【原创】离散元仿真,模拟制药工艺中微观和宏观尺度颗粒现象——专访澳汰尔工程软件(上海)有限公司高级销售经理方海涛


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  EDEM是离散元仿真软件,离散元是一种研究颗粒力学的数值计算方法,通过在微观和宏观尺度的计算,来分析设备以及工艺过程中的颗粒现象,指导设备和工艺过程的优化和再设计。这就是我们常说的虚拟样机技术,现在也可以叫数字孪生物理模型。

中国粉体网讯 医药粉体技术创新,赋能新型给药系统开发!中国粉体网以“从粉体技术,论制药工艺”为主题,于2025年3月13-14日,在江苏南京举办“第七届全国医药粉体制备及物性表征技术高峰论坛”。会议期间,我们邀请到与会专家、学者做客“对话”栏目,进行视频访谈。本期我们邀请到的是澳汰尔工程软件(上海)有限公司高级销售经理方海涛。

 

 

澳汰尔工程软件(上海)有限公司高级销售经理方海涛

 

粉体网:方经理,请您介绍一下贵公司及其在工程仿真领域的地位?

 

方经理:澳汰尔(Altair)公司是一家专注于多物理场仿真分析、高性能计算、数据分析和人工智能的高科技公司,成立于1985年,总部位于美国底特律。多物理场指的是结构力学、流体力学、电磁学等不同的物理领域,参加这次大会主要是介绍离散元这个细分领域的仿真分析软件EDEM及其在制药和制药装备领域应用和成功案例。

 

Altair在工程仿真领域被认为是行业龙头企业之一,全球制造业500强中很多都是Altair用户。

 

粉体网:方经理,澳汰尔EDEM软件的主要功能和应用场景是什么?

 

方经理:EDEM是离散元仿真软件,离散元是一种研究颗粒力学的数值计算方法,通过在微观和宏观尺度的计算,来分析设备以及工艺过程中的颗粒现象,指导设备和工艺过程的优化和再设计。这就是我们常说的虚拟样机技术,现在也可以叫数字孪生物理模型。

 

离散元的研究对象包括土壤、矿石、纤维、谷物、粉体等等,被广泛应用于各行各业,例如工程机械、农业机械、矿山机械、钢铁冶金、新能源电池、水泥、化工以及制药行业。

 

以锂电池为例,通过原材料的混合、搅拌过程的仿真,可以指导工艺参数和搅拌釜结构的优化,避免搅拌死区,快速实现混合均匀性,通过电极片辊压工艺的仿真,可以预测微观结构的迂曲度、孔隙率等。这些指标与电池的导电率直接相关,如果通过传统方法,基于试验、经验去试错、优化,物料成本和时间成本会很高,而且有些现象和指标是无法通过试验观测的。

 

粉体网:方经理,澳汰尔EDEM软件在制药工艺和设备优化中能发挥哪些作用?

 

方经理:以固体制剂的工艺过程为例,绝大部分原材料和中间产品都以颗粒的状态存在,颗粒的应力状态和流动状态非常复杂,这些因素最终会影响药品的质量,尤其是在连续制造过程中,这种缺陷会不断被放大。想要对这些因素去做深入的机理研究,传统的试验方法有局限性,经典的计算公式又过于简化,所以需要引入微观和宏观尺度的高精度模拟计算,这就是EDEM软件的价值。

 

EDEM可以模拟大部分的固体制剂工艺过程,包括粉末混合、破碎、硫化、造粒、压片、充模、包衣等等,并且可以模拟小试、中试、放大生产等不同尺度规模下的性能。以包衣为例,EDEM可以模拟转速、喷涂量、空气流速、温度等指标对喷涂效果的影响,还可以预测药片的磨损,这种三维仿真相当于一次全方位的虚拟试验,最终目的是通过所得到的颗粒现象和数据来指导设备、工艺的改进优化。通过仿真预测、提出优化方案、再仿真分析验证,这样一个闭环的流程,基于机理研究来解决固体制剂的设备和工艺的性能问题,减少试错,加快药品上市的流程。

 

粉体网:方经理,目前澳汰尔EDEM软件在中国市场有哪些应用?

 

方经理:前面提到的,目前在中国,EDEM软件在工程机械、农业机械、钢铁冶金、新能源电池等一些主要的行业领域都有深入的应用,这些行业中很多头部企是EDEM用户。同时我们也在不断拓展更多的行业应用,例如这两年一些自主品牌汽车企业开始用EDEM做底盘的石击分析、沙漠越野性能的分析,有粉末冶金、3D打印的企业做粉体性能的分析,甚至还有家电行业的用户,例如咖啡机、吸尘器等等。虚拟仿真是数字化研发的一个核心环节,前面讲到的这些应用也是中国高端制造业的一个缩影,一些企业已经具备了国际领先的研发能力。

 

粉体网:方经理,离散元仿真技术在制药行业的应用现状?未来还有哪些拓展空间?

 

方经理:坦白讲,目前国内外制药行业在离散元仿真的应用上还有较大差距。在国外,头部的药企基本上都是EDEM用户,例如辉瑞、GSK、默克、强生、阿斯利康、艾伯维等,这其中辉瑞的软件使用量是最大的,甚至可以排到前面提到的所有行业EDEM用户的前三名,由辉瑞工艺部门的首席科学家带领团队做研究。


在亚洲地区,日本、韩国、印度也有一些制药行业的用户,但目前在国内用户很少,只有非常少的几家高校和商业客户。

 

Altair公司希望借助与国际客户合作的经验,在国内进行推广,随着制药行业的整体技术升级,尤其是智能制造、连续制造的应用推广,我觉得这个市场潜力还是很大的。在前沿拓展方面,EDEM会与AI技术相结合,例如基于机器学习的模型降阶技术等,将这个技术应用到制药领域,可以实现工厂级的仿真数字孪生体,目前我们正在与国外客户一起合作探索这些应用方向。

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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作者:昧光

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