中國粉體網(wǎng)訊  國際粉體工業(yè)展線上推介了一款由日本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究所開發(fā)的粉體模擬軟件——iGRAF（集成顆粒流模擬軟件），據(jù)官方資料介紹是一款基于離散元方法（DEM）開發(fā)的綜合性仿真工具，既能用于顆粒體模擬，也能進(jìn)行流體模擬（CFD）。其在注重易用性的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了眾多在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過的物理模型，從而在用戶友好性與計(jì)算結(jié)果的可靠性之間取得了平衡。借助iGRAF，用戶完全可以獨(dú)立完成各種顆粒體現(xiàn)象的模擬。

該研究所特別聘請(qǐng)了東京大學(xué)酒井教授作為技術(shù)顧問。酒井教授的研究領(lǐng)域是粉末與混合流的數(shù)值模擬。在日本國內(nèi)，他曾擔(dān)任粉體工程學(xué)會(huì)理事、日本粉體工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)粉體模擬技術(shù)應(yīng)用分會(huì)協(xié)調(diào)人以及該協(xié)會(huì)人工智能技術(shù)應(yīng)用委員會(huì)主席，在國際粉末與混合流模擬領(lǐng)域他是享有盛譽(yù)的杰出研究者之一。

這種粉體模擬軟件到底有什么具體的用處呢？

據(jù)使用了該軟件的日本明治制藥株式會(huì)社研發(fā)人員介紹，在一片藥片的生產(chǎn)過程中，確保藥物與各種添加劑能夠均勻混合，對(duì)于藥品的質(zhì)量而言至關(guān)重要。無論是進(jìn)行初步的小規(guī)模試驗(yàn)，還是在大規(guī)模工廠生產(chǎn)中，都必須保證最終產(chǎn)品的一致性；尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，往往需要采取一些特殊的措施來確保這種均勻性。

例如，在工廠中，通過管道讓粉體顆粒下落或者利用空氣輸送系統(tǒng)來運(yùn)輸這些粉體，都可能會(huì)導(dǎo)致原本混合均勻的藥物與各種添加劑不再保持均勻狀態(tài)（即發(fā)生分層現(xiàn)象）。為了解決這個(gè)問題，人們通過大量的實(shí)驗(yàn)以及以往的經(jīng)驗(yàn)積累，不斷探索最佳的輸送方法。但是，這樣的實(shí)驗(yàn)不僅耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，而且所需的原材料成本也相當(dāng)高昂。

為了更高效地解決生產(chǎn)過程中粉體輸送所面臨的問題，該制藥企業(yè)決定引進(jìn)“iGRAF”這一計(jì)算機(jī)模擬工具，并開始將其應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)流程中。他們發(fā)現(xiàn)iGRAF真正給他們的幫助在于：它能夠讓研發(fā)人員直觀地觀察到粉體的運(yùn)動(dòng)軌跡以及空氣的流動(dòng)情況。

以前，研發(fā)人員只能在粉體下落之后對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，或者通過觀察下落過程中的視頻來了解情況；但自從引入了iGRAF之后，終于能夠清楚地看到：在粉體下落的過程中，各種粉末究竟是如何運(yùn)動(dòng)的，又是哪些因素影響了它們的運(yùn)動(dòng)方式。這些信息不僅有助于研發(fā)人員在事前識(shí)別潛在問題，還能在問題出現(xiàn)時(shí)提供明確的解決方向。因此，該藥企正在積極利用這些信息來提升其技術(shù)水平。

接下來，該藥企希望將iGRAF的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到各種制藥工藝及相關(guān)設(shè)備中。除了目前已經(jīng)應(yīng)用的粉體輸送、下落和混合等環(huán)節(jié)外，藥品生產(chǎn)過程中還包含許多其他涉及粉體的操作步驟，例如造粒、壓片和涂層等。通過使用iGRAF，有望觀察到以前無法看到的現(xiàn)象——即粉體在運(yùn)動(dòng)過程中的狀態(tài)，以及機(jī)械設(shè)備發(fā)生變化時(shí)顆粒行為的變化情況。從而在從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生產(chǎn)向工廠規(guī)模生產(chǎn)過渡的過程中，提高藥物生產(chǎn)的準(zhǔn)確性和效率。

除了上述制藥企業(yè)在使用粉體模擬軟件之外，日本一家大型食品企業(yè)味之素株式會(huì)社也在使用iGRAF。為了制造出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，味之素一直在研究如何控制粉體的物理性質(zhì)，以及如何通過顆粒設(shè)計(jì)來提升產(chǎn)品的性能。然而，實(shí)際上粉體這種物質(zhì)相當(dāng)“難以捉摸”。例如，液體在混合后基本上會(huì)保持均勻的狀態(tài)；但粉體卻不同，即使經(jīng)過混合，也很容易出現(xiàn)成分分布不均的情況。如果產(chǎn)品在制造過程中就存在這樣的成分不均勻問題，那么最終可能不得不將這些產(chǎn)品報(bào)廢。

為了避免這類問題的發(fā)生，研發(fā)人員會(huì)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。與制藥企業(yè)類似，實(shí)際情況往往是：在較小規(guī)模上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)雖然取得了成功，但當(dāng)實(shí)驗(yàn)規(guī)模擴(kuò)大后，結(jié)果卻可能不再理想。這樣一來，就不得不重新開始整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，浪費(fèi)大量時(shí)間在反復(fù)嘗試中，同時(shí)還白白消耗了實(shí)驗(yàn)所需的原材料。

就在味之素思考是否有更高效的方法時(shí)，他們?cè)趯W(xué)術(shù)會(huì)議上了解到了一種名為“粉體模擬技術(shù)”的存在。然后他們花了大約一年的時(shí)間來研究這種模擬技術(shù)的實(shí)用性，并最終決定將其應(yīng)用到實(shí)際工作中，并親身感受到了該技術(shù)在降低成本、節(jié)省時(shí)間方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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