提升中药质量控制水平 ^[4] 。连续制造作为国际制药行业的技术趋势，已在ICH Q13 指南中得到系统阐述，也为中药提取工艺的现代化提供了重要的理论与实践指引参照 ^[5] 。

然而，中药药材本身具有极高的多样性（如根茎、果实、花叶、全草等）与物理特性差异（如密度、流动性、吸湿性、黏性等），为自动投料系统的通用化设计与工程化实施带来特殊挑战。例如，根茎类药材（如板蓝根、浙贝母）质地坚硬，需预处理破碎以保证输送流畅；花叶类药材（如金银花）轻质蓬松，易在料仓产生“架桥”现象；而黏性药材（如地黄）则易黏附于设备内壁，导致计量严重失准。现有研究表明，基于粉体工程学原理的给料装置设计，以及与过程分析技术（Process Analytical Technology，PAT）、近红外光谱在线监测技术的集成应用 ^[6] ，是提升高异质性药材的投料精度的一种有效路径。

综上所述，目前国内缺乏系统性的模式总结与对比研究，特别是针对不同生产规模（多品种小批量 vs. 单品种大批量）的适配性方案尚不清晰。本文通过深度解析华润三九医药股份有限公司（以下简称华润三九）、华润江中集团有限责任公司（以下简称华润江中）两家头部企业自动投料系统设计方案，总结出 “模块化柔性投料系统”与“数字化闭环投料系统”这两种具有代表性的技术模式，推动了行业整体自动化水平的提升，助力中药生产从“经验驱动”向“数据驱动”的现代化转型。

Part1 中药提取自动投料系统核心技术架构

1.1

系统设计原则

（1）安全优先原则。系统必须具备设备联锁（如门控与输送泵联动）、过载保护（如堵塞报警）、粉尘防爆（如防爆电机、静电接地）等功能，符合《医药工业洁净厂房设计标准》（GB 50457—2019）及电气安全等功能，确保人员、设备与环境安全。（2）精准计量原则。综合计量精度需保持在 ±（0.5%～1.0%），以满足《中华人民共和国药典》对中药制剂批间差异的控制标准。（3）强适配性原则。系统设计需充分考虑中药物料的多样性，通过模块化、参数化的方式，实现对不同药材特性的柔性处理，避免出现架桥、黏附、破碎过度等问题的发生。（4）全程可追溯原则。通过可编程逻辑控制器/集散控制系统（Programmable Logic Controller/Distributed Control System，PLC/DCS）控制系统与制造执行系统（Manufacturing Execution System， MES）、实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，LIMS）系统集成，实现“药材批号—投料量—工艺参数—操作人员—时间戳”的全流程数据自动化、无纸化、不可篡改记录，满足药品生产质量管理规范（Good Manufacturing Practice，GMP）数据完整性（ALCOA+ 原则）要求。

1.2

核心技术模块

1.2.1

物料智能预处理单元

分级破碎：针对根茎类药材，采用变频调速破碎机进行可控破碎；针对果实类药材，采用齿辊式破碎机进行破碎，以保留有效成分。柔性筛分与干燥：配备可快速更换的标准化筛网；针对高吸湿性药材，采用低温热风（40～50 ℃）闭环烘干，将含水率精准控制在工艺窗口内。

1.2.2

自动计量单元

多模式计量：大剂量药材采用静态称重；小剂量、流动性好的药材采用动态体积计量，精度控制在±1%；复方药材则采用“主药材称重 + 辅药材体积计量”的组合计量模式。为避免物料黏附与架桥，综合采用高频振动器 / 空气敲锤、料斗内壁聚四氟乙烯涂层，以及基于历史数据的智能补偿算法，将综合误差稳定控制在目标范围内。

1.2.3

精准输送与分配单元

多机制输送：皮带适用于大块状、低黏性药材；螺旋输送适用于粉末状、小颗粒药材；气力输送适用于轻质易扬尘药材，能显著降低损耗率。智能分配：通过电动阀门矩阵或智能穿梭车系统，实现多物料向多目标提取罐的精准、并行配送，是实现柔性生产与“一键切换”的关键。

1.2.4

集中控制与追溯系统单元

控制核心：采用高性能 PLC 控制器（西门子 S7-1200 或三菱 FX5U 系列），执行逻辑控制、顺序控制与过程调节。人机交互：提供图形化界面，用于实时监控、参数设置与手动干预。数据追溯系统：通过射频识别 / 条形码技术对周转容器进行唯一标识与跟踪，数据通过 OPC 统一架构（OPC Unified Architecture，OPC UA）等标准接口与制造执行系统 /质量管理系统（Manufacturing Execution System/Quality Management System，MES/QMS）集成，生成电子批记录，确保全链条追溯。这种集成模式已被纳入中药智能投料系统技术标准，成为通过 GMP 认证的核心考核指标之一。安全联锁系统：当出现“料斗超温”“输送堵塞”“称重偏差超限”等异常时，自动停止设备并报警，同时触发应急处理程序。

Part2 华润三九模式：模块化柔性投料系统设计与应用

2.1

案例背景与需求分析

华润三九作为多品种生产的代表，其感冒灵颗粒、三九胃泰颗粒、正天丸等，具有“多品种、大批量、切换快”的特点。传统人工投料模式下的切换时间长、精度波动大已成为阻碍产能提升的主要瓶颈。其核心需求是保证计量精度在 ±0.5%、人工需求减少60%、物料损耗率不大于 1% 的前提下，传统人工投料模式下的切换时间长、精度波动大已成为阻碍产能提升的主要瓶颈。

2.2

系统架构与关键技术创新

华润三九采用“分散预处理 + 集中计量输送”的架构。

2.2.1

模块化预处理单元

将破碎、筛分、烘干集成于可移动的标准化模块上，通过轨道系统快速对接至不同工位，品种切换时间不大于 30 min。此设计理念源于制造业的柔性制造系统。类似地，宏济堂建成的国内首条大蜜丸智能产线，通过物流调度系统实现投料与后续工序无缝衔接，集成 PAT 技术进一步提升了投料与生产的协同精度，见图 1。

图1 自动称量及输送单元

2.2.2

动态计量补偿技术

针对黏性药材，系统实时监测料斗重量变化率，当判定黏附发生时，自动触发清堵机制并依据历史数据模型进行投料量智能补偿，有效解决了计量偏差的行业难题。

2.2.3

软件定义的输送路径

在控制系统中内置“输送路径矩阵”，通过人机交互配方选择，自动控制数十个电动阀门的开闭组合，重构物料输送路径，实现了真正的“配方驱动生产”（图 2）。

图2 仓储数字孪生平台

2.3

实施效果与持续改进

系统投产后，单批投料时间缩短 75%，日均处理批次提高至 35 批，计量误差稳定在 ±0.5%，物料损耗率较人工模式降低 6%，原本 3%～5% 的年均损耗率降为 1% 以下，批间含量差异可以严格控制在 2.8%以内，人工成本也减少了 60%。针对轻质药材易破碎问题，通过加装气流缓冲装置与优化风速参数，使有效成分损失率降为 1% 以下，体现了基于数据的持续工艺验证与优化理念。

Part3 华润江中模式：数字化闭环投料系统设计与应用

3.1

案例背景与需求分析

华润江中的草珊瑚含片等属于“单品种、大批量、高质量、严追溯”的典型品种，其对薄荷脑等易挥发成分的保留，以及作为重点监控品种的健胃消食片全链条追溯要求，构成了系统设计的核心驱动力。其需求聚焦于极致精度（±0.3%）、成分保留（挥发损失不高于 2%）与全流程无缝可追溯。

3.2

系统架构与关键技术创新

华润江中构建了“精准计量—智能输送—闭环追溯”的跨楼层数字化系统。（1）专用化预处理通道。为健胃消食片、草珊瑚分别设立独立的预处理线，针对其特性（如硬度、热敏性）、定制工艺（如低温破碎、冷藏输送），从源头保障质量。（2）双称重校核机制。在计量环节引入“一次称重、二次校核”流程，确保装料量与设定值偏差在 ±3‰，对微量辅料采用“体积—重量”双校验，体现了对计量精度的极致追求。（3）中药材输送与分配子系统。此为该模式的标志性创新。它整合了 1 楼智能缓存（WMS 控制穿梭车）、提升输送（变频调速）与3 楼投料缓存、翻转投料及在线清洗，形成了物料流转的全程自动化闭环。这借鉴了自动化立体仓库与物料搬运系统的先进理念。（4）全流程射频识别追溯。为每个容器配备射频识别芯片，在所有关键节点进行信息采集与绑定，并与省药监局平台直连，实现从“药材到投料”的双向追溯，满足了最高级别的监管要求。中药材输送与分配系统生产流程见图 3，料斗入缓存区作业流程见图 4。

图3 中药材输送与分配系统生产流程示意图

图4 料斗入缓存区作业流程图

3.3

实施效果与优化

该系统使健胃消食片浸膏粉橙皮苷转移率提高21.53%，备料生产时间从至少 24 h 缩短为 4 h；物料损耗率较人工模式降低 7 .5%，其中薄荷脑等易挥发成分的挥发损失控制在2% 以内，大幅减少了高价值成分的非预期损耗；批间含量差异严格控制在2.2% 以内，产品质量均一性显著提升；人工成本减少45%，同时通过全流程自动化减少了人工干预带来的合规风险。

Part4 两种模式对比分析

为清晰展示两种模式的特点，归纳对比如表 1所示。

表1 模块化柔性投料系统与数字化闭环投料系统对比分析表

Part5 结论与展望

本文通过对华润三九“模块化柔性投料系统”与华润江中“数字化闭环投料系统”两大典型案例的深度剖析与对比研究，系统论证了中药提取自动投料技术在提升中药生产质量、效率与合规性方面的核心价值，并凝练出以下结论。（1）成功验证了两种可复制的行业范式。研究表明，中药自动投料系统的成功设计与应用，高度依赖于对企业产品战略与生产模式的精准契合。华润三九的“模块化柔性模式”与华润江中的“数字化闭环模式”，分别为“多品种、快切换”和“单品种、高质量”这两类主流生产场景提供了经过实践检验的完整技术解决方案。这两种范式共同证明，通过模块化设计、精准计量、智能输送与数据追溯等核心技术的系统性集成，能从根本上解决人工投料带来的精度、损耗与追溯三大行业痛点，实现投料精度 [±（0.5%～1.0%）]、物料损耗率（＜1%）与数据完整性的质的飞跃。（2）揭示了核心技术模块的适配性创新是成功的关键。系统的效能并非源于设解与针对性创新。预处理单元必须与药材物理属性（硬度、密度、黏性）深度耦合；计量单元需依据投料量与流动性，科学选用“静态称重”“动态体积”或“组合计量”策略；输送与分配模块需在效率与物料保护之间取得平衡；而控制系统是实现数据驱动决策与全链条追溯的灵魂。华润三九的“动态计量补偿”与华润江中的“双称重校核”机制，均是针对特定挑战的卓越工程实践。（3）明确了自动投料系统对企业经济效益与战略升级的双重驱动作用。案例数据表明，自动投料不仅是“降本增效”的工具，更是企业构筑质量壁垒、实现战略转型的支点。它通过保障产品质量的极致稳定（批间差异不大于 3%），增强了产品市场竞争力；通过实现生产数据的无缝追溯，满足了最严苛的监管要求，为企业拓展高端市场与国际市场铺平了道路；推动企业从依赖老师傅“经验”的传统模式，迈向基于“数据”的现代科学管理模式。

基于成功实践，中药自动投料技术正迈向与人工智能、绿色制造深度融合的新阶段。未来技术发展将主要呈现 3 个趋势。（1）在智能化深度赋能方面，将引入人工智能机器视觉技术实现药材自动识别与杂质分拣 ^[7] ，据行业白皮书统计，2024 年已有超30% 的头部中药企业在智能投料系统中试点该技术，结合物联网传感器数据，可使杂质分拣准确率提高为99.5% 以上 ^[8] 。应用数字孪生技术构建虚拟模型进行工艺优化与预测性维护，极大提升系统运行的可靠性、自适应性与智能化水平 ^[9] ；（2）在绿色化协同发展方面，将优化清洗水循环利用系统，推广热泵烘干等节能技术，并探索投料后药渣的资源化利用路径，使自动投料系统成为中药绿色制造体系中的关键一备的简单堆砌，而在于对中药复杂物料特性的深刻理环；（3）在标准化与平台化建设方面，急需制定《中药自动投料系统设计与验证指南》等行业技术标准，规范核心性能指标、技术接口与验证流程，推动形成开放、标准的技术平台，降低全行业特别是中小企业的技术升级门槛与风险。

为不同规模企业提出差异化实施建议：大型企业应立足打造标杆性智能工厂，直接对标“数字化闭环模式”，进行全流程规划，投资建设专用生产线，集成MES 和企业资源计划，追求极致的计量精度（±0.5%以内）与全链条双向追溯；中小企业可采取“小步快跑、渐进升级”策略，优先借鉴“华润三九模式”的模块化与柔性化思想，从投资回报率最高的计量单元入手，聚焦核心品种打造示范产线，充分利用现有设施通过 “打补丁”式升级降低初始投资压力。

华润三九与华润江中的实践为中药工业现代化指明了方向，它们的成功不仅在于技术的突破，更在于其示范效应——向整个行业证明了自动化的必要性与可行性。未来，随着技术的不断演进与标准化体系的完善，自动投料系统必将从头部企业的“可选配置”转变为全行业的“标准基础设施”，最终推动中药制造整体迈入高质量、高效能、绿色化的智能制造新时代。

参考文献

[1] 万鑫浩 , 舒清霞 , 王子千 , 等 . 基于工艺与装备视角分析中药制剂质量的关键影响因素 [J]. 中国中药杂志 ,2024,49(6):1699-1704.

[2] 国家药品监督管理局 . 药品生产质量管理规范 (2010 年修订 )[EB/OL].(2011-01-17)[2025-12-03].https://www.samr.gov.cn/cms_files/filemanager/samr/www/samrnew/samrgkml/nsjg/bgt/202106/W020211124550209322832.pdf.

[3] 国务院 . 国务院关于印发 2030 年前碳达峰行动方案的通知 [EB/OL].(2021-10-26)[2025-12-03].https://www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm.

[4] 工业和信息化部 . 关于印发“十四五”医药工业发展规划的通知 [EB/OL].(2021-12-22)[2025-12-03].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/31/content_5671480.htm.

[5] 国家药品监督管理局药品审评中心 . 关于公开征求 ICH 指导原则《Q13: 原料药和制剂的连续制造》意见的通知 [EB/OL].(2021-10-18)[2025-12-03].https://www.cde.org.cn/main/news/viewInfoCommon/d30747763265e07fae058d565519070e.

[6] 朱卫丰 , 沈玉 , 邓攀 , 等 . 过程分析技术在中药制造工业中的应用 [J]. 中国中药杂志 ,2024,49(9):2299-2307.

[7] 周苏娟 , 李嘉涛 , 何啟森 , 等 . 基于通道注意力机制的中药饮片图像识别方法 [J]. 自动化与信息工程 ,2023,44(5):63-67.

[8] 江苏省医药行业协会 . 中药智能制造发展白皮书 (2024)[M]. 南京 :江苏医药科技出版社 ,2024.[9] 周云 , 王彬杰 , 张正飞 , 等 . 基于数字孪生技术的球磨机优化控制系统工业应用 [J]. 矿冶 ,2025,34(2):334-341.

责任编辑：邵丽竹

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