數(shù)字化在制藥生產(chǎn)線中的應(yīng)用

文/滕強(qiáng) 趙彥奇

制藥行業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字化是國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分，受到政策的支持和推動(dòng)——《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中強(qiáng)調(diào)“堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢(shì)”，并提出“加快制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，推進(jìn)制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等深度融合”。制藥行業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要代表，也必須跟隨國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，加快實(shí)現(xiàn)制藥行業(yè)的智能化和數(shù)字化的轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文展示了對(duì)一次性單抗原液產(chǎn)品生產(chǎn)線和某無(wú)菌制劑生產(chǎn)線的數(shù)字化改造升級(jí)，以供業(yè)界參考。

隨著自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的快速發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用。近年來(lái)，制藥行業(yè)也開(kāi)始引入計(jì)算機(jī)化管理，為傳統(tǒng)的制藥企業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)新的革命。如何控制好每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，更好地保證系統(tǒng)運(yùn)行以及生產(chǎn)流程的控制，成為了每一個(gè)制藥行業(yè)人所思考的問(wèn)題。此時(shí)，數(shù)字化的滲入正好解決了這個(gè)問(wèn)題。

1.制藥行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀

制藥行業(yè)從工業(yè)類型上來(lái)講，屬于流程工業(yè)的一種，通常以間歇或連續(xù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。間歇生產(chǎn)過(guò)程又稱批次生產(chǎn)過(guò)程，屬于按照給定配方、生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，例如，制藥配液系統(tǒng)屬于典型的間歇生產(chǎn)系統(tǒng)，制藥的大部分生產(chǎn)過(guò)程基本都屬于批次生產(chǎn)。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程是指連續(xù)不斷的生產(chǎn)過(guò)程，例如，制藥用水儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)，就屬于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)。制藥企業(yè)的公用工程等不停機(jī)的設(shè)備，基本屬于連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備。

由于在藥品生產(chǎn)的過(guò)程中，基本都是基于批次生產(chǎn)，各生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，可能會(huì)涉及到手動(dòng)操作、取樣、化驗(yàn)等。如何對(duì)這些中間環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理，保證生產(chǎn)的安全性和數(shù)據(jù)的完整性，是各制藥企業(yè)廠家所面臨的問(wèn)題。基于此種情況，筆者團(tuán)隊(duì)逐步探索了手動(dòng)操作結(jié)合數(shù)字化的解決方案。

2.數(shù)字化在一次性設(shè)備單抗生產(chǎn)線中的應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步正在改變生物制藥行業(yè)的制造工藝和運(yùn)行情況。生產(chǎn)工藝操作、設(shè)備和設(shè)施的數(shù)字化可以改善工作流程和輸出，但與此同時(shí)，如何保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性是個(gè)問(wèn)題。

例如，對(duì)于一次性設(shè)備的單抗生產(chǎn)線，除了在關(guān)鍵信息跨系統(tǒng)房間傳遞時(shí)需要保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性外，還需要跟蹤所有一次性耗材的使用和手動(dòng)操作，以確保在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，在正確的條件下，以正確的操作流程使用正確的組件[1]。

由于每批新組件都會(huì)重新進(jìn)行所有工藝連接，因此需要檢查并確認(rèn)設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備之間的連接是否正確。這通常由操作員手動(dòng)檢查和確認(rèn)，在這種復(fù)雜的操作中，需要時(shí)間和交叉檢查，存在錯(cuò)誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。所用耗材的數(shù)據(jù)通常應(yīng)記錄在批記錄中，批記錄可以是紙質(zhì)的，也可以是電子的。紙質(zhì)記錄雖然靈活，但很難提取數(shù)據(jù)和趨勢(shì)信息[2]。

通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，引入無(wú)線通信，將所有設(shè)備的信息和狀態(tài)采集起來(lái)，結(jié)合條碼技術(shù)，引入電子看板，可以梳理一次性生產(chǎn)中的這些問(wèn)題。操作人員可以按照電子看板的提示進(jìn)行領(lǐng)取耗材組件以及生產(chǎn)操作，這樣不僅規(guī)范了生產(chǎn)，還能將生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行記錄，串聯(lián)整條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性，最終形成符合標(biāo)準(zhǔn)的、完整的批次報(bào)告。

使用電子看板可以實(shí)現(xiàn)工單的下發(fā)，將該批次生產(chǎn)的產(chǎn)品和需使用的組件下發(fā)給系統(tǒng)，指導(dǎo)生產(chǎn)的領(lǐng)料。同時(shí)，也能將相關(guān)的條碼信息一起下發(fā)給系統(tǒng)。

此外，電子看板可以進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，并且可以進(jìn)行操作的指引，用直觀的指示提示操作人員進(jìn)行操作。并且在組件的領(lǐng)用、管路連接的判斷等過(guò)程中，可通過(guò)條碼掃描，在電子看板上顯示該組件的安裝位置，實(shí)時(shí)進(jìn)行差錯(cuò)的核對(duì)，防止誤操作的發(fā)生。以深層過(guò)濾間的工藝操作為例，操作流程如圖1所示，電子看板的流程指引如圖2所示。

圖1 深層過(guò)濾操作流程

圖2 電子看板流程指引

通過(guò)在生產(chǎn)操作的指示中引入數(shù)字化的手段，將大量的手工操作指引化、規(guī)范化，使其不再依賴于熟練的操作人員，使流程由個(gè)人經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為清晰的圖文指示，大大提高了操作人員的工作效率，減少了出錯(cuò)率，保證了生產(chǎn)安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了批次數(shù)據(jù)的完整性。

后期，符合過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)用戶協(xié)會(huì)要求的新模塊類型包（MTP）方法還將不斷完善、發(fā)展，從而更容易地實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)系統(tǒng)的互聯(lián)，促進(jìn)工廠車間數(shù)字化進(jìn)程的快速發(fā)展[3]。

3.數(shù)字化在某無(wú)菌制劑生產(chǎn)線中的應(yīng)用

此次案例中的無(wú)菌制劑工藝生產(chǎn)線主要由負(fù)壓稱量罩、干熱滅菌柜、隔離器、配液系統(tǒng)、CIP清洗站以及灌裝機(jī)等核心設(shè)備組成，各生產(chǎn)設(shè)備均為智能化的控制系統(tǒng)，相互之間互相獨(dú)立運(yùn)行。此系統(tǒng)為典型的間歇式生產(chǎn)系統(tǒng)。整條線的運(yùn)行，需要各設(shè)備和系統(tǒng)間互相關(guān)聯(lián)運(yùn)行，中間的物料運(yùn)轉(zhuǎn)以及監(jiān)控，將是操作和記錄的盲區(qū)。運(yùn)用數(shù)字化的技術(shù)，可以將這些盲區(qū)補(bǔ)足。

數(shù)字化技術(shù)，可以將各獨(dú)立的設(shè)備和系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及集中管理展示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的全電子記錄。對(duì)于中間物料流轉(zhuǎn)的控制，比如物料在稱量罩的稱量、干熱滅菌柜內(nèi)的滅菌、隔離器內(nèi)的轉(zhuǎn)移以及配液系統(tǒng)的添加等多個(gè)流轉(zhuǎn)過(guò)程，改造前的方案均為人工記錄操作。筆者團(tuán)隊(duì)根據(jù)生產(chǎn)工藝和可實(shí)施的技術(shù)手段，通過(guò)給物料賦予條碼，將物料的流轉(zhuǎn)整個(gè)閉環(huán)監(jiān)控起來(lái)，同時(shí)并行生產(chǎn)電子數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。該方案解決了人工操作環(huán)節(jié)的缺失，確保了工作流程數(shù)據(jù)完整，也使得管理人員能更加清晰地分析和提取數(shù)據(jù)以及趨勢(shì)，讓整條生產(chǎn)線更加智能化。此次數(shù)字化應(yīng)用的架構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 某無(wú)菌制劑生產(chǎn)線數(shù)字化應(yīng)用架構(gòu)圖

此次改造運(yùn)用數(shù)字化手段將整線設(shè)備集中整合在了一起，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相比，改造后的系統(tǒng)既可以讓管理人員在中央控制室監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，也可以讓生產(chǎn)人員在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)移動(dòng)終端指引操作和查看設(shè)備當(dāng)前的情況。此外，通過(guò)將物料賦予條碼，可以實(shí)現(xiàn)物料在整個(gè)流程中的運(yùn)轉(zhuǎn)可控：這樣一方面可以指引物料的運(yùn)轉(zhuǎn)和投放操作，防止誤投、忘投物料；另一方面可以記錄物料的數(shù)據(jù)信息，方便后期提取分析物料的數(shù)據(jù)曲線以及收益比等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使得整條生產(chǎn)線相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)更加智能化、電子化。

4.結(jié)束語(yǔ)

技術(shù)和工藝正在推動(dòng)藥品制造產(chǎn)生快速而重大的變化，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)還會(huì)有更多的改進(jìn)和提升。技術(shù)供應(yīng)商需要緊跟國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，加快實(shí)現(xiàn)制藥行業(yè)智能化和數(shù)字化的轉(zhuǎn)型升級(jí)，緊跟制藥行業(yè)的發(fā)展變革，為用戶提供更加先進(jìn)和適用的系統(tǒng)和軟件。