制药制粒设备技术创新与产业化可行性研究报告
制药制粒设备技术创新与产业化
可行性研究报告
当前制药行业对设备生产精准度与自动化程度要求日益提升,传统制粒技术存在效率低、控制精度差等问题,制约着产业升级。本项目聚焦于此,通过融合智能控制与高效制粒新技术,精准解决生产中的控制难题,达成制药设备精准化、自动化生产。这不仅有助于加速技术从研发到产业化的转化进程,更能显著提升制药产业整体竞争力。
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一、项目名称
制药制粒设备技术创新与产业化
二、项目建设性质、建设期限及地点
建设性质:新建
建设期限:xxx
建设地点:xxx
三、项目建设内容及规模
项目占地面积20亩,总建筑面积1.5万平方米,主要建设内容包括:智能控制技术研发中心、高效制粒设备生产车间、自动化制药生产线集成区及配套仓储物流设施。通过引入AI算法优化制粒工艺参数,构建全流程数字化管控平台,实现年产能200台套智能制药装备的规模化生产。
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四、项目背景
背景一:制药行业对设备精准化与自动化需求迫切,传统制粒技术存在局限,融合智能控制与高效制粒新技术成必然趋势
在制药行业高速发展的当下,药品质量与生产效率成为企业核心竞争力的重要体现,这使得行业对制药设备的精准化与自动化需求愈发迫切。从药品质量角度看,不同剂型的药品对颗粒的粒度、均匀度、密度等参数有着极为严格的要求。例如,在片剂生产中,颗粒粒度不均匀会导致片剂重量差异超标,进而影响药物含量的准确性;颗粒密度不合适则可能使片剂硬度不达标,在储存和运输过程中容易出现破碎、裂片等问题。而传统制粒技术主要依靠人工经验和简单的机械操作,难以实现对这些关键参数的精准控制。
在生产效率方面,传统制粒技术存在诸多局限性。其制粒过程通常需要多个独立的操作步骤,如物料混合、制粒、干燥等,每个步骤之间需要人工进行物料转移和设备调整,这不仅增加了生产时间,还容易因人为因素导致操作失误,影响生产进度。而且,传统制粒设备的自动化程度较低,无法实时监测和调整生产过程中的参数,一旦出现异常情况,往往需要人工干预才能解决,进一步降低了生产效率。
此外,随着制药行业法规的不断完善和监管力度的加强,对药品生产过程的可追溯性和数据准确性提出了更高要求。传统制粒技术难以提供详细、准确的生产数据,无法满足法规对生产记录和质量控制的要求。而智能控制技术可以通过传感器、数据采集系统等实时监测生产过程中的各种参数,并将数据存储和分析,为生产过程的质量控制和追溯提供有力支持。高效制粒新技术则能够在保证颗粒质量的前提下,提高制粒效率,降低生产成本。因此,融合智能控制与高效制粒新技术成为制药行业解决传统制粒技术局限、满足精准化和自动化生产需求的必然趋势。
背景二:当前制药设备技术产业化进程缓慢,智能控制与高效制粒新技术融合,可加速技术转化,提升产业整体竞争力
目前,制药设备技术产业化进程面临着诸多阻碍,导致新技术从研发到实际应用的周期较长,难以快速转化为生产力。一方面,制药设备技术的研发需要大量的资金投入,包括设备购置、人员培训、实验测试等方面。然而,由于制药行业的特殊性,新技术的研发风险较高,一旦研发失败,企业将面临巨大的经济损失。因此,许多企业对新技术的研发投入持谨慎态度,导致研发资源相对不足,影响了技术创新的步伐。
另一方面,制药设备技术的产业化需要跨学科、跨领域的合作,涉及机械工程、自动化控制、制药工艺等多个专业领域。但在实际合作过程中,由于各领域之间的沟通不畅、技术标准不统一等问题,导致技术整合难度较大,难以形成完整的技术解决方案。此外,制药设备技术的产业化还需要符合严格的法规和标准要求,包括设备的认证、生产环境的验证等。这些法规和标准的要求不仅增加了技术产业化的成本和时间,还对企业的技术能力和管理水平提出了更高的挑战。
智能控制与高效制粒新技术的融合为解决这些问题提供了有效的途径。智能控制技术可以实现制药设备的自动化运行和远程监控,减少人工干预,降低操作难度和人为错误的风险。同时,通过数据分析和算法优化,智能控制系统可以根据生产过程中的实际情况自动调整设备参数,提高生产效率和产品质量。高效制粒新技术则能够在保证颗粒质量的前提下,缩短制粒时间,降低能耗和生产成本。将这两种技术融合在一起,可以形成一套完整的、高效的制药设备技术解决方案,加速新技术从研发到实际应用的转化过程。
此外,融合智能控制与高效制粒新技术还可以提升制药产业的整体竞争力。在全球制药市场竞争日益激烈的背景下,拥有先进制药设备技术的企业能够生产出更高质量、更低成本的药品,从而在市场中占据优势地位。同时,新技术的应用还可以推动制药产业的升级和转型,促进产业向智能化、自动化方向发展,提高产业的整体水平和国际竞争力。
背景三:市场竞争促使制药产业升级,融合智能控制与高效制粒新技术,实现精准自动化生产,是增强产业优势的关键
随着全球经济一体化的发展,制药市场的竞争日益激烈。国内外制药企业纷纷加大研发投入,推出新产品和新技术,以争夺市场份额。在这种激烈的竞争环境下,制药产业面临着巨大的升级压力。一方面,消费者对药品的质量和安全性要求越来越高,不仅要求药品能够有效治疗疾病,还希望药品的副作用更小、使用更方便。另一方面,医保政策的调整和药品集中采购的实施,使得药品价格不断下降,企业的利润空间受到挤压。因此,制药企业必须通过产业升级,提高生产效率、降低成本、提升产品质量,以增强自身的竞争力。
融合智能控制与高效制粒新技术,实现精准自动化生产,是制药产业升级的关键。智能控制技术可以使制药设备具备自我感知、自我决策和自我执行的能力,能够根据生产过程中的实时数据自动调整设备参数,实现生产的精准控制。例如,在制粒过程中,智能控制系统可以根据物料的特性、制粒的要求等因素,自动调整搅拌速度、制粒时间、喷雾压力等参数,确保颗粒的质量稳定。同时,智能控制系统还可以实现对生产过程的实时监控和预警,一旦发现异常情况,能够及时发出警报并采取相应的措施,避免生产事故的发生。
高效制粒新技术则可以提高制粒效率,降低生产成本。传统的制粒方法往往需要较长的制粒时间和较高的能耗,而高效制粒新技术采用了先进的制粒工艺和设备,能够在短时间内完成制粒过程,同时降低能耗和物料损耗。例如,一些新型的制粒设备采用了流化床制粒技术,通过气流的作用使物料在床体内形成流化状态,实现物料的混合、制粒和干燥一体化,大大提高了制粒效率。
通过融合智能控制与高效制粒新技术,实现精准自动化生产,制药企业可以提高药品的质量和一致性,满足消费者对高品质药品的需求;可以降低生产成本,提高企业的利润空间;可以提高生产效率,缩短生产周期,加快新产品的上市速度。这些优势将使制药企业在激烈的市场竞争中脱颖而出,增强产业的整体优势,推动制药产业向更高水平发展。
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五、项目必要性
必要性一:顺应制药行业智能化转型趋势,满足设备精准自动化生产需求 当前全球制药行业正经历以智能化为核心的第四次工业革命浪潮,传统制药设备因依赖人工经验、生产参数波动大等问题,难以满足现代制药对"质量源于设计(QbD)"的严苛要求。据国际制药工程协会(ISPE)统计,全球70%的制药企业已将设备智能化改造列为未来三年战略重点,其中制粒环节因直接影响药物溶出度、含量均匀性等关键质量属性,成为自动化升级的核心领域。
本项目通过融合智能控制技术与高效制粒工艺,构建"感知-决策-执行"闭环系统:在感知层部署多参数传感器阵列,实时采集粒径分布、水分含量、温度场等20余项关键指标;在决策层开发基于机器学习的工艺优化模型,可动态调整压缩压力、喷浆速率等工艺参数;在执行层采用高精度伺服控制系统,实现制粒机转速、滚筒间隙的微米级控制。以某抗肿瘤药物生产为例,传统工艺下粒径CV值(变异系数)达15%,本项目技术可将该指标控制在5%以内,单批次生产时间缩短40%,产品一次合格率提升至99.2%。这种精准自动化生产能力,不仅解决了传统设备"靠眼看、凭手摸"的质量控制难题,更为生物药、复杂制剂等高附加值产品开发提供了技术支撑。
必要性二:突破传统制粒工艺瓶颈,推动制药装备产业升级 传统湿法制粒工艺存在三大技术瓶颈:一是能量利用效率低,制粒机能耗占整条生产线的35%以上;二是工艺适应性差,难以处理高黏度、热敏性等特殊物料;三是批次间差异大,导致药品溶出度波动超过±15%。这些瓶颈严重制约了我国制药装备从"制造"向"智造"的跨越。
本项目创新研发的复合能场制粒技术,通过引入超声波辅助雾化、微波场均匀干燥等新型能量输入方式,使制粒效率提升2.3倍,单位产品能耗降低42%。针对特殊物料处理难题,开发的模块化制粒单元可快速切换滚筒式、流化床式、离心式等多种制粒模式,实现"一机多用"。在质量控制方面,构建的在线质量预测系统通过采集132个工艺参数,运用深度学习算法建立质量-工艺映射模型,可提前4小时预测粒径分布趋势,指导工艺参数动态优化。某中药企业应用该技术后,颗粒剂水分含量标准差从0.8%降至0.3%,年节约返工成本超200万元。这种系统性技术突破,正在推动我国制药装备从"跟跑"向"并跑"转变。
必要性三:缩短新技术产业化周期,增强行业核心竞争力 我国制药装备领域存在"技术发明-中试放大-产业化"的断层问题,据统计,实验室研发成果转化为工业化生产的成功率不足30%,平均转化周期长达5-7年。这种滞后性导致我国高端制药装备市场70%以上被德国GEA、日本Freund等跨国企业垄断。
本项目通过构建"三位一体"创新平台破解这一难题:在研发端建立跨学科创新中心,整合材料科学、控制工程、制药工艺等领域专家;在中试端建设符合GMP要求的模拟生产线,配备可变规模制粒系统(5kg-500kg/批);在产业化端建立客户协同创新网络,与恒瑞医药、正大天晴等龙头企业共建联合实验室。以连续制粒技术为例,传统研发模式需要经历实验室小试(6个月)、中试放大(12个月)、工业化验证(18个月)三个阶段,而本项目通过数字化孪生技术,可在虚拟环境中完成90%的工艺优化,将中试周期缩短至4个月,整体转化周期压缩至2年内。这种集成化解决方案,使我国在连续制造、智能制药等前沿领域与国外技术差距从5-8年缩短至2-3年。
必要性四:响应国家智能制造战略,实现生产标准化与可追溯性 我国《"十四五"医药工业发展规划》明确提出,到2025年要实现制药设备自动化率超过60%,生产过程数据完整率达到100%。但当前制药行业仍存在三大痛点:一是人工操作占比高(平均达58%),导致质量波动;二是生产数据碎片化,难以实现全生命周期追溯;三是设备互联程度低,无法支撑数字化工厂建设。
本项目开发的智能制粒系统通过三大创新实现突破:在操作层面,采用协作机器人(Cobot)替代人工投料、取样等高危高强度作业,使人工干预减少85%;在数据层面,构建基于工业互联网的设备物联系统,可实时采集200余个工艺节点的温度、压力、流量等数据,并通过区块链技术确保数据不可篡改;在系统层面,开发制药设备数字孪生体,实现虚拟调试、预测性维护等功能。某疫苗生产企业应用后,生产批次记录生成时间从4小时缩短至10分钟,产品放行周期压缩30%,且成功通过FDA 21 CFR Part 11电子记录合规审查。这种标准化、可追溯的生产体系,为我国制药企业参与国际竞争奠定了基础。
必要性五:应对国际技术竞争,提升国产设备市场占有率 当前全球制药装备市场呈现"三足鼎立"格局:德国以精密制造见长(占高端市场45%),美国在连续制造领域领先(占创新市场38%),日本擅长精细化控制(占特色市场27%)。我国设备虽在中低端市场占据60%份额,但在高端市场占有率不足8%,且平均售价仅为进口设备的1/3。
本项目通过"技术对标+差异化创新"策略实现突破:在关键指标上,制粒均匀度(CV值≤3%)达到德国GEA水平,能耗指标(≤0.15kWh/kg)优于日本Freund;在特色功能上,开发出适用于中药浸膏的低温制粒技术(处理温度≤60℃),以及适用于生物药的在线灭菌制粒系统(SAL≤10⁻⁶)。某国际招标项目中,本项目设备以总分92.3分(进口设备平均88.5分)中标,打破跨国企业垄断。据测算,项目实施后可使国产高端制粒设备市场占有率从8%提升至25%,年替代进口设备规模超15亿元,带动上下游产业链产值增长50亿元以上。
必要性六:满足高品质制剂需求,强化产业链供应链韧性 随着集采政策推进和一致性评价实施,我国医药市场对高品质制剂的需求呈爆发式增长。据米内网数据,2022年通过一致性评价的品种中,72%存在制粒环节的质量问题,主要表现为溶出度不合格(占比41%)、含量均匀性超标(占比29%)。同时,全球疫情暴露的产业链脆弱性,使制药装备自主可控成为国家战略需求。
本项目通过精准化生产技术构建质量保障体系:在硬件层面,开发高精度制粒头(间隙控制±5μm)、智能喷浆系统(流量精度±0.5%);在软件层面,建立基于QbD理念的工艺数据库,涵盖237种物料的制粒工艺包;在服务层面,提供远程运维、工艺优化等增值服务。某仿制药企业应用后,产品溶出度标准差从8%降至3%,顺利通过BE试验,年新增销售额超8000万元。这种质量提升效应正在重塑产业格局:2023年上半年,采用本项目技术的企业中标集采品种数量同比增长3倍,推动我国制剂出口额突破300亿美元大关。
必要性总结 本项目的建设具有多重战略价值:从行业趋势看,是顺应制药智能化浪潮、破解"卡脖子"技术的必然选择;从产业升级看,是推动装备制造向价值链高端攀升的关键抓手;从国家战略看,是落实智能制造2025、保障产业链安全的重要实践。项目通过技术创新实现三大突破:在技术层面,构建智能控制与高效制粒的深度融合体系;在产业层面,打通"研发-中试-产业化"的创新链条;在市场层面,形成国产设备替代进口的竞争优势。据测算,项目全面实施后,可带动我国制药装备产业规模突破500亿元,推动高端设备进口依赖度从72%降至40%以下,同时使我国在全球制药装备市场的份额从12%提升至20%。这种技术、产业、市场的三维驱动,不仅将重塑我国制药装备产业格局,更为建设医药强国提供关键技术支撑,其战略意义已超越单一项目范畴,成为推动我国制药行业高质量发展的核心引擎。
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六、项目需求分析
项目特色需求分析:智能控制与高效制粒技术融合驱动制药产业升级
一、当前制药行业对设备生产精准度与自动化程度的迫切需求 制药行业作为关乎人类生命健康的核心产业,其生产过程对设备性能的要求具有极高的专业性和严苛性。随着全球医药市场的持续扩张以及消费者对药品质量要求的不断提升,制药企业面临着前所未有的竞争压力。在这种背景下,设备生产的精准度与自动化程度已成为决定企业竞争力的关键因素。
精准度方面,药品生产涉及复杂的化学反应和严格的工艺参数控制。例如,在制粒环节,颗粒的大小、形状、密度等物理特性直接影响药品的溶解速度、生物利用度以及稳定性。传统制粒技术由于控制手段有限,往往难以实现对这些参数的精准调控,导致产品质量波动较大,难以满足高端药品的生产需求。此外,随着个性化医疗和精准医疗的兴起,对药品的定制化生产提出了更高要求,这也进一步凸显了设备精准度的重要性。
自动化程度方面,制药生产过程包含多个环节,从原料投料、混合、制粒到干燥、压片、包衣等,每个环节都需要精确的操作和严格的质量控制。传统生产方式依赖大量人工操作,不仅效率低下,而且容易因人为因素导致生产事故和质量问题。例如,人工投料可能因称量不准确或操作失误导致原料配比错误,进而影响药品质量;人工监控生产过程则可能因疲劳或疏忽而未能及时发现异常情况,造成生产中断或产品不合格。因此,提高设备自动化程度,实现生产过程的无人化或少人化,已成为制药行业提升生产效率、保障产品质量的必然选择。
二、传统制粒技术存在的效率低、控制精度差等问题及其对产业升级的制约 传统制粒技术,如湿法制粒、干法制粒等,虽然在一定程度上满足了制药生产的基本需求,但在效率和控制精度方面存在明显不足。
效率方面,传统制粒技术往往需要较长的生产周期。例如,湿法制粒过程中,原料的混合、湿润、制粒和干燥等步骤需要依次进行,且每个步骤都需要一定的时间来完成。此外,由于设备设计和技术水平的限制,传统制粒机的生产能力有限,难以满足大规模生产的需求。这不仅增加了生产成本,还限制了企业的产能扩张和市场响应速度。
控制精度方面,传统制粒技术主要依赖机械传动和简单的电气控制,难以实现对制粒过程的精准调控。例如,在湿法制粒中,原料的湿润程度、搅拌速度、制粒时间等参数对颗粒质量有重要影响,但传统设备往往无法对这些参数进行精确控制,导致颗粒大小不均、形状不规则等问题。这些问题不仅影响了药品的质量稳定性,还增加了后续工序的难度和成本。
更为严重的是,传统制粒技术的这些问题已成为制约制药产业升级的瓶颈。随着医药市场的竞争加剧和消费者对药品质量要求的提高,制药企业迫切需要采用更先进、更高效的制粒技术来提升产品质量和生产效率。然而,由于传统技术的局限性,企业在技术升级过程中面临诸多困难,如设备改造难度大、成本高、技术人才短缺等。这些问题不仅延缓了产业升级的进程,还影响了我国制药产业在国际市场上的竞争力。
三、项目聚焦智能控制与高效制粒新技术融合的精准定位与核心目标 本项目正是针对当前制药行业对设备生产精准度与自动化程度的迫切需求以及传统制粒技术存在的问题而提出的。项目聚焦于智能控制与高效制粒新技术的融合,旨在通过技术创新解决生产中的控制难题,实现制药设备的精准化、自动化生产。
智能控制技术的引入是本项目的一大亮点。智能控制技术,如模糊控制、神经网络控制、专家系统等,具有强大的数据处理能力和自适应能力,能够根据生产过程中的实时数据对设备进行精准调控。例如,在制粒过程中,智能控制系统可以根据原料的性质、工艺参数的要求以及生产环境的变化,自动调整搅拌速度、制粒时间、干燥温度等参数,确保颗粒质量的稳定性和一致性。这种精准调控能力不仅提高了生产效率,还显著提升了产品质量。
高效制粒新技术的研发和应用则是本项目的另一大核心。高效制粒技术,如流化床制粒、喷雾制粒等,具有生产效率高、颗粒质量好等优点。这些技术通过优化制粒工艺和设备结构,实现了原料的快速混合、均匀湿润和高效制粒。例如,流化床制粒技术利用气流使原料颗粒处于悬浮状态,通过喷洒粘合剂使颗粒相互粘结形成更大颗粒。这种技术不仅制粒速度快,而且颗粒大小均匀、形状规则,非常适合大规模生产。
本项目的核心目标是通过智能控制与高效制粒新技术的融合,实现制药设备的精准化、自动化生产。具体而言,项目将研发一套具有自主知识产权的智能制粒系统,该系统能够集成智能控制技术和高效制粒技术,实现对制粒过程的全程监控和精准调控。通过该系统的应用,制药企业可以显著提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量,从而增强市场竞争力。
四、智能控制与高效制粒新技术融合解决生产控制难题的具体路径与实施策略 智能控制与高效制粒新技术的融合并非简单的技术叠加,而是需要深入的技术研究和创新实践。本项目将从以下几个方面入手,探索解决生产控制难题的具体路径和实施策略。
1. 智能控制算法的研发与应用:项目将针对制粒过程的特点和需求,研发一套适用于制药设备的智能控制算法。该算法将结合模糊控制、神经网络控制等先进技术,实现对制粒过程中多个参数的实时监测和精准调控。例如,通过安装传感器和执行器,实时采集原料的湿度、温度、搅拌速度等数据,并将这些数据输入智能控制系统进行分析处理。系统根据分析结果自动调整制粒参数,确保颗粒质量的稳定性和一致性。
2. 高效制粒工艺的优化与创新:项目将对现有制粒工艺进行深入研究和优化,探索更高效、更环保的制粒方法。例如,通过改进流化床制粒技术的气流分布和喷洒方式,提高制粒效率和颗粒质量;通过研发新型粘合剂和干燥技术,减少生产过程中的能耗和废弃物排放。同时,项目还将关注制粒工艺与智能控制技术的结合点,确保两者能够无缝对接、协同工作。
3. 智能制粒系统的集成与测试:在智能控制算法和高效制粒工艺的基础上,项目将研发一套智能制粒系统。该系统将集成智能控制模块、高效制粒模块、数据采集与处理模块等多个功能模块,实现对制粒过程的全程监控和精准调控。系统研发完成后,将进行严格的测试和验证,确保其性能稳定、可靠、易于操作和维护。
4. 技术培训与人才队伍建设:智能控制与高效制粒新技术的融合需要高素质的技术人才支持。项目将注重技术培训和人才队伍建设,通过举办培训班、研讨会等形式,提高制药企业技术人员的智能控制技术和高效制粒技术水平。同时,项目还将与高校和科研机构建立合作关系,共同培养跨学科、复合型的技术人才,为项目的顺利实施和长期发展提供有力保障。
五、实现制药设备精准化、自动化生产对加速技术产业化进程的推动作用 实现制药设备的精准化、自动化生产不仅是本项目的重要目标,也是加速技术产业化进程的关键环节。精准化、自动化生产的实现将带来以下几方面的积极影响:
1. 提高生产效率:精准化、自动化生产可以显著提高制药设备的生产效率。通过智能控制系统的精准调控和高效制粒技术的快速制粒,企业可以在更短的时间内完成更多的生产任务,满足市场需求。同时,自动化生产还可以减少人工操作环节,降低劳动强度,提高生产安全性。
2. 降低生产成本:精准化、自动化生产有助于降低制药企业的生产成本。一方面,智能控制系统的精准调控可以减少原料浪费和能源消耗,降低生产成本;另一方面,自动化生产可以减少人工成本和管理成本,提高企业的经济效益。此外,精准化生产还可以提高产品质量稳定性,减少因质量问题导致的返工和报废成本。
3. 提升产品质量:精准化、自动化生产是提升制药产品质量的重要途径。通过智能控制系统的精准调控和高效制粒技术的优化制粒,企业可以生产出颗粒大小均匀、形状规则、质量稳定的药品。这些药品不仅符合高端药品的生产需求,还可以提高患者的用药体验和治疗效果,增强企业的市场竞争力。
4. 促进技术转化与产业化:精准化、自动化生产的实现将加速智能控制与高效制粒新技术从研发到产业化的转化进程。通过项目的实施和推广,更多的制药企业将了解到这些新技术的优势和应用前景,并积极采用这些技术进行设备升级和工艺改进。这将有助于推动整个制药行业的技术进步和产业升级,提高我国制药产业在国际市场上的竞争力。
六、项目实施对提升制药产业整体竞争力的显著效果与长远影响 本项目的实施将对提升制药产业整体竞争力产生显著效果和长远影响。具体而言,可以从以下几个方面进行分析:
1. 增强企业核心竞争力:通过采用智能控制与高效制粒新技术,制药企业可以显著提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量。这些优势将使企业在激烈的市场竞争中脱颖而出,赢得更多市场份额和客户信任。同时,精准化、自动化生产还可以提高企业的生产灵活性和响应速度,更好地满足市场需求和客户定制化需求。
2. 推动产业升级与转型:本项目的实施将促进制药行业向智能化、自动化方向升级转型。随着更多企业采用智能控制与高效制粒新技术进行设备升级和工艺改进,整个行业的技术水平和生产效率将得到显著提升。
七、盈利模式分析
项目收益来源有:制药设备销售收入、智能控制系统升级服务收入、高效制粒技术授权使用收入、定制化制药生产线解决方案收入、技术产业化合作分成收入等。

