歐美等發達國家制藥裝備的自動化程度及在線監控水平主要體現在制藥生產線的模塊化設計、具有完備的在線監控與控制功能。在線監控與控制功能主要指設備具有分析、處理系統，這是設備連線、聯動操作和控制的前提。先進的制藥裝備應具有隨機控制、實時分析、數據顯示、記憶打印、程序控制、自動報警、遠程控制等功能；其中，隨機控制和實時分析體現了在線監控技術的水平，在線質量監測技術正是我國中藥制劑工程及不銹鋼提取濃縮設備制藥裝備行業亟須提高和發展的重要方向。
一、PAT技術
制藥生產過程中每一項單元操作工藝參數的變化都會影響到最終產品的質量。國內中藥制藥生產環節缺乏有效的過程檢測手段，大多只能根據經驗確定過程是否完成。如混合、干燥、提取、分離純化等都未能實現在線實時監測，成為藥品生產過程質量控制的盲點。隨著cGMP的深入實施、科技技術水平的發展，在線監測技術將在制藥生產過程中占有重要地位。
在線質量監控技術可近似地定義為PAT(ProcessAnalyticalTechnology)過程分析技術。PAT過程分析技術在歐美等發達國家的研究較多，在制藥行業中的應用也越來越廣泛。美國食品及藥品管理局積極推動該技術在制藥生產過程及工藝上的實施，以確保藥物質量。FDA定義PAT為一個體系，通過對醫藥原料及加工過程中關鍵質量品質及性能特征來設計、分析和控制生產過程，以確保產品最終質量，從而提高對產品生產過程的控制。
過程分析技術是由經典分析化學、化學工程、機電工程、工藝過程、自動化控制及計算機等學科領域相互滲透交叉組成。過程分析技術包括多元數據獲取和分析、過程分析儀(或過程分析化學)和過程探測儀、終點監測和控制、改進和知識存儲管理4個部分。該過程
的實施需要將生產工程師、過程化學家、分析化學家、儀器技術人員、電子計算機技術人員及軟件工程師組織起來，分工合作有步驟對過程質量測量控制系統提出具體要求，設計、建立系統，安裝、調試、驗證整個系統；最后再與生產過程聯結起來進行試運轉和正式運轉。
PAT技術中除了包含對工藝參數(溫度、壓力、轉速、液位等)的在線監測外，主要還包括對藥品質量的監測。在藥品質量監測中，所采用的分析方法有氣相色譜(GC)、質譜(MS)、核磁CNMR)、高效液相色譜(HPLC)、紅外(IR)、近紅外(NIR)、紫外一可見(UV-Vis)、拉曼(Raman)和射線熒光等。據文獻報道，發達國家已將PAT應用于化學反應過程組分的在線監控、生物發酵過程參數控制、提取純化有效成分的在線監測、固體制劑生產中的藥品混合的均勻性、干燥過程中水分的在線測試、制粒過程的控制及水分含量及終點在線監控、壓片過程中片劑的內含物及片重控制包衣厚度的在線監測及包裝的過程監測的各個環節。其中，近紅外光譜在線分析技術，因其儀器較簡單，分析速度快，非破壞性和樣品制備量小，適合各類樣品液體、粘稠體、涂層、粉末和固體分析，多組分多通道同時測定等，已廣泛應用于制藥生產的各個環節。田耀華四曾介紹制藥裝備中在線監控的實例儀器裝置。但PAT在線監測技術在我國才剛剛起步，這方面的研究也才開始，隨著制藥企業及濃縮提取設備制藥裝備企業對cGMP的深入理解，PAT在線監控技術在制藥工業及制藥裝備行業中將有廣闊的應用前景。
PAT過程分析技術是多學科交叉、滲透和融合的結果，各種新興技術正逐漸在過程分析中得到推廣應用。國外已成立了多個過程分析技術研究中心，如美國田納西州大學的測量與控制工程中心MCEC(Measurement&ControlEngineeringCenter)專門從事與控制、過程分析相關的技術研究，并將研究成果迅速應用于工業生產中。我國在這一領域盡管有一定的技術基礎，但研究單位較少且較為分散，人才培養也相對滯后，需要引起國家相關部門的足夠重視，在借鑒國外相關經驗和技術的基礎上，形成我國自有的組織和技術體系，為實現我們中藥制劑工程現代化提供技術支持。
二、PAT技術中的熱點—近紅外(NIR)光譜分析技術
近紅外光譜在線分析技術在制藥工程中的應用研究成為熱點，以下對其做簡單介紹。在線近紅外光譜分析技術由硬件、分析軟件和分析模型3部分組成。
1、硬件
近紅外光譜在線分析技術的硬件組成主要有光譜儀、取樣系統、測樣裝置、樣品預處理系統等部分。在實際應用中，還應有防爆系統、界外樣品抓樣系統等。其中：(1)光譜儀是整個在線分析系統的心臟。通常按需要綜合評價儀器的各種性能，以穩定性、波長范圍、分辨率、采集時間、信噪比等指標來選擇儀器。(2)用于液體分析時，采用泵抽采樣、壓差引樣或定位直接取樣測量；用于固體樣品分析時，采用漫反射定位直接測量。(3)固體樣品分析時，一般無需預處理工作。但分析液體樣品時，預處理則相當重要，需控制樣品的溫度、壓力和流速，并脫除樣品中的氣泡、水分和機械雜質等影響測量的有害成分。(4)對于不透明液體或固體常采用漫反射探頭，探頭可以與樣品保持一定距離，實現非接觸測量。對透明液體則常用流通池或插入式光纖探頭。此外，上述各項硬件常安裝在一個分析小屋中，并為其提供水電氣等。
2、分析軟件
在線近紅外光譜分析系統的軟件需具有光譜實時采集、化學計量學光譜分析定量定性模型的建立、待測樣品類型及模型界外樣品的判斷、樣品性質或組成的定量計算等功能。此外，還應包括數據與信息顯示功能、數據管理功能、通訊功能、故障診斷與安全功能、監控功能、網絡化功能。
3、分析模型
分析模型在近紅外光譜分析中處于核心地位。對一般情況，可通過一段時期內現場收集有代表性樣品，使用模型建立模擬系統建立一個初始模型，然后依據在線檢測來逐漸擴充模型。
近紅外技術是依據某一化學成分對近紅外區光譜的吸收特性而進行定量測定，所以應用近紅外光譜進行檢測的技術關鍵就是建立一種定量的函數關系。依靠這種關系，就能從未知樣品的光譜中求出樣品的成分和含量。
近紅外光譜分析基本流程包括：(1)收集具有代表性的樣品(其組成及其變化范圍接近于待測樣品)，然后采集樣品的光譜。一般而言，對于一個單組分系統，校正集至少由20個樣品組成。(2)利用標準方法(參考方法)對樣品性質進行測定。參考方法測定結果的準確性直接影響校正模型的可靠性。(3)光譜信號經過預處理后，通過數學方法將這些光譜數據和檢測的數據進行關聯，建立定性或定量校正模型。(4)未知樣品分析。掃描待測樣品的近紅外光譜，輸入到所建立的校正模型，即可計算出其性質。
在上述幾個步驟中，校正集樣品的收集和標準方法測定的工作直接關系到校正模型的準確性和推廣性。校正模型的建立是近紅外分析技術的核心。分析模型的準確性、通用性和穩定性決定了近紅外光譜技術的應用效果。分析模型的可靠性在很大程度上取決于儀器的穩定性和重現性。因此，國際各大生產廠商一直在追求儀器的高信噪比、高穩定性以及儀器間的高一致性。
三、PAT技術和制藥裝備自動化的關系
PAT技術被定義為一種可以通過測定關鍵性的過程參數和質量指標來設計、分析、控制藥品生產過程的機理和手段。通過在藥品生產過程中使用PAT技術，提高對生產過程、關鍵參數和產品質量的過程控制，使產品質量變得精確和可靠，增加產品最終質量保障，從而達到產品質量是生產出來的，而不是化驗出來的目的。
傳統觀念的制藥廠生產過程一般通過控制批生產過程以及最終的產品實驗室分析結果，來達到預定的質量標準。而現在的PAT質量管理理念是：最終產品的質量保證是通過工藝分析方法、設備驗證及過程參數自動控制，通過執行標準操作規程、工藝規程，每批生產過程中及時取樣分析，反饋分析數據，調整控制過程參數，來保證藥品質量。
中藥醫藥多功能提取濃縮罐生產過程在線檢測技術包括工藝參數檢測系統及質量參數在線檢測系統等。工藝參數監測系統可通過傳感器、控制閥、計算機或PLC控制器等儀器手段直接測量(如溫度、壓力、PH值、液位、轉速、沖擊壓力等)；對不能直接在線測量的關鍵工藝參數和質量參數(如水分含量、密度、粘度、粒徑、硬度、內容物含量、藥品包衣厚度、液體制劑有效成分含量等)，可采用軟測量技術。軟測量主要依據生產過程中易檢測的有關過程變量與難檢測的工藝變量之間的關聯，通過相應的數學模型，來推算過程中目前用儀表較難檢測的變量。當在線檢測的實時數據反饋到計算機時，計算機就能根據實時監控模型分析這些數據，并發出控制指令，從而達到對過程工藝參數及質量參數的在線監測及控制。
生產過程的在線監測是制劑工程自動化控制系統的主要內容。制劑工程自動控制系統包括硬件和軟件兩大部分。硬件由控制計算機、各種自動閥門和切換器、自動傳感裝置、自動檢測分析裝置、自動輸送裝置等組成。軟件則包括計算機信息集成軟件平臺、質量數據統計分析方法、過程控制模型建立、集散控制系統等。制劑工程自動控制系統就是對制劑生產過程中的溫度、流量、壓力、液位、重量、濃度含量、厚度、時間等工藝參數和質量參數，進行數據采集、分析、顯示、報警和控制等，以實現各工藝操作的系統。
在實際生產中，達到這樣的要求，成本很高。盡管如此，隨著中藥產品逐漸邁出國門，國內中藥制劑生產過程離線檢測分析方法難以適應生產的實時監控要求，也難以實現自動控制和系統集成優化，研究開發在線檢測控制技術、質量分析數據統計處理和質量統計過程控制技術、開發自動在線監測系統軟件包，是醫藥生產過程研究發展的當務之急。
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