在藥品工業(yè)化之前，藥品的最佳化是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。
首先，通過優(yōu)化制程，可以改善反應(yīng)及萃取產(chǎn)物的選擇、產(chǎn)率、三廢、原料的消耗、藥品的制造費(fèi)用；
其次，通過對(duì)藥品工藝進(jìn)行優(yōu)化，可以減少流程的運(yùn)行困難，或使整個(gè)流程的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而大大減少醫(yī)藥企業(yè)的投入；
第三，通過對(duì)藥品的工藝進(jìn)行優(yōu)選，可以有效地改善產(chǎn)品的安全、環(huán)境，便于工藝流程的生產(chǎn)和經(jīng)營。
因而，在制藥技術(shù)和制藥工程的教學(xué)中，藥品生產(chǎn)過程的最佳化一直占據(jù)著十分關(guān)鍵的位置。在制藥工程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行藥物生產(chǎn)過程優(yōu)化的教學(xué)與科研工作，將有助于加強(qiáng)大學(xué)醫(yī)藥工程學(xué)的培養(yǎng)，提升醫(yī)藥工程的技術(shù)能力。
針對(duì)醫(yī)藥行業(yè)的實(shí)際情況，目前常用的五種優(yōu)化技術(shù)有：單因素優(yōu)化法、正交試驗(yàn)法、均勻試驗(yàn)法、響應(yīng)面優(yōu)化法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法。
在進(jìn)行最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，盡可能地運(yùn)用電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，既能提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析精度，又能提高實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)條件，并能顯著地改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。
一、從原理入門到過程最優(yōu)法的講授都要講道理，講得有理有據(jù)，講得好，講得妙。
因此，在藥物生產(chǎn)過程的最優(yōu)過程中，首先要對(duì)其進(jìn)行理論上的闡述。單因子最優(yōu)方法的基本思想是：
在一定的其它因素恒定的情況下，逐漸地對(duì)某一因子進(jìn)行變化，并利用該因子的變化程度來研究各因子對(duì)該因子的作用，以尋找最佳的生產(chǎn)工藝。
采用正交試驗(yàn)優(yōu)選方法選取具有代表性的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮到“均勻分散、整體性比較”的特性，使得代表性的實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)區(qū)域中平均分配，便于進(jìn)行研究，并便于對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，并能直觀地反映各個(gè)影響因子的作用和相互影響。
采用均質(zhì)實(shí)驗(yàn)的方法，可以使實(shí)驗(yàn)區(qū)域中的實(shí)驗(yàn)區(qū)域得到更大的平均分配。
反應(yīng)面最優(yōu)法是將單一因子與相互作用因子結(jié)合起來，以求最佳反應(yīng)條件。
神經(jīng)網(wǎng)路優(yōu)化法是一種模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)的智能系統(tǒng)，通過簡單的運(yùn)算單元（神經(jīng)元）的聯(lián)結(jié)形成大規(guī)模的、平行的、分散的加工過程，最后獲得最佳的加工參數(shù)。
二、突出各工藝最優(yōu)方法的特點(diǎn)、區(qū)別和聯(lián)系
藥理最優(yōu)方法的特點(diǎn)、區(qū)別和聯(lián)系。只有充分認(rèn)識(shí)不同的最優(yōu)方案的特性，認(rèn)識(shí)其差異，熟悉其相互關(guān)系，才能正確地選取最佳方案，充分利用最佳化的優(yōu)點(diǎn)，獲得精確、穩(wěn)定的最佳方案。
通常，單一因子最優(yōu)方法是根據(jù)已知的因子值來進(jìn)行下一階段的優(yōu)選，因而，該方法具有單一的單一方向的確定性，便于進(jìn)行研究和判斷。
但是，單一因子最優(yōu)方法對(duì)環(huán)境的評(píng)價(jià)往往只在其它因子相同的情況下進(jìn)行，并未將各因子之間的相互影響考慮在內(nèi)，這就成為了單一因子最優(yōu)方法的一個(gè)軟肋。
一般情況下，用單一因子最優(yōu)方法求出的最優(yōu)解是最優(yōu)解。采用正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其主要特征在于：
試驗(yàn)具有均一性、一致性一致性、均一性、均一性、具有足夠的代表性、一致性、一致性、一致性等優(yōu)點(diǎn)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，便于對(duì)各個(gè)因子的主、局部相互作用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。
與單一因子最優(yōu)方法比較，正交實(shí)驗(yàn)中將各因子之間的相互作用影響充分地納入了各因子之間的相互作用，從而能夠得到比單一因子最優(yōu)方法更加精確的最優(yōu)解。
然而，不管采用何種方法進(jìn)行優(yōu)選與優(yōu)選，其最佳工藝參數(shù)均僅限于正交實(shí)驗(yàn)中的因子等級(jí)，而橫向參數(shù)的選取會(huì)對(duì)最佳工藝的優(yōu)化產(chǎn)生一定的作用。
均勻?qū)嶒?yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)獲得了足夠的均勻分配，而不需要在正交實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行規(guī)律性比較，從而大大降低了實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，而且均勻?qū)嶒?yàn)最優(yōu)法沒有將正交實(shí)驗(yàn)的一致性與一致性進(jìn)行統(tǒng)一，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理只能通過線性和多元回歸進(jìn)行。
與均勻?qū)嶒?yàn)方法相比，反應(yīng)面最優(yōu)方法可以獲得最好的結(jié)果，而反應(yīng)面最優(yōu)方法所需的時(shí)間較短，節(jié)約了大量的時(shí)間和精力。
該方法可以在實(shí)驗(yàn)人員對(duì)過程的最佳機(jī)制不十分明確或根本不了解的情況下，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選，而且該方法無需遵循規(guī)則，通過電腦對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
然而，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法中，為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行智能分析，通常要在0到1之間添加數(shù)據(jù)，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的辨識(shí)和運(yùn)算。
實(shí)驗(yàn)的次數(shù)多了，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的最優(yōu)解也就更精確。結(jié)果表明，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)方法，所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)更多。
五種優(yōu)化算法中，采用單一因子優(yōu)化法和正交法分別求出了優(yōu)化的最優(yōu)解，采用了均勻試驗(yàn)法、響應(yīng)面優(yōu)化法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法分別獲得了最佳的結(jié)果，其結(jié)果要優(yōu)于單一因子優(yōu)化法和正交法。
然而，試驗(yàn)優(yōu)化、響應(yīng)面優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方法的數(shù)據(jù)處理都要依靠電腦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，所以采用均勻試驗(yàn)優(yōu)化法、響應(yīng)面優(yōu)化法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法等方法，都必須具備相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件。
三、詳細(xì)介紹了優(yōu)選過程的優(yōu)選方法
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素，對(duì)藥物生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)選。對(duì)于不清楚的因素對(duì)靶量值的作用，通常要通過單一因子的優(yōu)化來檢驗(yàn)各因子的作用，通過單一因子的檢驗(yàn)，找出各因子的大體變動(dòng)幅度，然后再利用其它的優(yōu)化手段進(jìn)行工藝的優(yōu)選。
在工藝優(yōu)化指標(biāo)不高的情況下，通過采用正交試驗(yàn)和均一性實(shí)驗(yàn)兩種方法對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)選，并根據(jù)因素?cái)?shù)量和橫向數(shù)量來確定最佳化的最佳條件；
由于正交法分析簡單、直觀、易于把握，故可選用正交試驗(yàn)法進(jìn)行藥物優(yōu)選。如果因子數(shù)量大于因子數(shù)，則應(yīng)選用均勻?qū)嶒?yàn)法進(jìn)行優(yōu)化，這樣既能縮短實(shí)驗(yàn)次數(shù)，又能節(jié)約實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，節(jié)約實(shí)驗(yàn)周期。
我們通常推薦采用三倍于因素?cái)?shù)量的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便得到的均勻度好，便于后期的模型和最佳的設(shè)計(jì)，而均勻度實(shí)驗(yàn)方法則需要利用電腦進(jìn)行優(yōu)化。
在對(duì)最佳工藝參數(shù)進(jìn)行高的情況下，采用基于反應(yīng)面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化法進(jìn)行最佳的生產(chǎn)。采用正交型最優(yōu)方法，可以在最小二乘法的基礎(chǔ)上，通過三個(gè)最小的實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)面最優(yōu)方法的最優(yōu)解。
在采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)選時(shí)，應(yīng)盡可能地加大實(shí)驗(yàn)次數(shù)，以提高計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果的精確度；
在對(duì)實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析后，若發(fā)現(xiàn)有明顯的拐點(diǎn)處改變，應(yīng)盡可能多地在拐點(diǎn)處進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高電腦對(duì)實(shí)驗(yàn)資料規(guī)則的精確度。
四、加強(qiáng)制藥過程的優(yōu)化和試驗(yàn)的設(shè)計(jì)
對(duì)制藥過程進(jìn)行優(yōu)化的試驗(yàn)研究具有十分關(guān)鍵的意義。通過單一因子優(yōu)選，可以依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各影響因子進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。
采用正交試驗(yàn)輔助軟件、 DPS軟件、 SPSS、 PASWStatistics、 Star EaseDesign Expert、 Star EaseDesign Expert等軟件進(jìn)行試驗(yàn)和試驗(yàn)。
均勻?qū)嶒?yàn)的優(yōu)選方法應(yīng)以均勻?qū)嶒?yàn)的設(shè)計(jì)表格與使用表格相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)面最優(yōu)方法采用統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)、 sAs等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通常只要通過簡單的實(shí)驗(yàn)方案就能達(dá)到最佳的工藝要求。
該方法無需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只需將所有的優(yōu)化因子都包含在內(nèi)，便可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
五、重點(diǎn)優(yōu)化法的統(tǒng)計(jì)分析
結(jié)果表明：單一因子優(yōu)化法可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)優(yōu)化的情況進(jìn)行判定。采用正交試驗(yàn)方法，可以采用手工方法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最優(yōu)解，同時(shí)還可以采用 Excel，正交試驗(yàn)助手， DPS軟件， SPSS, PASwStatistics, Statistica等軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析，同時(shí)還能對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬分析，從而提高分析的精度和實(shí)用價(jià)值。
采用均勻設(shè)計(jì)軟件， SPSS- Matlab, sAs, Basic, Lingo, Lindo, Matlab, DPS, PortableJMP等軟件對(duì)均勻測試進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理。
反應(yīng)面最優(yōu)方法是使用 Statistica、Stat-EaseDesign— Expert、 Statgraphics或 SAS等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不同的是 SAS系統(tǒng)必須通過程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而 Statistica和Stat-EaseDesign— Expert不需編寫程序，只需直接使用就可以了。利用 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。
六、舉例說明不同的最優(yōu)方案
在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理中，除單一因子最優(yōu)之外，其它的一些優(yōu)化方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與計(jì)算都較為繁瑣，僅用理論說明很難理解。
所以，在每個(gè)最優(yōu)方案的測試和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和說明時(shí)，都需要參考相關(guān)的文獻(xiàn)，運(yùn)用文獻(xiàn)中的事例對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行手工或電腦的統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證了該算法的有效性和可信度。
通過這種方式，可以增強(qiáng)講授方式的可信度，讓講授更加容易被人所理解，從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。
七、認(rèn)識(shí)和了解多種最優(yōu)方案的通用性要求
對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有許多共同之處。
第一個(gè)問題是要素的數(shù)目。在某一工序的最佳實(shí)驗(yàn)中，如果各因子選擇過多，則會(huì)導(dǎo)致各因子的主次不能區(qū)分；
如果選擇過小，則會(huì)忽略關(guān)鍵要素，或者忽略要素問題之間的相互影響，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法達(dá)到目標(biāo)。故一般選用3~8個(gè)因素?cái)?shù)。
第二個(gè)問題是因子級(jí)別的問題。如果是在室內(nèi)進(jìn)行，則測試的水平應(yīng)該盡量大；如果是在生產(chǎn)過程中進(jìn)行，測試的幅度不能大，以免產(chǎn)生過量的副產(chǎn)物。或者有什么風(fēng)險(xiǎn)。但是從實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn)來說，測試的區(qū)域應(yīng)該盡量大，這樣就會(huì)影響到生產(chǎn)過程中的操作。
第三個(gè)問題是因子的橫向數(shù)量和橫向間距。如實(shí)驗(yàn)水平區(qū)間容許較大，應(yīng)合理地提高因子的數(shù)量；
橫向間距的尺寸與測試和生產(chǎn)的控制精度有很大關(guān)系，如果在一定的測試區(qū)域內(nèi)減少試驗(yàn)間距，則不可避免地會(huì)導(dǎo)致測試的數(shù)量增大；但由于各因子之間的間距過大，實(shí)驗(yàn)中的不確定因素勢必會(huì)增大。
第四個(gè)問題是實(shí)驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)和分析。在實(shí)驗(yàn)的范疇中，統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)算方法是行之有效的，但是在擴(kuò)展的條件下，還不能肯定它的有效性。
當(dāng)各因子在測試區(qū)域內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)時(shí)，通常該指標(biāo)為測試區(qū)域的缺陷。當(dāng)以上兩種情形發(fā)生時(shí)，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的檢測。
第五個(gè)問題是測試和確認(rèn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，得出的最優(yōu)工況均需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
結(jié)語：
以最優(yōu)理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)的各種最優(yōu)方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)和分析，運(yùn)用案例進(jìn)行最優(yōu)的解釋。
在進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，要注重實(shí)驗(yàn)最優(yōu)方法的通用性、特點(diǎn)、區(qū)別和聯(lián)系，以確定最佳方法的選取，以達(dá)到更形象、更具體、更完整的目的。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們倡導(dǎo)運(yùn)用電腦進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，既能激發(fā)學(xué)生對(duì)最佳化的興趣，又能積極地優(yōu)化方法教室的氛圍，進(jìn)而改善藥劑工藝的教學(xué)質(zhì)量。
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