欧美等发达国家制药装备的自动化程度及在线监控水平主要体现在制药生产线的模块化设计、具有完备的在线监控与控制功能。在线监控与控制功能主要指设备具有分析、处理系统，这是设备连线、联动操作和控制的前提。先进的制药装备应具有随机控制、实时分析、数据显示、记忆打印、程序控制、自动报警、远程控制等功能；其中，随机控制和实时分析体现了在线监控技术的水平，在线质量监测技术正是我国中药制剂工程及不锈钢提取浓缩设备制药装备行业亟须提高和发展的重要方向。
一、PAT技术
制药生产过程中每一项单元操作工艺参数的变化都会影响到最终产品的质量。国内中药制药生产环节缺乏有效的过程检测手段，大多只能根据经验确定过程是否完成。如混合、干燥、提取、分离纯化等都未能实现在线实时监测，成为药品生产过程质量控制的盲点。随着cGMP的深入实施、科技技术水平的发展，在线监测技术将在制药生产过程中占有重要地位。
在线质量监控技术可近似地定义为PAT(ProcessAnalyticalTechnology)过程分析技术。PAT过程分析技术在欧美等发达国家的研究较多，在制药行业中的应用也越来越广泛。美国食品及药品管理局积极推动该技术在制药生产过程及工艺上的实施，以确保药物质量。FDA定义PAT为一个体系，通过对医药原料及加工过程中关键质量品质及性能特征来设计、分析和控制生产过程，以确保产品最终质量，从而提高对产品生产过程的控制。
过程分析技术是由经典分析化学、化学工程、机电工程、工艺过程、自动化控制及计算机等学科领域相互渗透交叉组成。过程分析技术包括多元数据获取和分析、过程分析仪(或过程分析化学)和过程探测仪、终点监测和控制、改进和知识存储管理4个部分。该过程
的实施需要将生产工程师、过程化学家、分析化学家、仪器技术人员、电子计算机技术人员及软件工程师组织起来，分工合作有步骤对过程质量测量控制系统提出具体要求，设计、建立系统，安装、调试、验证整个系统；最后再与生产过程联结起来进行试运转和正式运转。
PAT技术中除了包含对工艺参数(温度、压力、转速、液位等)的在线监测外，主要还包括对药品质量的监测。在药品质量监测中，所采用的分析方法有气相色谱(GC)、质谱(MS)、核磁CNMR)、高效液相色谱(HPLC)、红外(IR)、近红外(NIR)、紫外一可见(UV-Vis)、拉曼(Raman)和射线荧光等。据文献报道，发达国家已将PAT应用于化学反应过程组分的在线监控、生物发酵过程参数控制、提取纯化有效成分的在线监测、固体制剂生产中的药品混合的均匀性、干燥过程中水分的在线测试、制粒过程的控制及水分含量及终点在线监控、压片过程中片剂的内含物及片重控制包衣厚度的在线监测及包装的过程监测的各个环节。其中，近红外光谱在线分析技术，因其仪器较简单，分析速度快，非破坏性和样品制备量小，适合各类样品液体、粘稠体、涂层、粉末和固体分析，多组分多通道同时测定等，已广泛应用于制药生产的各个环节。田耀华四曾介绍制药装备中在线监控的实例仪器装置。但PAT在线监测技术在我国才刚刚起步，这方面的研究也才开始，随着制药企业及浓缩提取设备制药装备企业对cGMP的深入理解，PAT在线监控技术在制药工业及制药装备行业中将有广阔的应用前景。
PAT过程分析技术是多学科交叉、渗透和融合的结果，各种新兴技术正逐渐在过程分析中得到推广应用。国外已成立了多个过程分析技术研究中心，如美国田纳西州大学的测量与控制工程中心MCEC(Measurement&ControlEngineeringCenter)专门从事与控制、过程分析相关的技术研究，并将研究成果迅速应用于工业生产中。我国在这一领域尽管有一定的技术基础，但研究单位较少且较为分散，人才培养也相对滞后，需要引起国家相关部门的足够重视，在借鉴国外相关经验和技术的基础上，形成我国自有的组织和技术体系，为实现我们中药制剂工程现代化提供技术支持。
二、PAT技术中的热点—近红外(NIR)光谱分析技术
近红外光谱在线分析技术在制药工程中的应用研究成为热点，以下对其做简单介绍。在线近红外光谱分析技术由硬件、分析软件和分析模型3部分组成。
1、硬件
近红外光谱在线分析技术的硬件组成主要有光谱仪、取样系统、测样装置、样品预处理系统等部分。在实际应用中，还应有防爆系统、界外样品抓样系统等。其中：(1)光谱仪是整个在线分析系统的心脏。通常按需要综合评价仪器的各种性能，以稳定性、波长范围、分辨率、采集时间、信噪比等指标来选择仪器。(2)用于液体分析时，采用泵抽采样、压差引样或定位直接取样测量；用于固体样品分析时，采用漫反射定位直接测量。(3)固体样品分析时，一般无需预处理工作。但分析液体样品时，预处理则相当重要，需控制样品的温度、压力和流速，并脱除样品中的气泡、水分和机械杂质等影响测量的有害成分。(4)对于不透明液体或固体常采用漫反射探头，探头可以与样品保持一定距离，实现非接触测量。对透明液体则常用流通池或插入式光纤探头。此外，上述各项硬件常安装在一个分析小屋中，并为其提供水电气等。
2、分析软件
在线近红外光谱分析系统的软件需具有光谱实时采集、化学计量学光谱分析定量定性模型的建立、待测样品类型及模型界外样品的判断、样品性质或组成的定量计算等功能。此外，还应包括数据与信息显示功能、数据管理功能、通讯功能、故障诊断与安全功能、监控功能、网络化功能。
3、分析模型
分析模型在近红外光谱分析中处于核心地位。对一般情况，可通过一段时期内现场收集有代表性样品，使用模型建立模拟系统建立一个初始模型，然后依据在线检测来逐渐扩充模型。
近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行定量测定，所以应用近红外光谱进行检测的技术关键就是建立一种定量的函数关系。依靠这种关系，就能从未知样品的光谱中求出样品的成分和含量。
近红外光谱分析基本流程包括：(1)收集具有代表性的样品(其组成及其变化范围接近于待测样品)，然后采集样品的光谱。一般而言，对于一个单组分系统，校正集至少由20个样品组成。(2)利用标准方法(参考方法)对样品性质进行测定。参考方法测定结果的准确性直接影响校正模型的可靠性。(3)光谱信号经过预处理后，通过数学方法将这些光谱数据和检测的数据进行关联，建立定性或定量校正模型。(4)未知样品分析。扫描待测样品的近红外光谱，输入到所建立的校正模型，即可计算出其性质。
在上述几个步骤中，校正集样品的收集和标准方法测定的工作直接关系到校正模型的准确性和推广性。校正模型的建立是近红外分析技术的核心。分析模型的准确性、通用性和稳定性决定了近红外光谱技术的应用效果。分析模型的可靠性在很大程度上取决于仪器的稳定性和重现性。因此，国际各大生产厂商一直在追求仪器的高信噪比、高稳定性以及仪器间的高一致性。
三、PAT技术和制药装备自动化的关系
PAT技术被定义为一种可以通过测定关键性的过程参数和质量指标来设计、分析、控制药品生产过程的机理和手段。通过在药品生产过程中使用PAT技术，提高对生产过程、关键参数和产品质量的过程控制，使产品质量变得精确和可靠，增加产品最终质量保障，从而达到产品质量是生产出来的，而不是化验出来的目的。
传统观念的制药厂生产过程一般通过控制批生产过程以及最终的产品实验室分析结果，来达到预定的质量标准。而现在的PAT质量管理理念是：最终产品的质量保证是通过工艺分析方法、设备验证及过程参数自动控制，通过执行标准操作规程、工艺规程，每批生产过程中及时取样分析，反馈分析数据，调整控制过程参数，来保证药品质量。
中药医药多功能提取浓缩罐生产过程在线检测技术包括工艺参数检测系统及质量参数在线检测系统等。工艺参数监测系统可通过传感器、控制阀、计算机或PLC控制器等仪器手段直接测量(如温度、压力、PH值、液位、转速、冲击压力等)；对不能直接在线测量的关键工艺参数和质量参数(如水分含量、密度、粘度、粒径、硬度、内容物含量、药品包衣厚度、液体制剂有效成分含量等)，可采用软测量技术。软测量主要依据生产过程中易检测的有关过程变量与难检测的工艺变量之间的关联，通过相应的数学模型，来推算过程中目前用仪表较难检测的变量。当在线检测的实时数据反馈到计算机时，计算机就能根据实时监控模型分析这些数据，并发出控制指令，从而达到对过程工艺参数及质量参数的在线监测及控制。
生产过程的在线监测是制剂工程自动化控制系统的主要内容。制剂工程自动控制系统包括硬件和软件两大部分。硬件由控制计算机、各种自动阀门和切换器、自动传感装置、自动检测分析装置、自动输送装置等组成。软件则包括计算机信息集成软件平台、质量数据统计分析方法、过程控制模型建立、集散控制系统等。制剂工程自动控制系统就是对制剂生产过程中的温度、流量、压力、液位、重量、浓度含量、厚度、时间等工艺参数和质量参数，进行数据采集、分析、显示、报警和控制等，以实现各工艺操作的系统。
在实际生产中，达到这样的要求，成本很高。尽管如此，随着中药产品逐渐迈出国门，国内中药制剂生产过程离线检测分析方法难以适应生产的实时监控要求，也难以实现自动控制和系统集成优化，研究开发在线检测控制技术、质量分析数据统计处理和质量统计过程控制技术、开发自动在线监测系统软件包，是医药生产过程研究发展的当务之急。
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