一种中药饮片炮制工艺优化方法及系统与流程

本发明涉及中药饮片制备，具体涉及一种中药饮片炮制工艺优化方法及系统。

背景技术：

1、中药饮片炮制是中药制备过程中的重要环节，其炮制质量直接影响药材的有效成分含量、药性变化以及临床应用效果。其中，炒炭类中药饮片需要通过控制加热过程，使药材在适宜程度下发生组织结构及成分变化，以达到降低刺激性、增强止血作用或改变药性的目的。由于不同药材品种的组织结构、含水状态、成分组成等存在差异，在实际炮制过程中，药材受热后的变化过程具有较强的复杂性和不确定性。

2、目前，中药饮片炒炭加工过程仍较多依赖操作人员根据经验对炒制时间、火候以及药材外观变化进行综合判断。由于不同操作人员的经验水平存在差异，且同一人员在不同批次加工过程中也难以保持完全一致的判断标准，容易造成炮制过程控制的一致性不足。当炒制程度不足时，可能导致药材未达到预期炮制状态，影响饮片质量；而当炒制程度过高时，又可能造成药材过度炭化，使有效成分发生变化，降低药用价值。

3、此外，在实际生产过程中，不同批次药材由于产地、采收时间、储存条件以及初始状态等因素影响，其内部特性存在一定差异，使得采用固定加工参数进行炮制时，难以保证各批次饮片均达到稳定一致的炮制效果。同时，传统炮制过程通常主要依靠最终外观状态或人工经验进行判断，难以及时反映炒制过程中的动态变化，导致炮制终点判断存在一定滞后性。

4、因此，现有中药饮片炮制过程存在质量控制一致性不足、不同批次适应能力有限以及炮制终点判断准确性有待提高的问题，亟需提供一种能够提高炮制过程稳定性和质量一致性的工艺优化方法。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种中药饮片炮制工艺优化方法及系统，以解决现有技术中中药饮片炮制过程中受人工经验影响较大，难以准确确定炒制终点及适应不同批次药材受热特性差异，导致炮制质量稳定性不足的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种中药饮片炮制工艺优化方法，包括：

4、获取炒制过程中药材表面的图像序列、锅体温度时序数据及挥发物浓度时序信号；

5、从所述图像序列中提取表面炭化速率实际值，并根据所述锅体温度时序数据计算累积热负荷；

6、以所述累积热负荷和当前批次药材的热导率为输入，调用炭化响应模型，推算当前时刻的表面炭化速率预期值；

7、根据所述表面炭化速率实际值与所述表面炭化速率预期值的偏差量，构造以终点出锅阈值为决策变量、以所述偏差量的平方最小化为目标函数的单变量优化问题，并以药材品种对应的基准出锅阈值为初始解进行迭代寻优，输出使偏差量最小化的最优出锅阈值；

8、当所述累积热负荷达到所述最优出锅阈值，且所述挥发物浓度时序信号的上升段斜率处于预设区间内时，输出出锅控制信号。

9、第二方面，本发明提供了一种中药饮片炮制工艺优化系统，包括：

10、图像及过程数据获取模块，用于获取炒制过程中药材表面的图像序列、锅体温度时序数据及挥发物浓度时序信号；

11、炭化状态分析模块，用于从所述图像序列中提取表面炭化速率实际值，并根据所述锅体温度时序数据计算累积热负荷；

12、炭化响应预测模块，用于以所述累积热负荷和当前批次药材的热导率为输入，调用炭化响应模型，推算当前时刻的表面炭化速率预期值；

13、出锅阈值优化模块，用于根据所述表面炭化速率实际值与所述表面炭化速率预期值的偏差量，构造以终点出锅阈值为决策变量、以所述偏差量的平方最小化为目标函数的单变量优化问题，并以药材品种对应的基准出锅阈值为初始解进行迭代寻优，输出使偏差量最小化的最优出锅阈值；

14、出锅控制模块，用于判断所述累积热负荷是否达到所述最优出锅阈值，并判断所述挥发物浓度时序信号的上升段斜率是否处于预设区间内，当满足条件时输出出锅控制信号。

15、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

16、通过采集炒制过程中的药材表面图像、锅体温度及挥发物浓度等多源过程数据，实现对药材炭化状态和受热过程的实时感知，避免仅依赖人工经验进行终点判断；通过构建炭化响应模型，结合累积热负荷和当前批次药材热导率预测表面炭化速率，能够表征不同批次药材因受热特性差异产生的炭化变化；通过基于实际炭化速率与预测炭化速率偏差的出锅阈值优化机制，动态确定适用于当前批次药材的最优出锅阈值，提高炒制终点判定准确性；同时结合挥发物浓度变化趋势进行二次判定，实现对药材炭化程度的综合评价，从而提高中药饮片炮制过程的自动化水平和批次质量稳定性。

1.一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，获取炒制过程中药材表面的图像序列、锅体温度时序数据及挥发物浓度时序信号，包括：

3.根据权利要求2所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，将所述原始图像序列中相邻三帧图像的像素灰度值进行时间差分运算，得到差分图像的像素灰度值，对所述差分图像的像素灰度值进行阈值分割，分离出炭化区域与非炭化区域，包括：

4.根据权利要求3所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，对标记后的二值图像执行先膨胀后腐蚀的形态学闭运算，填充所述炭化区域内部的孔洞，得到分离完成的炭化区域与非炭化区域，包括：

5.根据权利要求1所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，从所述图像序列中提取表面炭化速率实际值，并根据所述锅体温度时序数据计算累积热负荷，包括：

6.根据权利要求1所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，所述炭化响应模型的构建步骤包括：

7.根据权利要求1所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，根据所述表面炭化速率实际值与所述表面炭化速率预期值的偏差量，构造以终点出锅阈值为决策变量、以所述偏差量的平方最小化为目标函数的单变量优化问题，并以药材品种对应的基准出锅阈值为初始解进行迭代寻优，输出使所述偏差量最小化的最优出锅阈值，包括：

8.根据权利要求7所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，比较所述第一目标函数值与所述第二目标函数值，并更新所述第一试探点与所述第二试探点，包括：

9.根据权利要求1所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，其特征在于，当所述累积热负荷达到所述最优出锅阈值，且所述挥发物浓度时序信号的上升段斜率处于预设区间内时，输出出锅控制信号，包括：

10.一种中药饮片炮制工艺优化系统，其特征在于，用于实施权利要求1至9任一项所述的一种中药饮片炮制工艺优化方法，包括：