施耐德電氣（中國）有限公司制藥行業(yè)負責人蔣能群博士

FosterWheeler設計院（中國）副總經(jīng)理兼首席工程師丁之潔

在過(guò)去數年間，全球制藥行業(yè)一直保持著(zhù)約5%的復合增長(cháng)率，2017年的全球總產(chǎn)值預計將達到1.2萬(wàn)億美元。在中國市場(chǎng)，作為全民醫療保障體系中至關(guān)重要的組成部分，制藥行業(yè)增長(cháng)的潛力更加可觀(guān)。在過(guò)去五年，中國醫藥行業(yè)的復合增長(cháng)率約為20%，是全球的4倍，2017年其產(chǎn)值預計將達到2.5萬(wàn)億人民幣。而國內從事這一行業(yè)的制藥企業(yè)，也多達數千家。

近年來(lái)，隨著(zhù)我國居民對優(yōu)質(zhì)醫療和保健的需求不斷提升，以及政府監管機制的不斷加強和完善，制藥行業(yè)在持續分享增長(cháng)紅利的同時(shí)，也面臨著(zhù)比以往更高的要求和挑戰，行業(yè)的轉型升級可謂迫在眉睫。制藥行業(yè)主要分為原料藥、制劑及生物制藥等類(lèi)型。在規模較大的原料藥領(lǐng)域，對工藝自動(dòng)化包括批處理控制的需求十分顯著(zhù)。我國原料藥行業(yè)和國外同行業(yè)的最大差距，主要是產(chǎn)品的穩定性和質(zhì)量的差距，究其原因可以歸為工藝設備和工藝控制上的差距。近年來(lái)，國內很多出口型企業(yè)都在尋求技術(shù)升級，以便和全球領(lǐng)先的行業(yè)對手同臺競爭。而在制劑領(lǐng)域，其工藝本身的特點(diǎn)是離散型的。在這方面，很多制藥企業(yè)也正在力圖實(shí)現控制系統乃至整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、連續化?？梢?jiàn)，在這些不同的領(lǐng)域，企業(yè)面臨的挑戰雖各有側重，但本質(zhì)上都需要尋求更加先進(jìn)、高效、智能的技術(shù)解決方案加以應對。

同時(shí)，由于制藥行業(yè)的特殊性，其在質(zhì)量、安全、數據完整性等方面的政府監管也比其他行業(yè)要更加嚴格，如何滿(mǎn)足嚴苛的合規要求，同樣是企業(yè)的一個(gè)重要課題。例如，制藥行業(yè)和其他行業(yè)最大的不同，就是數據完整性的合規。在新版GMP（即我國于2010年修訂的《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規范》）中，專(zhuān)門(mén)有一個(gè)章節闡述如何做到數據完整性的控制，以實(shí)現數據的準確性、一致性和完整性，防止不受控的人員篡改。很多涉足國際市場(chǎng)的制藥企業(yè)，不僅要滿(mǎn)足我國的規范，還要符合美國FDA、歐盟EMEA等目標市場(chǎng)國家的規范。在質(zhì)量和安全方面，藥品的質(zhì)量安全問(wèn)題直接關(guān)系到民眾的生命健康與安全，所以藥品需要達到百分之百的合格，其容錯率為零，這就對整個(gè)產(chǎn)品的流程監控提出了高要求。在這方面，很多領(lǐng)先的企業(yè)已經(jīng)在尋求藥品生產(chǎn)上的工業(yè)4.0建設，以實(shí)現對質(zhì)量和安全的透明化、實(shí)時(shí)監控、可追溯、數據完整性等方面的最大保障，以符合嚴格的監管標準。

智能化升級成“題眼”，透明融合應對挑戰

如何應對以上這些挑戰？在多部委聯(lián)合發(fā)布的《醫藥工業(yè)發(fā)展規劃指南》中，就對醫藥工業(yè)的創(chuàng )新發(fā)展提出了一系列要求。該《規劃》指出，推進(jìn)醫藥工業(yè)兩化深度融合是這一時(shí)期行業(yè)創(chuàng )新發(fā)展的主要任務(wù)之一，醫藥工業(yè)應以信息技術(shù)創(chuàng )新研發(fā)設計手段，支持企業(yè)建立基于信息化集成的研發(fā)平臺和數字化管理平臺，實(shí)現全生命周期管理?！兑巹潯愤€指出，醫藥工業(yè)應提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和信息化水平，改進(jìn)制藥設備和工藝的自動(dòng)化、數字化、智能化水平，增強信息上傳下控和網(wǎng)通互聯(lián)功能。采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數據和云計算等信息化技術(shù)，廣泛獲取和挖掘生產(chǎn)過(guò)程的數據和信息，為生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)優(yōu)化和決策提供支撐。推動(dòng)“制造執行系統”（MES）在生產(chǎn)過(guò)程中的應用，整合集成各環(huán)節數據信息，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，打造智能化生產(chǎn)車(chē)間。

正如《規劃》中所提出的，剖析制藥行業(yè)當前面臨的這些課題和挑戰，其最大的題眼不外乎工藝流程和生產(chǎn)過(guò)程管控的智能化升級。從數據信息的有序管控、無(wú)縫融合到對各類(lèi)藥品生產(chǎn)工藝流程的精準控制，都發(fā)揮著(zhù)重要的作用。例如在工藝層面上，制藥行業(yè)的工藝十分復雜，種類(lèi)也非常多，不同的工藝類(lèi)型有著(zhù)不同的需求特點(diǎn)。以化學(xué)合成為主的原料藥，其一部分過(guò)程是類(lèi)似于精細化工的過(guò)程；而單克隆抗體、疫苗、以及血液制品等生物制藥，相比化工的過(guò)程離散度要稍高一些，連續度沒(méi)有那么高，但是在路徑管理、配方管理上十分復雜；而在制劑這一部分，其工藝過(guò)程離散度則會(huì )更高一些。所以，針對不同的工藝類(lèi)型及其在連續度和離散度上的區別，不光要實(shí)施智能制造解決方案，在具體方案的設計和實(shí)施上也必須有一些特別的針對性。

在傳統的生產(chǎn)現場(chǎng)，還存在“黑盒子”的問(wèn)題，需要引入更加透明、融合的信息流。比如，以前制藥企業(yè)的物料平衡非常滯后，為了平衡滯后的物料，需要建更大的倉庫，積壓更多的資金做物料庫存，而且倉儲空調等運行費用居高不下。如果我們能夠通過(guò)透明化的工廠(chǎng)，把生產(chǎn)現場(chǎng)和企業(yè)層打通，將生產(chǎn)系統與企業(yè)運營(yíng)系統有機的融合為一體，就會(huì )顯著(zhù)改善這樣的現象。而在制藥行業(yè)的質(zhì)量與合規方面，同樣需要從這方面打通“任督二脈”，以前很多企業(yè)的數據都是分散、獨立的，是一些信息化的孤島，迫切需要通過(guò)智能化的改造，把所有的數據做集成和有效的關(guān)聯(lián)，整合一切有價(jià)值的信息來(lái)幫助監管、保障藥品在生產(chǎn)、物流過(guò)程中的安全和質(zhì)量。

加速I(mǎi)T、OT融合，以物聯(lián)智慧打造4.0藥廠(chǎng)

目前，面對著(zhù)這樣一個(gè)快速增長(cháng)的市場(chǎng)，眾多自動(dòng)化和信息化的解決方案供應商也都在開(kāi)發(fā)能夠助力制藥企業(yè)實(shí)現智能化升級的解決方案。在這方面，施耐德電氣基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應用于生命科學(xué)領(lǐng)域的EcoStruxureTM架構，是主流的制藥行業(yè)智能制造解決方案之一。從技術(shù)上，這一架構提供了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)放式、交互性的創(chuàng )新平臺與架構，支持信息技術(shù)（IT）和運營(yíng)技術(shù)（OT）的融合，同時(shí)完美符合制藥行業(yè)公認的ISA95國際標準，能夠適應制藥行業(yè)當前的實(shí)際需求和未來(lái)的擴展性需求。

具體來(lái)看，EcoStruxure橫向覆蓋完整生產(chǎn)流程，縱向跨軟硬件與多系統的構架，可以有效解決制藥行業(yè)制造智能化的一系列挑戰。首先，架構的最底層實(shí)現了產(chǎn)品的互聯(lián)互通，能夠確保底層的設備控制和運行是可靠的和可連通的，且能夠通過(guò)通透的數據采集和傳遞，為整個(gè)系統提供大數據基礎；在第二層邊緣控制，則以施耐德電氣的Wonderware系統平臺和InBatch為核心，它在制藥行業(yè)可以起到一些非常重要的作用。首先，它可以把所有的設備協(xié)調和聯(lián)動(dòng)起來(lái)，為生物制藥提供智能配方管理、批次管理與控制、和復雜路徑協(xié)調，如多批次供線(xiàn)、多品種供線(xiàn)、單品種多路徑等，大大提高設備利用效率和設備績(jì)效，同時(shí)防止出現人工錯誤。而從數據完整性上，它可以把所有底層設備以及人工操作整合出一個(gè)統一的電子批記錄，在合規和效率上都可以很好地支持智能制造的應用。

而在更高層面，比如MES層面上，施耐德電氣的SPC統計過(guò)程的控制則可以和底層的工藝系統（如InBatch的配方比對、趨勢分析等功能）協(xié)調起來(lái)實(shí)現在線(xiàn)放行。目前在線(xiàn)放行在制藥行業(yè)里面是一個(gè)非常受關(guān)注的課題，它可以以工藝放行來(lái)取代檢驗放行，使檢驗變?yōu)槭潞蟮囊环N確認。此外，在制藥過(guò)程中有很多人工的干預，比如說(shuō)中間環(huán)節的取樣和放行，過(guò)程放行實(shí)際上可以把這些環(huán)節放到后面去作為一個(gè)確認，這樣可以大大提高生產(chǎn)的連續性。尤其是在半連續的生物制藥和幾乎完全離散的制劑工藝中，如果能夠提高其生產(chǎn)連續性，而且這種連續性是基于一種可靠的分析而且是合規的，就可以大大提高工廠(chǎng)的設備和質(zhì)量的績(jì)效。此外，EcoStruxure架構和ISA95國際標準實(shí)現了完美的契合，在這樣一個(gè)架構的整合下，統一的大數據平臺，以及生產(chǎn)與企業(yè)資源管理系統的貫通可以更好的支持工藝和質(zhì)量的一致性。例如，在固體制劑領(lǐng)域，目前很大的一個(gè)痛點(diǎn)就是一致性評價(jià)。在各個(gè)設備都是獨立的情況下，如何保證批與批之間的一致性，如何保證活性原料藥成分API含量的一致性，這在以往都是很大的挑戰?，F在通過(guò)EcoStruxure都可以輕松解決。

再例如，在生物制藥方面，還存在大量的批次路徑管理，在每一個(gè)批次生產(chǎn)的時(shí)候，都要對設備狀態(tài)進(jìn)行確認，如清洗是否完成或者設備是否被占用。這種大量的復雜路徑和狀態(tài)的確認，要通過(guò)一個(gè)批處理系統來(lái)進(jìn)行管理和控制，在這些方面，施耐德電氣本身的在工業(yè)軟件領(lǐng)域中也有著(zhù)成熟的解決方案。例如在單抗領(lǐng)域，需要做工藝開(kāi)發(fā)和工藝放大，施耐德電氣的批控制系統就可以很好地支持這樣的過(guò)程。首先是可以實(shí)現完整的生產(chǎn)記錄；其次可以提供工藝趨勢和工藝分析，包括在用戶(hù)做工藝驗證或尋求黃金批次時(shí)，這一系統也可以提供很好的分析工具和歷史數據。

最后，在工程便利性方面，用戶(hù)可以基于EcoStruxure架構將復雜的工藝及設備逐級分解成可重復調用的模塊，使得工程和驗證都像搭積木一樣容易，從而提升工程的便利性。目前，正在建設即將投入使用的全球第一個(gè)工業(yè)4.0智能制造藥廠(chǎng)正是應用了施耐德電氣的EcoStruxure架構，這家全球最大的制劑工廠(chǎng)已經(jīng)落戶(hù)中國。

信息技術(shù)與運營(yíng)技術(shù)的融合，以及新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，已經(jīng)成為了制藥行業(yè)在今后發(fā)展升級的關(guān)鍵動(dòng)力。我們相信，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)還將會(huì )有更多的創(chuàng )新技術(shù)趨勢不斷和制藥行業(yè)的智能化升級實(shí)踐相結合，為這個(gè)制藥行業(yè)的轉型升級帶來(lái)更強勁的動(dòng)力。