利用自动化提升制药制造水平 - 健康研究

未来的工厂将取决于自动化工具如何与人员、流程和质量系统协同工作，使制药制造更快、更智能、更透明、更可靠。

制药制造一直是一门控制学科。每一步都被测量、记录和审查，因为最终产品是患者、临床医生和护理人员需要信任的药物。自动化已经支持这一学科数十年，但其角色正在发生变化。

长期以来，制药行业的自动化意味着用机器取代手动步骤和工艺部分。灌装线、压片机、包装系统、环境监测和视觉检查被自动化以减少变化并提高一致性。这一基础在无菌和大批量生产中仍然很重要。但今天的讨论不再局限于减少手动工作，而是通过"系统导向思维"转变工艺，帮助工艺理解自身，并帮助人们利用更好的证据做出更好的决策。

这就是自动化下一阶段的开始。

构建连接自身数据的制药工厂

现代制药设施已经生成大量数据。这些数据可以来自设备、传感器、实验室分析结果、持有偏差和纠正措施的质量系统、捕获资产历史的维护日志和/或描述每一步如何执行的批记录。

然而，关键问题是数据的碎片化。大多数工厂的数据分散在不同的系统中，由不同的团队拥有，并在不同的时间进行审查。一家工厂表面上看起来是数字化的，但实际上仍然依赖手动跟进、延迟调查和事后纠正。

连接自动化填补了这一差距。过程分析技术(PAT)、传感器、数字孪生、机器视觉、电子批记录、机器人技术和人工智能(AI)是一些工具，当它们协同工作而不是孤立部署时才会变得有用。

赛诺菲已经公开描述了这一转变。其Solutron机器人系统以高精度执行重复性实验工作，并将结果数据反馈到随着每次运行而改进的模型中。¹ 这种实验、数据、模型和工艺学习之间的闭环正在转变制造。

葛兰素史克(GSK)、西门子和Atos已展示了疫苗开发和制造的类似方法，其中数字孪生将工艺参数与产品质量联系起来，并使用传感器和PAT数据来预测风险可能出现的位置。² 此处的自动化正在帮助工艺自我改进。

数字孪生技术正从概念走向实际应用。数字孪生是制药制造下一阶段最重要的技术之一。产品的虚拟表示、工艺、设备列车或设施让团队测试场景、研究关系，并预测更改如何影响性能，而无需触碰物理生产线。

在开发中，这减少了对重复物理实验的需求。在技术转移中，它帮助团队了解工艺在新地点或不同规模下的表现。在制造中，它支持更快的调查和更有信心的改进。

比利时强生创新医药公司已使用数字工艺孪生优化新型活性成分的生产，据报道减少了开发时间和总体成本。³

数字孪生之所以重要，是因为制药制造本质上是科学的。工艺不是一组指令。它是材料、设备、环境、参数和产品属性之间的受控关系。数字孪生使这些关系变得可见。

机器人技术和机器视觉推动质量系统。制药行业的机器人技术通常被描述为未来主义的，但最有价值的应用是实用的。受益于绝对一致性的重复取样、物料移动、称重、分装和实验室工作。在无菌环境中，机器人技术减少了人为干预和污染风险；在高活性区域，它保护操作人员。

机器视觉遵循相同的模式。视觉检查在注射剂、包装、标签和序列化中推动质量结果。人类检查员技术娴熟，但在长时间轮班中不一致。现代视觉系统提供一致的参考并生成检查数据，帮助团队识别重复出现的缺陷模式。

机器人技术和机器视觉不应被视为独立设备。当它们与质量系统、批记录和工程审查连接时，其价值会增加。捕捉缺陷的机器是有用的，但解释缺陷发生原因并防止其再次发生的系统更有价值。

电子批记录正成为制造骨干

很少有自动化投资比电子批记录具有更清晰的回报。纸质记录已经为行业服务数十年，但它们也创造了负担。手动条目可能不完整或不一致。审查可能成为转录检查，而不是对工艺如何运行的有意义评估。

电子批记录提高了首次执行正确的执行率，加强了数据完整性，减少了转录风险，并支持例外审查。当连接到设备和制造系统时，它们直接从工艺捕获数据。在这一点上，批记录成为生产实际表现的更可靠记录。

赛诺菲的MARS计划正在将纸质批记录转移到许多站点的数字记录，据报道减少了批审查时间和生产偏差。⁴ 关键在于，当数字批执行嵌入到操作员、工程师和质量团队的工作方式中时，它可以提高制造纪律。

预测性维护支持稳定性

设备可靠性是一个被低估的质量杠杆。灌装线、泵、压缩机、传感器、冻干机、包装组件或环境控制系统不需要戏剧性故障就能扰乱操作。设备行为的小变化可以导致工艺变异性、停机、被拒绝的工作或额外的调查。

预测性维护使用设备数据检测早期预警信号。振动、温度、压力、警报、运行时间和维护历史都提供信号。工程团队不再仅依赖固定时间表或反应性维修，而是可以更早干预并更智能地规划工作。好处是更稳定的设备环境，这支持更好的工艺控制和更可预测的生产。

连续制造和实时控制

连续制造是同一转变在工艺设计层面的另一种表达。批量制造仍将很重要，但连续工艺提供了不同的模型，其中材料通过连接的单元操作以稳定流移动，监控和控制内置于工艺中。

好处不仅是更快的生产，还提供了卓越的可见性。结合过程分析技术和自动控制，连续制造使团队能够更密切地监控关键参数并更快地响应。美国FDA将连续制造描述为一种具有效率、工艺控制、质量和灵活性优势的先进方法。⁵ Vertex与连续制造广泛相关，Seeq描述了一个Vertex相关案例研究，其中仪表板用于监控工艺参数并在近实时识别偏差。⁶

连续制造超越了设备，整合了数据、控制、分析和强大的质量框架。