硕士学位论文数字化药房分拣系统建模及仿真_文库吧

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【导读】本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请。专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，单位仍然为山东轻工业学院。

【正文】
分类号：TP278单位代码：10431
密级：学号：1043108130
硕士学位论文
数字化药房分拣系统建模及仿真
作者姓名
专业机械电子工程
所在学院机械与汽车工程学院
指导教师姓名
专业技术职务教授
2020年6月6日
分类号：TP278单位代码：10431
密级：学号：1043108130
硕士学位论文
数字化药房分拣系统建模及仿真
作者姓名魏晓琴
专业机械电子工程
所在学院机械与汽车工程学院
指导教师姓名
专业技术职务沈敏德教授
2020年6月6日
AThesisSubmittedfortheApplicationof
theMaster’sDegreeofEngineering
Modelingandsimulationofdigital
pharmacysortingsystem
Candidate:WeiXiaoqin
Specialty:Mechanical&ElectronicEngineering
Supervisor:ProfessorShenMinde
ShandongPolytechnicUniversity,Jinan,China
June,2020
学位论文独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文
中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上
已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或
成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说
明并表示谢意。
论文作者签名：日期：年月日
学位论文知识产权权属声明
本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工
业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请
专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名
单位仍然为山东轻工业学院。
论文作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
山东轻工业学院硕士学位论文
1
目录
摘要.....................................................................................................I
ABSTRACT................................................................................................I
第1章绪论..............................................................................................1
引言.....................................................................................................................1
数字化药房国内外研究和应用现状.................................................................2
国外研究和应用现状...............................................................................2
国内研究及应用现状...............................................................................5
数字化药房分拣系统仿真的必要性.................................................................7
本文研究内容及结构.........................................................................................9
第2章药房分拣系统规划内容..............................................................11
医院药房相关知识...........................................................................................11
数字化药房.............................................................................................11
医院药库管理.........................................................................................12
医院药房管理规定.................................................................................13
医院药房工作流程.................................................................................15
药房分拣系统规划设计的必要性...................................................................16
基于EIQ-ABC的分析方法............................................................................17
EIQ分析法..............................................................................................17
ABC分析法.............................................................................................18
EIQ-ABC分析法....................................................................................19
药房分拣系统分析...........................................................................................19
分拣单位.................................................................................................19
分拣基本模式.........................................................................................19
分拣策略.................................................................................................21
分拣设备.................................................................................................22
本章小结...........................................................................................................24
目录
2
第3章药房处方资料分析及分拣系统规划..........................................25
处方样品的选取...............................................................................................25
处方订单EIQ分析..........................................................................................26
处方订单发药量（EQ）分析................................................................26
处方品项数（EN）分析........................................................................27
品项数量（IQ）分析.............................................................................28
品项受订次数（IK）分析.....................................................................29
药品分拣系统规划...........................................................................................30
药品分拣方式及分拣策略选择.............................................................30
药品分拣设备选择.................................................................................31
本章小结...........................................................................................................32
第4章数字化药房分拣系统模型的建立..............................................33
引言...................................................................................................................33
离散事件建模的一些基本理论.......................................................................34
离散事件系统.........................................................................................34
离散事件系统常用概念.........................................................................34
离散事件系统的建模方法...............................................................................35
Petri网建模方法简介.............................................................................35
建模方法确定.........................................................................................35
数字化药房分拣系统建模...............................................................................37
第5章基于Flexsim的分拣系统仿真...................................................41
Flexsim系统仿真软件......................................................................................41
Flexsim软件简介....................................................................................41
Flexsim运行的软硬件环境....................................................................41
系统仿真步骤...................................................................................................42
仿真过程...........................................................................................................42
仿真设备参数设置.................................................................................43
仿真过程.................................................................................................44
结论...................................................................................................................48
第6章总结与展望.................................................................................49
山东轻工业学院硕士学位论文
3
参考文献..................................................................................................51
致谢..................................................................................................55
在学期间主要科研成果..........................................................................57
一、发表学术论文..................................................................................................57
二、其它研究成果..................................................................................................57
目录
4
山东轻工业学院硕士学位论文
I
摘要
随着自动化技术的不断进步以及医疗保障体系的逐渐完善，国外的许多数字
化药房产品已推向市场。我国药房数字化的应用属于起步阶段。传统药房的服务
模式是“取药治病”，主要以人工为主。对于患者而言，需要排很长时间的队才能
够拿到药品，效率低，容易引起医患矛盾；对于医院而言，药房设备设施陈旧、
工作环境差、占用人员多、工作强度大，这是目前大多数医院药房普遍的状况及
存在的问题。因此，药房分拣系统的规划设计对提高药房工作效率有十分重要的
现实意义。
本文通过对某三甲医院药房处方资料的分析，了解了药房的发药需求以及变
化情况。并在此基础上建立了医院药房药品分拣系统的模型并对其仿真。主要对
药房药品分拣方式、策略以及分拣设备选择进行了分析，旨在为药房分拣系统规
划提供决策依据，进而提高药房分拣系统的运行效率，缩短取药等待时间。主要
工作包括以下几个方面。
首先，分析了数字化药房国内外研究现状，提出了数字化药房分拣系统设计
的必要性和仿真的必要性。
其次，对医院药房的一些相关知识进行了简单的介绍，运用物流系统中所涉
及到的有关方法和理论知识，对药房分拣系统的基本组成进行了简单的分析。搜
集了某三甲医院一个月的处方资料，运用EIQ和ABC分析工具，对处方订单进行
了订单量（EQ）、品项数（EN）、品项数量（IQ）、品项受订次数（IK）的统计分
析。根据以上分析结果，了解了医院药房药品的物流特性，进行了数字化药房分
拣系统的规划，确定了药品分拣方式、分拣策略和两种分拣设备，以及不同种类
的药品在这两种分拣设备下各自的作业方式。
最后，基于该医院的处方订单，运用Petri网建模，描述了两种分拣设备的分
拣方式以及订单合并流程。并运用Flexsim仿真软件将所建的Petri网模型转换为
Flexsim的三维模型并对其进行仿真，为数字化药房分拣系统的规划改进提供决策
的依据。
数字化医院药房分拣系统规划是一个比较复杂的工程，用传统的数理工具很
难预测其规划过程中所出现的各种瓶颈。Flexsim作为离散物流系统建模仿真的软
件平台，是数字化药房分拣系统仿真研究的理想选择。通过对药房分拣系统的建
模及仿真，为系统规划改进提供决策依据，从而为提高药品分拣率，降低分拣出
错率，减轻药房工作人员劳动量，减少患者取药排队等待时间提供了保障。
关键字：数字化；医院药房；分拣系统；petri网；Flexsim仿真
摘要
II
山东轻工业学院硕士学位论文
I
ABSTRACT
Withthecontinuousprogressofautomationtechnologyandgradualimprovement
medicalsecuritysystem,manyofthedigitalpharmacyproductsabroadhavealreadyto
market.Ourdigitalapplicationbelongstotheinitialstage.Traditionalpharmacyservice
modelis\"takepills\",mainlyinmanual-based.Forpatients,theyneedtospendalong
timetobeabletogetthedrugs,lowefficiency,easytocausethedoctor-patientconflicts;
forhospitals,pharmacyobsoletefacilitiesandpoorworkingenvironment,takeupmore
personnel,highlaborintensity,whichisthemostmonsituationofhospital
pharmacyandexistingproblems.Therefore,thatthroughthepharmacysortingsystem
planningdesigntoimprovetheworkingefficiencyofpharmacyhasaveryimportant
practicalsignificance.
Inthispaper,throughtheanalysisoftheprescriptiondataofhospitalpharmacy,we
canunderstandtheneedsofpharmacyanddispensingchangeanddeterminemodeling
andsimulationofthepharmacysortingsystem.Wemainlystudythesortingway,
sortingstrategyandtheequipmentselection.Thepurposeistoprovidesystem
analyzationsanddecisionsforpharmacysortingsystemplanning,andthenimproves
theoperationefficiencyofpharmacysortingsystem;shortenthewaitingtimetogetthe
medicine.Mainworkincludesthefollowingrespects.
First,itanalysisthecurrentresearchstatusofdigitalpharmacyathomeandabroad,
proposeddesignandsimulationnecessityofthedigitalpharmacysortingsystem.
Second,itsimplyintroducessomerelevantknowledgeofhospitalpharmacy,and
analysisthepharmacysortingsystemthroughusingthetheoryandmethodoflogistics
system.Wegettheprescriptionsdataonamonthof3gradeAhospital,analyzethe
orderoftheamountofprescriptionorders(EQ),thenumberofitems(EN),thenumber
ofitems(IQ),setbythenumberofitems(IK)StatisticalanalysisusingEIQandABC
tools.Basedontheaboveanalysis,weunderstandthepharmaceuticallogistics
characteristicsofhospitalpharmacyandprogramsortingsystemofthepharmacydigital,
identifythedrugsortingway,sortingstrategiesandtwodifferentsortingequipments.
Finally,basedonthehospital\'sprescriptionorder,aPetri-modelisbuiltwhich
wasusedtodescribetwodifferentsortingprocessesandordermergerprocess.
TransformingPetri-intoflexsimthree-dimensionalmodelusingflexsimsimulation
softwareandthensimulate,itcanprovidedecision-makingbasisforsortingsystem
planningofdigitalpharmacy.
Abstract
II
DigitalHospitalpharmacysortingsystemplanningisamoreplexproject，itis
difficulttopredictbottle-necksintheprocessusingmathematicalmethods.Flexsimcan
beusedtobuildupthediscretelogisticssystem.Itisanidealchoiceorthesimulation
ofdigitalpharmacysortingsystem.Throughmodelingandsimulationofthepharmacy
sortingsystem,wecanevaluatethesystemandthenprovidedecision-making,andthen
improvethesortingefficiency,decreasetheamountofworkerlaborandreducetheerror
rateandreducethewaitingtimeandimprovepatientsatisfaction.

KeyWords：digital，hospitalpharmacy，sortingsystem，Petri-，flexsimsimulation
山东轻工业学院硕士学位论文
1
第1章绪论
引言
当前，随着经济的迅速发展，医药物流在全国迅速发展，在社会经济发展中
的作用日益显现。近年来，伴随着国内国民经济的迅猛发展以及人们生活水平的
不断提高，人口逐步呈现出老龄化趋势，同时，由于医疗体制也逐步得到了完善，
使得人们对于药品的需求量以每年12%以上的速度在递增。据统计，我国在2020
年的药品需求量为5991亿元人民币，到2020年这种需求量已经达到了600亿美
元，而且预计到2020年将会达到1200亿美元，从而超过美国，成为全球最大的
药品市场。
药品的消费必定带动医药物流的需求。然而，在界医药行业蓬勃发展的背后，
我国的医药物流技术却相对落后。而且由于经济体制和医疗体制的限制，国内医
药商业形势严峻，医药流通行业的利润在持续下滑，其中，我国境内的药品批发
行业最为显著。例如，在这一行的整个销售过程中，药品的平均毛利率仅为%，
但是其费用却占到将近%。就拿2020年前三季度来说，在我国的医药行业中，
药品销售的纯利润率仅为%，但在美国，就在此阶段，此行业的平均毛利率为
%，并且费用率只有%，因此，药品销售的纯利润率可达%。所以，我
国医药行业的发展问题已经迫在眉睫。将医药物流的发展作为首要目标，通过降
低其流通成本，最终使医药行业实现现代化、建设战略性医药物流系统，是医药
行业发展的首要问题。
以医院为代表的大型医疗机构是药品批发企业的终端客户，同时又是药品消
费流通的重要枢纽，面对广大的患者起到承上启下的作用，其药品年销售额动辄
以上亿元计。但是，目前各大中型医院药房都面临一个突出问题：医院该采取何
种措施对这些药品进行有效的管理，从而通过降低其管理成本，来达到缩减药品
资金流动的时间。在当前国内各级医院正迅速朝向现代化管理迈进的进程中，现
代物流技术在医院药品流通管理中的应用已成为摆在我们面前亟待解决的课题。
在我国，将自动化应用于医院药房的技术才刚刚起步，药房建设并没有受到
太多的关注。医院药房还是遵循其传统的工作模式，以人工为主，属于简单的“取
药治病”模式。对于患者而言，需要排很长时间的队才能够拿到药品，效率低，
容易引起医患矛盾；对于医院而言，药房设备设施陈旧、工作环境差、占用人员
多、人工成本高、工作强度大，这是目前大多数医院药房普遍的状况及存在的问
题。改革开放以来，社会不断发展与进步，世界各国之间的交流也在不断增加，
这种先进的药房理念和药房数字化设备不断的引起了国人的重视，被人们逐步的
第1章绪论
2
了解。而且，随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们对于健康的需求
也在日益提升，这些都使得医院对药房的改革和现代化建设提出了迫切需求。
目前，许多药房和药店为了提供给客户更为方便快捷的药品服务和廉价的药
品，采取各种措施来降低其经营成本。许多物流自动化技术已经逐步被引入到药
品流通行业当中，主要负责药品的采购、发放和管理[1][2]。对医院药房进行全面自
动化革新，使之实现数字化管理将是未来医院药房发展的新方向。
数字化药房国内外研究和应用现状
国外研究和应用现状
国外的医疗制度与我国有所不同。在欧美等发达国家，医疗和药品是分开的，
医院一般不设立专门的门诊药房，因此，多数自动化医药设备都在零售药店应用。
在对药品进行现代化管理理念的指导下，一些发达国家，例如美国、德国、
日本等，于上世纪90年代，已经开始了对药房进行数字化管理的研究，并且取得
的一些进展，研制出了不少与它们国家相配套的数字化医院药房设备系统[3]。随着
现代技术的不断发展和医疗体系的进一步完善，许多对药品进行自动化管理、调
剂和发放的技术在国外得到了飞速发展[4-6]。各种对药品进行存储、发放以及管理
的新型数字化系统不断被研发出来，一些成熟的数字化药房产品已经在市场上被
销售[7]。这些数字化药房产品总体上可被归纳为下面四种。
（1）机械手式数字化药房
机械手式数字化药房，如图所示。它的典型代表是：德国ROWA公司的
数字化药房和以世界著名物流系统供应商Swisslog集团为代表的Boxpick数字化
药房等。
图机械手式数字化药房
山东轻工业学院硕士学位论文
3
ROWA公司成立于1996年，被誉为“欧洲第一”的药房数字化品牌，目前销
售超过1000台。这种数字化药房的核心技术是通过真空吸附和机械夹持药盒协调
动作来完成。它由一个机械手搬运药盒，在一个三维的空间平台里根据管理软件
的指令自动运作，可以从送药的窗口取药仓储，然后转360度，取药送往出药口，
同时对药盒的密集存储和数量进行管理。这种分拣机一般只能应用于处方量相对
较小的国外医院或者药品分拣不集中的一些药店。对于国内的许多大中型医院药
房，由于药品发放比较密集，因此不太适用。因为机械手每次仅能拣取一盒药品，
而且药品的出、入库没法同时进行，所以工作效率相对来说不高。
以世界物流系统供应商Swisslog集团为代表的机械手式数字化药房同样也采
用机械手搬运药盒，但这种系统不是针对医院处方的，每一个医生都要求对症下
药，而它却要求每个药盒内的药品品种和包装必须是相同的。显然这种设备虽然
标准规范，但它却不适用于医院药房，仅适用于一些医药公司。
（2）适用于盒装药品的储药槽式数字化药房
储药槽式数字化药房（如图所示）是为了弥补机械手式数字化药房的不足
所推出的。目前，国内外盒装药品自动发药系统的主流产品是储药槽式数字化药
房，该类药房的典型产品有德国ROWA公司、法国APOTEKA公司[8]的数字化药
房。
图储药槽式数字化药房
这种类型药房的工作原理是：采用重力落药。将药盒按照规则摆放在储药槽
上，储药槽倾斜，与水平方向有夹角，储药槽在货架上呈现多层密集排列，每个
储药槽的低端为出药口，装有出药动作机构，控制药盒出库。这种药品分拣机靠
增加出药动作机构来保证出药效率，增加储药槽的数量来加大药盒存储量，因此
系统制造成本较高。在国内医院药房，由于药品品种较多，数量较大，因此此类
第1章绪论
4
设备难以被应用。除此之外，在药品缺少的情况下，此类设备不能使药品自动入
库，因此，如果药房药品储药量很大，相对而言人工上药将会变得比较麻烦，导
致药品入库速度远远跟不上药品出库速度。在中国，医院药房的处方量巨大，这
种设备依然存在上面介绍的机械手式数字化药房中效率较低这一缺点。
（3）药品分包机数字化药房
药品分包机数字化药房（如图所示）的典型产品有英国MISSion公司的
seriptProRobot系列数字化药房，美国Parata公司的ParataRDS数字化药房，日本
株式会社汤山制作所的YUYAMA全自动片剂摆药机和日本TOSHO公司的全自动
单剂量锭剂分包机。
图药品分包机数字化药房
这类产品以单片药片为单位进行分拣，实现药品自动灌装、封口和自动贴标
签。其工作原理是将药片或胶囊散装在特制的罐体中，罐体的底部有转动的闸板
控制药片的漏出，每台设备上可安装上百个罐体，储藏上百种药品。通过对每个
罐体底部闸板的控制就可以实现药片的自动分拣。分拣出的药片可以自动装入塑
封袋封口并贴上标签。这种设备适合于病房药房按病床分发药品，并可实现按每
次服药的品种数量分包，方便患者服用。
当前，这种类型的数字化药房正迎合了国外数字化药房的发展趋势及需要，
因为国外医药体制实行医与药分离。而在国内，零售药店和医院门诊药房的药品
采用散片分包形式销售的情况不多，大多数大中型医院仍以盒装药品发放为主，
因此这类型设备的使用受到限制。今后随着我国医药制度改革的逐渐深入，医院
对患者用药提供更为细化的服务，药片分包机也许会得到越来越广泛的使用。
（4）智能药柜药房
该类药房的典型代表是德国Hanel公司的数控回转柜式数字化药房和江苏迅
山东轻工业学院硕士学位论文
5
捷装具科技有限公司的智能药房。
该设备能够与医院的HIS系统联机进行运作。当系统接收到处方信息后自动
识别检索出需要发放的药品，按最优路径回转到出药口，目标药盒自动弹出或远
红外闪烁，提示工作人员取药。工作人员取完所需药品后确认完毕，设备自动执
行下个处方或进入待机状态。智能药柜专门用于门诊药房存储药品的自动化系统，
特别适用于异形包装药品的存储。该设备采用人性化设计，与医院HIS系统无缝
连接，实现了从以往“人找药品”到现在“药品找人”的模式转换。智能药柜的
示意图如下图所示。
图智能药柜
这类型数字化药房的特点是：此类设备能够放置各种包装类型的药品，但是
不管出药量多与少，即使在出药量很少的情况下，也需要使设备进行整体运动，
并且运动速度受到传动链速度的影响，因此，此类设备中药品的出入库效率也比
较低。
国内研究及应用现状
相较于欧美一些发达国家，在数字化和信息化方面，国内医院药房在设计理
念方面的起步也不算慢，其中，最早的设计理念是，航天工业部第三研究院在1988
年开发设计的专利“微机控制自动发药机”[9]。此专利执行较早，但是由于国内
大多数医院的经济技术发展比较缓慢，管理水平也相对比较落后，使得数字化药
房这种产品很难面向市场。国内药房在对药品分拣的研究处理方面大致可以概括
为以下三个阶段。
（1）原创构思阶段
1995年，四川大学和成都军区医院共同合作开发了专利：“自动发药机及信息
第1章绪论
6
处理系统”[10]。这种系统使得医院的处方全部通过计算机来进行处理。在国内，
它被广泛应用到各类大、中小型医院和商业药房，但是由于这种设备占地面积较
大，相对而言空间的利用率较低，因此很难通过计算机进行管理，药品调剂差错
率也就相对而言增大。
（2）半自动化阶段
2020年5月，深圳三九集团研制的“盒装药品自动售药机”[12,13]，该设备采
用矩阵形布局出药动作器，购药者只需在售药机的控制装置上输入需购买的药品
并从投币口中投入相应的钱币，售药机中的控制装置便可启动出药装置中的纵、
横电磁铁工作，控制所选定的盒装药从滑槽中滑出落下到达取药口，购药者可直
接从取药口取走，从而实现无人自动售药。
2020年3月，由国家科技部和三九集团共同研制的“智能化药房”通过了863
计划项目专家小组的审核和验收。此种类型的智能化药房同时具备配药和发药的
功能，对整个过程提供全自动处理，首先负责取药，然后对其进行自动包装，最
后打印标签并对数据进行管理，使患者享受到由机器人自动配药的服务。这种采
用自动化配发药技术的智能化药房除了降低因手工配发药的差错率外，也防止因
传递药品而引起交叉感染。此类型药房设计制造的最初目标是针对中药饮片和胶
囊，适用于发药量相对较小的一些商业药店和一些小型医院的病房药房，应用面
较窄[14]。
2020年06月，苏州艾隆科技有限公司与北京航空航天大学机器人研究所合作
完成了机械手式自动化药房样机的研制工作，由于此种药房参照德国ROWA公司
的设计方案，因此不能满足国内医院门诊药房的要求，故没有推向市场，但是在
研制工作中积累许多开发自动化药房的知识和技术，为新一代自动化药房的开发
奠定了基础。
2020年12月，大庆三维科技有限责任公司研发出了“一种药品自动分包机的
储药柜”的药品调配系统，该系统的储药架为十字形结构，储药架上安装了数个
药盒，其中的立柱为出药流道。目前，此种类型的药品分拣机仅有三个国家对其
进行研发，我国是继日本和韩国之后，唯一生产它的国家。目前，该公司正在对
其进行市场研发。
上面所介绍的两个阶段的研究主要集中在提高药品分拣率，对设备的补药、
药品的配送和如何对药品进行有效管理方面有欠考虑。
（3）全自动阶段
2020年6月，由苏州艾隆科技有限公司研发的IRON-快速发药系统（如图
所示）已经在上海第十人民医院新门诊启用。
山东轻工业学院硕士学位论文
7
图IRON快速发药系统
IRON-快速发药系统是根据我国医院药房实际情况研制的药房自动化系统，该
系统可根据处方信息进行盒装药品的自动调配发送，同时实现机械手自动上药、
存储药品、并对药品进行信息化管理。该系统在帮助药房提高工作效率和管理水
平的同时，节约药房空间，使药房实现更多的空间给患者、更多的效益给自己。
2020年，江苏迅捷装具科技有限公司研发出的智能药房已面向市场。这种智
能药房是江苏迅捷装具科技有限公司根据国际先进技术，结合国内医疗体制和医
院实际情况，自行研发的药房盒装药自动化发药系统。该系统和医院HIS无缝链
接，可根据划价确认的处方信息、药品库存管理等信息实现盒装药的自动调配管
理。包括机械手自动上药、药品的最优化存储、全自动发药、信息化管理等一系
列操作，帮助药房提高工作效率和管理水平。
目前，国内医院对于开发的数字化药房大体上要求能够实现以下功能：数字
化设备能够存储大量的药品，并且对药品进行快速准确的配送和调剂，从而实现
医院药品的高效管理，此阶段的设备虽然是结合当前中国医院的实际情况而研发
的，但仍存在一些弊端。
数字化药房分拣系统仿真的必要性
伴随着医药物流市场的不断发展，药品批发商从中所取得的利润越来越少。
传统意义上的药品挑拨和分销越来越难适应市场发展需求。基于此种状况，许多
医药行业为了在发展中求生存，也开始着手建立属于自己的医药配送体系。医院
作为药品最大的销售市场，为了适应发展，也在逐步尝试开发建立数字化药房。
建立数字化药房，我们主要考虑的是以下三个方面。一：数字化药房分拣设备的
运行周期及利用率。二：药品在进行出入库和补货作业时是否产生阻塞。三：输
第1章绪论
8
送系统在药品出库和分拣中是否产生阻塞。
但是由于数字化药房药品分拣是一个相对而言较为复杂的物流系统，因此要
用通常的解析方法对其进行分析比较困难。建立数字化药房，需要投入的成本较
大，耗时也较长。如果设计方案如果只是凭老经验或感觉来判断，显然会有这方
面那方面的疏忽，一旦不合理，可能会造成巨大的损失，从而导致药品分拣的效
率及质量下降。所以避免上述情况发生，使建好的数字化药房的运营效率更高，
采用仿真技术是最可行的办法。
物流仿真技术是凭借一些现代技术手段，采用虚拟算法，对所设计的物流系
统进行模拟的一项技术。这些现代技术手段包括计算机信息网络技术和数学算法
等。该技术需要通过计算机对所要建立的物流系统建模，并且对其进行求解算法
分析[15]，其次对所建立的模型进行仿真，通过比较分析得出较为精确结果，进而
找出系统所存在的问题，以便为所建立的系统提供更为科学的依据，除此之外，
还可以对模型参数进行多次修改，反复比较，最终得出一个相对较好的涉及方案。
现代物流仿真技术作为一种验证规划合理性的有效工具和确定参数的有效方法，
在物流行业中被广泛使用[16]。下面对一些常用的物流仿真软件进行简单的介绍。
（1）Flexsim软件[17]
Flexsim是由美国开发商所开发的一款三维物流仿真软件，能够对系统进行建
模及仿真，并且使流程实现可视化。Flexsim软件自带的对象参数基本上可以表示
建模过程中所用到的所有实物，例如操作人员、货架、传送带以及仓库等，而且
Flexsim软件中的模型库可以表示大量的数据信息。Flexsim是一款面向对象的、
开放式的软件，它的层次结构鲜明，子类可以继承父类，从而节省开发时间。
（2）Witness软件
Witness(SDX)是由英国开发商所开发的一款仿真软件，用于描述离散型事件。
它是由Lanner集团通过将数十年的系统仿真经验进行累积所研发出来的[18]。此软
件主要用于模拟工业和商业系统的流程，对其建立动态的三维仿真软件平台。此
软件提供了许多模型元素，用于描述工业系统的整个流程，例如生产线上的各种
线路、传送设备、缓冲装置等，在该领域属于主流产品之一，被广泛的应用。
（3）Automod软件
Automod是一款三维物流仿真软件，这款软件是由Autosumulation旗下的软
件部门所研究开发。它由以下三个模块所组成：AutoMod、AutoStat和AutoView[19]，
目前已经被广泛的应用，在市面上算比较成熟的软件。运用此软件所仿真的三维
虚拟动画，画面比较真实，从而使仿真模型更容易被人们所理解接受。
（4）ShowFlow软件
ShowFlow是由英国开发商所开发的一款仿真软件，主要应用于物流行业和制
造行业，能够对其生产系统进行建模仿真，并通过其提供的统计分析工具对其生
山东轻工业学院硕士学位论文
9
产量进行分析，从而找出瓶颈。此软件除了能评测生产系统的资源利用率，估测
投资决定是否正确外，也可以用来检验所设计的制造系统是否合理，通过对不同
情况进行相对应的仿真从而找出最优解[20]。
目前，仿真技术在国内外的应用非常广泛，如HirokiTakizawa将仿真技术应
用到仓库非自动配送中，应用仿真技术对仓库配送过程中的布局以及流程进行了
描述，建立了整个流程的仿真过程，通过对仿真结果比较分析，从而总结出非自
动化仓库的吞吐能力[21]。Chiun-MingLiu为了验证新建立的配送中心的订单拣选
系统较之以前是否更为有效，采用仿真软件对其库存进行布局，并对订单拣选系
统进行了模拟仿真，从而进行比较选择较优[22]。宋伟峰为了对物流运营中心的包
装车间进行合理规划，利用仿真软件对其建模并仿真，并对仿真结果进行比较分
析，从而找出此物流系统中所存在的各种问题，以便进行优化改进[23]。
医药物流与其他物流有所不同，本身具有独特性。药品品种较多，不同药品
的存储环境和温度也各不相同，其中，一些药品之间还会发生串味现象，而且，
大多数的药品对于时间也有其特定的要求，这些导致目前很少有人对其进行研究，
因此具有研究价值。
本文研究内容及结构
首先了解医院药品管理和处方发药流程，对药品种类、数量、特性、包装形
态以及储存要求等信息进行全面了解；搜集处方样本，并对其进行药品订单分析，
了解处方量、发药种类和发药数量随时间变化的规律，得出与物流分拣作业有关
的各种有用数据；搜集整理各种适合药品分拣和输送的技术、装置和设备的相关
技术资料。
根据以上研究结果，选用适合的技术和方法，建立数字化药房系统三维模型，
并用计算机仿真软件对数字化药房药品分拣自动线情况进行模拟，为数字化药房
分拣系统的规划改进提供决策依据。从而提高医疗机构药品分拣、包装的效率和
质量，节约人力和管理成本，提高医疗机构的管理水平和盈利能力。
本课题在建设现代化的医疗机构药品物流管理体系的大目标下，重点研究数
字化药房建模及计算机仿真，从根本上改变当前医院药房的面貌，建立一种全新
的数字化药房，提高为患者服务的质量和药品管理的信息化水平，给医院带来明
显的经济效益。本课题的研究国内尚无先例，具有创新性。
本文结构和章节安排如下：
第一章，概括了近年来医药物流的发展现状，说明了建立数字化药房势在必
行；介绍了国内外数字化药房分拣系统发展现状，说明了数字化药房分拣系统仿
真的必要性。
第1章绪论
10
第二章，首先介绍了医院药房的一些相关知识，包括药品管理、处方管理以
及药品发药流程等；说明了药房分拣系统规划设计的必要性；运用物流系统分析
方法和理论，对药房分拣系统的一些相关要素进行了分析。
第三章，调研收集某三甲医院门诊药房一个月的处方数据资料，通过对其进
行EIQ和ABC分析，了解了药房的发药需求以及变化情况，从而确定了药房分拣
系统的分拣方式、分拣策略以及分拣设备等内容，对药房的分拣系统进行了规划
布局。
第四章，在上一章研究结果的基础上，运用Petri网建模，描述两种分拣方式
流程以及订单合并流程。
第五章，运用Flexsim仿真软件将上一章所建立的Petri网模型转换为Flexsim
模型并对其进行仿真，分析仿真结果，从而为数字化药房分拣系统的规划改进提
供决策的依据。
山东轻工业学院硕士学位论文
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第2章药房分拣系统规划内容
医院药房相关知识
数字化药房
（1）数字化医院及药房的概念
进入21世纪以来，随着信息技术的发展，“数字化”对全球各行各业产生了
深刻的影响，它以异乎寻常的速度渗透到社会的各个领域，改变着人们的思维及
生活模式。互联网、信息技术产业、电子商务、知识经济等已经成为社会的热点，
而与人们的生活和生存所密切相关的医院，其发展变化更为显著。近年来，欧美
等发达地区的医疗机构已经实现了局部数字化，国内也有一些医院正在进行着积
极的探索研究。建立数字化医院是历史发展的必然，是医院能够在激烈的市场竞
争中求得生存和发展的保障，是医院实现现代化的必经之路，同时也是社会建设、
经济发展以及提高人民生活水平的需要。
数字化药房的概念，在20世纪90年由国外的一些医疗信息专家率先提出。
他们对其概括如下：Thetermdigitalhospitalisdefinedas:Anacutecarefacility
incorporatingthewidespreaduseofinformationtechnologytodramaticallyimprovethe
processesandoutesofcare.[24][25][26]。
国内的一些医疗专家将数字化医院简单概括为：利用计算机及网络技术对病
人的诊疗信息、卫生经济信息和医院管理信息等进行有效的收集、存储、传输与
整合，并最终纳入社会医疗保健数据库的医院，使医院的服务对象由“有病求医”
的患者扩展到整个社会。[27][28]。它不仅将医院的数据集中统一管理，使信息得到
深度的挖掘利用，而且通过网络技术将医疗服务推向社会，使患者在世界上任何
一个地方，只要通过网络接入，就可轻松查询个人健康档案、向医生进行健康咨
询等，需要到医院就医时，可以在家中挂号或预约医生。
“数字化药房”作为数字化医院的一部分，与人们所理解的传统药房不同。
它除了保留传统药房的问药和取药功能外，同时提供家庭门诊、智能咨询和交互
式实时在线服务等综合性服务功能[29][30]。它把传统药房管理的各个方面全部数字
化和网络化，例如：药品的采购，出入库和库存管理，处方管理，特殊药品和有
效期管理，调价划价和收费管理等工作。
数字化药房提供全天24小时服务。患者可以主动并且不受时间空间限制来接
受虚拟药房的服务。患者也可以随时接受医药专家的咨询，了解药品的药理特性
和适用范围，以及需要注意的事项和可能出现的副反应等，就近且经济地选择需
要购买的药品。“数字化药房”实际上是一种拥有多种媒体、内容丰富多彩的医学
第2章数字化药房分拣系统规划内容
12
和医药数字化信息资源，能为用户提供方便、高效和满意地交互式和全面化信息
的服务机制[31][32][33]。
（2）数字化药房系统结构
随着计算机技术、信息技术以及自动控制技术的发展，药品信息化管理、自
动储存和发放系统不断涌现，许多成熟的数字化药房产品已经推向市场。数字化
药房根据分拣设备的不同可以分为很多种，数字化药房系统一般由以下六部分组
成：上药系统、储药系统、分拣系统、传输出药系统、控制系统以及管理系统。
①上药系统：根据药品上架计划，通过条码扫描获得药品信息（包括名称、
批号、上药数量等），没有条码的药品，可利用系统自动生成条码或者通过计算机
选择，由机器人将药品批量放入储药槽。一般情况下，机器人是以三个托盘循环
装药，进而实现系统快速上药，保证系统高效运行。
②储药系统：储药系统由带有若干储药槽组成，每个储药槽在计算机中有一
个地址，只要将药品和储药槽地址相一致即可实现准确分拣[34]。储药槽的材料满
足药品储存要求。
③分拣系统：分拣系统采用电动独立驱动与分布式控制[35]。可实现高速批量
分拣，分拣数量由计算机管理，分拣后的药品由缓冲提篮接住，传给传输出药系
统。
④传输出药系统：根据交费处方情况，系统自动将所需药品分拣，按处方经
传送带传至前台的窗口。
⑤控制系统：控制系统是对药品的自动分拣进行实时控制，控制的功能可分
成储药槽无药报警控制、药品传输控制、外设接口控制和人机交互控制等[36]。
⑥管理系统：管理系统与医院管理信息系统进行集成，实现处方、交款、分
拣和药品管理自动化[37]。根据医生开出的处方，收款处收款确认，系统按处方进
行分拣，并将所分拣药品传送至前台窗口，分拣系统完成分拣后将信息上传至管
理系统，进而完成一次处方分拣任务。同时包括存量管理和有关数量和资金的计
算与统计等。
医院药库管理
目前，应用计算机网络技术对药品实行科学管理，不仅是药品管理发展的必
然趋势，也是医院是否实现现代化管理的标志之一。对医院药品实行网路二级管
理，除了减轻劳动强度、提高服务质量外，也使药品管理科学化，提高了医院的
经济效益和开展科研工作，为医院实现数字化奠定了基础。医院药品库通常可以
分为两层，这两层之间相互关联，从而构成了医院药品二级管理系统[38]，其结构
如下图所示。
山东轻工业学院硕士学位论文
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一级库(第一层)也称总库，医院从供药商处所购买的药品首先存放在此库中。
它的主要作用是负责从供药商处采购药品并对其进行存储，最后将药品发放给医
院的门诊药房和住院药房，一般情况下不直接发药给病人。一级库是医院药品管
理的龙头，药品的入库和出库、有效期、种类、数量和价格的分配调剂等一系列
的工作通常都有一级库进行负责管理。
二级库，即第二层，指医院的门诊药房和住院药房。在许多大型医院中，门
诊药房又分为急诊药房、儿科药房、干部保健药房、皮科药房、一门诊药房、二
门诊药房等。二级库相当于一个缓冲库，一级库和患者之间的桥梁，它的主要作
用是：根据清点二级库中的药品，确定领药计划并将此计划输入电脑，经计算机
网路传递向一级库发送请求领药指令，一级库接收到此指令并对其进行核对确认
后，向二级库传送出库数据（包括药品名称、数量、规格、有效期、价格、批号
等信息），并将从一级库中领取的药品通过分装等处理，直接发给在门诊药房取药
的患者或住院患者；二级库接收到数据后，将其作为入库量加入库存中。二级库
是医院药品收入的主要来源，同时也是医院药品的最终出口。
门诊药房和住院药房因其功能和空间设置的不同，补药模式也不相同。门诊
药房传统的补药模式是“周中小补，周末大补”，也就是门诊药房的库存量通常应
保持在周发药量一半以上。数字化药房中，药房库存量与总库之间的联系更为方
便快捷，药房能够使其库存量等信息即时被总库所了解。随着药品的销售，当库
存量降到药品的安全库存时，药房药品管理系统会自动生成一张入库单并向总库
发出指令，总库在接收到指令后，根据请求即使挑拨所需要的药品。因此，门诊
药房可以针对不同药品的种类和特点选择不同策略，设置安全库存，以便减少总
库存量。
医院药房管理规定
（1）处方管理办法
于2020年起所执行的《处方管理办法》第十四条规定：“医师在开具处方时，
如果运用计算机，其格式和手写的处方应一致，并且需要进行打印签字后才能被
视为有效。”药学专业技术人员核发药品时，必须核对打印处方无误后发给药品，
并将打印处方收存备查。对于手写处方，医生可以直接签名。
目前大多数医院开始使用电子处方。随着电子处方的推广使用，医生签名成
供药商医院总库
门诊药房
住院药房
患者
图医院药品库的层次管理
第2章数字化药房分拣系统规划内容
14
为主要问题，如果医院为每位医生配备一台打印设备，虽然为医生提供了方便，
但对于运营成本一直居高不下的医疗机构而言，投入成本太大；如果在医生站处
打印处方，虽然能够节约成本，但对于医生而言，工作强度加大，对于患者而言，
还要拿着处方先去划价，然后到门诊取药，并不能够为患者提供方便。因此，处
方中存在的这些问题已经成为部分医院药房没有采用自动化设备的一个重要因
素。
目前，大部分医院采取在药房后台对处方进行集中打印。医院将医生手写签
名通过扫描仪录入到医院信息管理系统，当医生为患者开具处方时，首先需要通
过身份确认的方式登陆到该管理系统，进而留其电子签名。这种方式不仅为处方
的管理提供了方便、减轻了医生的工作强度，而且对于规范用药起到了很好的作
用，同时也为药房实现自动分拣创造了基础。
（2）药品管理规定
药房作为医院的一个重要组成部分，负有监督和指导医生安全，有效并且合
理地使用药品的责任，是为病人提供药学服务的一个重要环节[39]。药品管理是药
房工作的中心内容，加强药房药品管理不仅可以减少药品传递过程中的差错，减
少药品的流失，而且有利于推动临床药学的发展，为患者提供安全有效的用药服
务[40]。下面对医院药房药品管理进行简单的介绍。
①普通药品管理
医院药房通常根据药品种类的不同设置为许多个分区，例如片剂区、针剂区
（针剂区又分为瓶装、袋装等）、麻醉区、急救区和贵重药品区等等，每一分区又
可根据自身的需求进行内部细分。通常情况下，药品的摆放应以干净整洁和分拣、
发放方便为首先考虑要素。对于一些包装形态较为相似的药品，应该采取分开放
置的方式，避免工作人员由于一时疏忽而导致药品发放错误的事件发生。对药品
进行分拣时，工作人员应该时刻确保其手部干净，对于一些需要通过专用工具进
行分拣的药品，为了避免其被污染，工作人员应该严格按照要求来进行，严禁直
接用手进行分拣。发药时做到先进先出。各分区指定专人负责，凭处方和联网电
脑医嘱从二级药房请领和发放。
②药品有效期
药品有效期指在一定存储环境下，药品的质量保持不变的期限。所有药品都
是有有效期的，在符合规定的储藏条件下并且在药效期内，药品安全有效；过期
药品，药效可能会发生变化，甚至产生毒副作用，因此不能继续使用。
在药品管理中，对药品的有效期进行管理不仅使患者能够更加安全地使用药
品，而且对于那些由于疏忽未被使用的药品能够起到更好的监督作用，使它们能
够在有效期内被安全使用，避免过期引起经济损失。医院药品效期管理有以下两
层含义：第一，对于已经入库的药品，应该严格按照规定的存储条件进行管理。
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对药房领入的药品，应该安排专门工作人员进行负责。按照药品名称、生产日期
和有效期等信息做到先对快要过期的药品进行调配。对于一些外观形状发生变化
的药品，例如变色、受潮或发霉等现象时，即使药品仍在有效期内，也应立即处
理掉。第二，应该制定药品使用计划，并且随时与医生和库房沟通，从而加快滞
销药品的流通，避免由于积压导致药品过期而引起资源浪费。
药品的保管设备在医院药房中起着极其重要的作用。许多医院为了更好的保
证药品的质量，通常都会对室内的温度和气候等采取一系列的措施，例如配备冰
柜、空调和除湿机器等设备。传统药房因受厂地等条件的约束限制，药品容易随
气候而产生受冻、受热、受潮以及霉变等现象，因此一些药品的质量在效期内已
经发生了变化。
当前，随着信息技术的发展，许多医院药房开始采用先进的技术和设备管理
药品，不仅可以根据需要对药品的温度和湿度等相关因素进行自行设定，而且使
得库存中的药品能够按照先进先出的方式进行分拣，有效的提高了周转率。
医院药房工作流程
医院药房主要分住院药房和门诊药房两大类，门诊药房直接面对患者，药品
每天的流通量较大而且单位商品的价值也比较高。门诊药房的发药流程是从收方
开始，然后对药方进行检验，最后以发药结束，其发药流程如图所示。
这类似于仓库分拣系统的从订单实时处理开始，到发货结束的流程。药房药
品分拣包括读取订单（药方）、划分分拣区域（分流）、合并订单药品（合流）和
包装几个环节，其大致流程如图所示。
读取订单划分分拣区域
分拣区域1
分拣区域2
分拣区域3
合并订单药品包装
图药房药品分拣流程
划价窗口(收方、审方、划价、收费)
发药员审核
调剂员审核、调配
发药员核对
患者
收费员退费无货
图门诊药房调剂流程图
第2章数字化药房分拣系统规划内容
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医院药品品种繁多，包装规格各不相同（即使同一种药品，有时也因生产商
不同导致包装不同），并且出入库频率较高，这些使得医药物流技术更加复杂。而
作为药品输出的主要通道：门诊药房，每天出药量非常大。在取药高峰时期，如
何能够有效减少患者排队等待时间和降低分拣药品出错率，成了当前物流设备和
技术急需解决的问题。
医院药房直接面对患者，客流量非常大，属于典型的小批量、多品种、多批
次分拣，因而对于药品分拣设备的上药速度和分拣速度有了更高的要求。而由于
门诊药房的空间相当而言比较有限，因此所选用的分拣设备需要精巧，大型的分
拣设备并不适合采用。
药房分拣系统规划设计的必要性
受我国医疗体制和人民群众生活习惯等的影响，越来越多的人到医院就诊，
使得医院的门诊量一直处于高峰并有不断上升趋势，因而医院“三长一短”（挂
号时间长，候诊时间长，交费买药时间长，诊断时间短）的问题在各个医院中不
断显现出来。而在医院中作为直接与患者接触的窗口，它的工作效率高低与医院
形象密不可分。传统药房的“收方取药”模式很难适合现代医院的发展要求，数
字化化药房与传统的药房相比，其优点表现在以下三方面：
（1）首先在存储和管理方面：传统药房中，药品一般放置在货架上，看起来
比较杂乱零散，而且所占空间较大。数字化药房的存储方式属于密集型的，它设
置多个不同型号大小的药格，根据药品的包装尺寸分别进行对号入位，从而便于
合理利用空间。在药品摆放方面，数字化药房采取将常用药品放置在靠近取药窗
口，从而节省时间；在药品使用方面，数字化药房也按照先进先出原则，避免药
品过期而导致资源浪费。
（2）药品质量和安全用药方面：传统药房，药品由工作人员负责抓取，在此
过程中除了可能出现因工作人员手清洗不干净等因素而引起药品交叉污染，也可
能出现因工作人员疏忽而导致取错药品的事故。而数字化药房是自动化设备负责
分拣药品，在一定程度上能够避免以上错误的发生。
（3）时间等待方面：传统药房中，药品由工作人员负责拣取，工作效率低下，
药师很难抽出时间为患者讲解药品的使用注意事项等。而数字化药房中，因自动
分拣设备的使用，药品分拣效率大大提高，很大程度上缩短了患者排队等待时间，
而且药师也能空出时间来为患者进行指导用药。。
目前，随着就诊人数的逐渐增多，我国药房中存在的各种问题日益明显，对
药房分拣系统进行重新规划，从而找到适合我国医院药房的分拣设备和分拣方式
对于改善目前医院药房存在的各种问题具有重要的指导意义。
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基于EIQ-ABC的分析方法
任何一个系统的设计，要使其能满足现实需求，首先必须对该系统的订单数
据做详细的分析研究。EIQ和ABC分析方法是对订单数据进行分析的科学方法。
EIQ规划是对客户订单的品种、数量和订购次数等方面进行分析，了解货物出货特
性，其观念是针对物流中心的目的，掌握物流特性并且从物流特性所衍生出来的
物流状态探讨运作方式，从而规划适合该物流系统的一套系统之方法。
EIQ分析法
（1）EIQ定义
EIQ分析方法是由日本铃木震先生首先提出并倡导的，是从订单（Entryof
order）、订单中的品项（Item）、数量（Quantity）这三个数据出发，进行出货特性
的分析。其观念在于通过对收集到的药房处方数据分析，得出药品ABC分类，并
依此进行系统布局规划。EIQ的分析表格如下表所示。
表EIQ的分析表格
出货订单出货品项订单出货数量订单出货品项
I1I2I3I4I5…
E1Q11Q12Q13Q14Q15Q1N1
E2Q21Q22Q23Q24Q25Q2N2
E3Q31Q32Q33Q34Q35Q3N3
…
…
单品出货量Q1Q2Q3Q4Q5Q…N
单品出货次数K1K2K3K4K5—K
注：Q1(订单E1的出货量)=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+......；
Q1(品项I