一种面向中药材切片与烘干工艺的生产加工控制方法与流程

本发明涉及生产控制，且更为具体地，涉及一种面向中药材切片与烘干工艺的生产加工控制方法。

背景技术：

1、随着现代中药产业的快速发展和中药材制备流程的不断提升，切片与烘干作为中药材加工过程中的关键环节，对整体药效成分的保存及产品质量的稳定性起着决定性作用。传统中药材加工通常依赖于经验式操作，例如切片阶段多以手工或简单机械方式完成，缺乏对制品厚度一致性的精准管控，进而影响后续烘干过程中热量与水分的传递效率。近些年来，自动化切片设备与节能型烘干设备得到了发展，部分工厂尝试引入基于温湿度传感的智能控制系统，力图提升切片均匀性和烘干品质。不过，现有技术多数侧重于宏观操作参数（如整体温度、 湿度及烘干周期）的管控，但尚未深入考虑切片厚度微观差异对物料内水分迁移动力学与热量需求的本质影响，导致加工过程中仍然存在烘干不均、局部药材炭化或含水率过高等问题。

2、具体而言，现有工艺技术对中药材切片与烘干过程的控制往往基于均质假设，忽略了不同厚度切片在水分渗透阻力、热量累积及迁移速率等关键物理参数上的本质差异。这种方法在实际应用中容易产生厚切片烘不透、薄切片过度失水，进而影响成品药性的关键问题。一些改进方法通过设定多段控温策略或增加辅助风循环来优化烘干效果，但在缺乏厚度分布动态监测与数据驱动调控的前提下，往往只能取得有限的改良。尤其对于中药材内部复杂的结构特性与活性成分保留要求，简单提升温度会造成有效成分降解，温度不足又无法保证彻底脱水，始终难以在加工效率与药材质量之间实现科学平衡。因此，如何针对中药材切片厚度分布动态特点，智能化、细粒度地调控烘干能量分配和热量累积过程，是当前行业急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向中药材切片与烘干工艺的生产加工控制方法，可一定程度上解决由于缺乏对中药材切片厚度分布与厚度差异下水分迁移特性精准掌握，现有烘干工艺无法针对不同厚度切片动态分配能量及实时自适应调控参数，导致各厚度切片烘干不均、含水率波动大、药效成分保存不理想等问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种面向中药材切片与烘干工艺的生产加工控制方法，其包括：

3、获取切片机出料口的切片厚度分布序列，按厚度梯度将切片序列划分为多个厚度区段，统计各厚度区段内切片的水分渗透阻力系数，生成厚度与水分迁移特性的关联映射表；

4、基于所述关联映射表中各厚度区段的水分渗透阻力系数，计算不同厚度切片达到目标含水率所需的热量累积值，构建厚度差异补偿的烘干能量需求谱；

5、基于所述烘干能量需求谱中各厚度区段的热量累积值差异，动态调整烘干设备的分段温度曲线与各温度段的持续时间，使不同厚度切片的水分迁移速率趋于一致；

6、实时监测烘干腔内不同厚度区段切片的表面温度与中心温度梯度，当所述中心温度梯度偏离预设同步区间时反馈修正所述分段温度曲线的阶跃幅度，输出自适应调控的烘干工艺参数。

7、进一步地，所述水分渗透阻力系数的计算包括：

8、建立切片内部水分浓度场的径向分布模型，所述径向分布模型的控制方程表示为：

9、

10、其中，为切片内部的水分浓度，为烘干时间，为厚度方向坐标，以切片厚度中心为原点，为随厚度位置和时间变化的局部水分扩散系数；

11、所述局部水分扩散系数采用随厚度位置和时间变化的函数形式，公式表示为：

12、

13、其中，为核心层有效扩散系数，为表层有效扩散系数，为核心-边缘转捩位置，为转捩层厚度，为长时扩散系数保持比例，为结构松弛特征时间；

14、对所述控制方程进行数值求解，计算各厚度区段切片平均含水率从初始值降至目标含水率所需的水分迁移时间常数；

15、所述水分渗透阻力系数定义为厚度代表值的平方与等效水分扩散系数的比值。

16、进一步地，所述热量累积值的计算包括：

17、建立能量守恒方程：

18、

19、其中，为切片温度；为对流换热系数，为切片参与对流传热的表面积，为干燥介质热风温度； 为水的汽化潜热，为水分蒸发速率；

20、记录每个时间步的瞬时供热强度需求：

21、

22、对所述瞬时供热强度需求在从干燥开始至达到所述目标含水率的全时间区间内进行数值积分，得到各厚度区段切片的总热量需求即所述热量累积值。

23、进一步地，所述烘干能量需求谱的构建包括：

24、将烘干过程的时间轴划分为多个连续时间窗口，针对每一时间窗口计算各厚度区段在该窗口内的平均供热强度需求；

25、引入含水率偏离修正因子 ，所述含水率偏离修正因子在干燥初期接近1，随干燥进程逐渐减小，当切片达到所述目标含水率时为零；其中 ，为平均含水率，为目标含水率 ，为初始含水率；

26、计算综合供热权重，并归一化得到供热强度分配比例；

27、将各时间窗口的窗口总供热功率与各厚度区段的供热强度分配比例组合，生成以时间窗口为横轴、各厚度区段供热功率需求为纵轴的烘干能量需求谱。

28、进一步地，所述核心层有效扩散系数和所述表层有效扩散系数的计算公式分别为：

29、

30、

31、其中，为基准水分扩散系数，为组织结构参数中的纤维密度，为纤维密度影响系数，为切片几何形态数据中的表面粗糙度参数，为表面粗糙度影响系数。

32、进一步地，所述温度段的温度设定值通过以下方式确定：

33、计算各温度段对应时间窗口的窗口总供热功率，所述窗口总供热功率为该窗口内所有厚度区段的平均供热强度需求之和；

34、基于所述窗口总供热功率和对流换热模型反算热风温度设定值和热风流速设定值，公式表示为：

35、

36、其中， 为批次切片总表面积，为窗口内各厚度区段切片温度的质量加权平均值，为第 个时间窗口的热风温度设定值，为第 个时间窗口的热风流速设定值；

37、采用预估-校正迭代策略求解所述热风温度设定值和热风流速设定值，通过水分扩散方程与能量守恒方程的耦合模型进行正向验证，迭代至温度偏差和功率偏差均满足收敛条件。

38、进一步地，所述厚度区段的划分包括：

39、计算所述切片厚度分布序列的极差值除以预设的厚度区段数量得到厚度分级步长，从厚度分布的最小值开始按所述厚度分级步长向上累加建立厚度分段边界值序列；

40、对于某一厚度区段内切片数量不足预设最小样本数量的情形，将该厚度区段与相邻厚度区段合并，合并后的厚度代表值根据合并后区段内所有切片厚度测量值的加权平均值重新计算，权重因子为各切片在该批次中的数量占比。

41、根据本发明的另一方面，提供了一种面向中药材切片与烘干工艺的生产加工控制系统，其包括：

42、厚度分级模块，用于获取切片机出料口的切片厚度分布序列，按厚度梯度将切片序列划分为多个厚度区段，统计各厚度区段内切片的水分渗透阻力系数，生成厚度与水分迁移特性的关联映射表；

43、能量分配模块，用于基于所述关联映射表中各厚度区段的水分渗透阻力系数，计算不同厚度切片达到目标含水率所需的热量累积值，构建厚度差异补偿的烘干能量需求谱；

44、温度调控模块，用于基于所述烘干能量需求谱中各厚度区段的热量累积值差异，动态调整烘干设备的分段温度曲线与各温度段的持续时间，使不同厚度切片的水分迁移速率趋于一致；

45、反馈校正模块，用于实时监测烘干腔内不同厚度区段切片的表面温度与中心温度梯度，当所述中心温度梯度偏离预设同步区间时反馈修正所述分段温度曲线的阶跃幅度，输出自适应调控的烘干工艺参数。

46、与现有技术相比，本发明通过获取切片机出料口的切片厚度分布序列，并结合厚度梯度对切片进行区段划分，建立厚度与水分迁移特性关联映射表，实现了对不同厚度切片水分渗透阻力系数的精确统计分析，并通过实时监测切片表面与中心温度梯度，反馈修正温度曲线参数，实现了对不同厚度切片烘干过程的自适应调控。不仅显著提升了中药材切片的烘干均匀性与终含水率一致性，还能够有效防止因厚薄不均导致的药效成分损失或局部炭化，从而全面提升成品药材的品质稳定性和工艺智能化水平。