依托统一建模仿真(MODSIM)技术实现药片片剂压片仿真普惠化

本文将介绍制药企业如何借助 * 统一建模仿真（MODSIM）* 与设计探索技术完成片剂研发转型，实现成型缺陷提前预判、大幅削减实物反复试错，推动仿真工具普惠化落地，最终提升片剂成品品质与工艺稳定性。

一、引言

市面上片剂品类繁多，外形差异并非单纯外观设计区分，核心是功能性需求不同。片剂外形微小改动，都会改变药物释药疗效。伴随疾病复杂度提升、个性化给药方案普及，制药企业面临核心研发难题：既要保证药物临床疗效，又要兼顾可量产制造性。传统片剂开发流程需要针对同一配方、多套冲压模具开展大量实验室粉体压实实物测试，迭代周期漫长、物料人力消耗大、研发成本居高不下。

二、片剂压片工艺核心流程

一套完整片剂压制循环分为五道标准工序：

粉体预处理混合，保证药粉组分均匀；

模腔填料；

预压，完成轻度粉体压实；

主高压成型，施加高压力制成完整片剂；

片剂顶出脱模。

片剂压制压力-体积工序流程图

片剂脱模后极易出现各类成型瑕疵：崩边、粘冲、吊粉、顶裂、分层。每一片不合格成品都会造成物料损耗，因此一套可从源头杜绝瑕疵的压片工艺至关重要。

三、传统片剂原型开发模式

生产阶段降低片剂缺陷率是核心研发目标。传统研发流程下，制剂工程师会依据给药剂量、患者适用场景、配方理化特性，从标准冲压模具库挑选片剂外形尺寸，开展实验室实物压实测试。成型样片需完成多项关键性能指标（KPI）检测：硬度、脆碎度、崩解时限、溶出度。若样品无法达标，则重新开模复测，进入多轮迭代循环。整套流程高度依赖实物试验与试错调整，耗时久、资源投入大、成本高昂。

传统实物测试片剂开发流程示意图

传统模式痛点

需要多套冲压模具反复试制；

工艺验证周期漫长；

全程依赖实物样品检测。

四、片剂压片建模与仿真技术应用

依托 Abaqus 有限元软件开展精细化应力仿真，分析各类成型缺陷产生根源，可提前优化工艺参数、减少不良品。多家制药企业已采用建模仿真技术开展虚拟片剂压片试验。但企业落地过程中仍存在诸多痛点：仿真专业人才稀缺，相关操作仅少数工程师掌握；CAD 建模、仿真、图纸修改分属不同软件平台，文件传递、版本管理繁琐；同时新药上市周期要求持续收紧。因此打通 MODSIM 一体化协同体系、实现仿真普惠化，让制剂研发人员独立操作仿真工具，是解决上述瓶颈的核心方案。

仿真普惠化全新片剂研发流程

支撑仿真普惠落地四大基础：成熟材料本构模型、标准化作业流程、市场竞争时效压力、非仿真专业人员可操作仿真工具。

五、MODSIM 赋能高效片剂研发全流程

为快速评估多款片剂外形、提前预判成型缺陷，让模具设计人员、制剂工程师便捷使用仿真工具，可落地一套四步标准化作业流。

MODSIM片剂压片四步工作流

整套流程用于针对特定药物配方，评估不同外形片剂的压实力学行为：

• 参数化模型创建

• 材料参数标定

• 压片仿真工况搭建

• 仿真普惠化落地

六、参数化模型搭建

搭建片剂压片数字孪生，无需制作多套实物模具反复测试，在 3DEXPERIENCE 平台完成参数化冲压模具装配，快速创建、仿真多款片剂外形方案。

SOLIDWORKS 用户可通过两种路径使用 MODSIM 一体化能力：

设计仿真同步更新模式：工程师在 3DEXPERIENCE 平台基于基准 SOLIDWORKS 模型运行仿真；依托仿真分析结论返回 SOLIDWORKS 修改结构，无需重复基准仿真全部步骤，直接对比修改前后仿真结果。

参数化设计研究模式：在 SOLIDWORKS 设计模块中同步定义仿真参数（材料属性、载荷工况、边界条件等），开展早期多方案探索。

两种路径均可省去多软件间文件互传操作，无缝完成多款片剂构型仿真评估，辅助工程师前期方案决策。

SOLIDWORKS片剂冲压装配三维模型界面

七、材料参数标定

片剂压实是复杂多阶段物理过程：粉体先发生颗粒滑移剪切流动，随后进入弹塑性变形阶段完成粉体致密；卸除压合力后，粉体因剪胀效应产生非线性弹性回弹。软件内置 ** 德鲁克 - 普拉格帽本构模型（DPC 模型）** 可完整复现整套粉体力学行为。

德鲁克-普拉格帽模型应力应变曲线

3DEXPERIENCE 平台配套材料标定应用，大幅简化高级粉体本构模型参数校准工作。工具内置丰富材料库、优化求解算法与多套专业标定方法，高效完成粉体材料参数校准。

曲线分段物理含义：

A 段：剪切流动；B 段：致密硬化阶段；C 段：弹性回弹阶段。

八、压片仿真工况搭建

举例说明仿真应用场景：制剂工程师需要匹配片剂厚度、相对密度两项硬性指标，确定最优片剂外形；相对密度区间直接决定片剂是否产生顶裂、崩边缺陷。

本案例片剂技术指标：

片剂厚度 = 5mm（±5% 公差）

相对密度区间：0.85 ~ 0.95

片剂压片技术指标设置界面

本次仿真对比三款典型片剂构型：平面片剂、凸面 1 型（凸度更大）、凸面 2 型（凸度适中）。

三款片剂密度分布仿真对比云图

平面片剂：厚度达标，相对密度区间 0.751~0.808，低于标准下限，脱模极易出现边角崩边，量产可行性低；

凸面 1 型：厚度 6.13mm 超标，相对密度 0.745~0.871，片剂中心密度分布不均，量产易出现粘冲缺陷，两项指标均不满足要求；

凸面 2 型：厚度 5.11mm 符合公差，相对密度 0.827~0.929 落在标准区间，凸度优化后片剂中心压实充分，密度分布均匀，量产稳定性良好。

依托 MODSIM 技术，制剂工程师无需制作多套实物模具开展实验室测试，即可预判任意配方片剂压实力学性能。

九、面向制剂研发人员的仿真普惠落地方案

依托 3DEXPERIENCE 平台多学科优化工程师角色权限，实现压片仿真普惠化落地。制剂研发人员在项目早期即可使用高级仿真功能，同时复用仿真专家沉淀标准化流程模板开展前置验证。

标准化流程模板支持两种模型导入方式：

直接读取 SOLIDWORKS 参数化模型库文件；

调取 3DEXPERIENCE 平台内已完成 CAD 模型。

材料标定工具可完整捕获粉体压实力学特性，制剂与仿真工程师协同将复杂本构模型导入仿真环境。仿真参数支持自定义配置或调用系统预设默认值。仿真运算完成后，制剂人员可直接查看结果，核对密度分布、应力集中、压合力、脱模力等全部关键性能指标（KPI）是否达标。标准化模板大幅降低仿真使用门槛，缩短工艺验证周期、加快新药上市节奏。

片剂虚拟测试实验室仿真操作界面

十、总结

本文介绍的一体化 MODSIM 仿真研发流程，可大幅缩短片剂设计迭代周期，削减多套实物开模测试成本。仿真普惠化落地降低企业对专业仿真工程师的依赖，制剂科研人员可独立完成片剂设计评估与优化。企业落地 3DEXPERIENCE 数字孪生技术，对片剂外形、尺寸、药物配方开展虚拟验证，可大量替代实物试制，显著缩短制药研发周期、降低研发投入。