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本文作者：施耐德電氣（中國）有限公司制藥行業負責人蔣能群博士
             FosterWheeler設計院（中國）副總經理兼首席工程師丁之潔

在過去數年間，全球制藥行業一直保持著約5%的復合增長率，2017年的全球總產值預計將達到1.2萬億美元。在中國市場，作為全民醫療保障體系中至關重要的組成部分，制藥行業增長的潛力更加可觀。在過去五年，中國醫藥行業的復合增長率約為20%，是全球的4倍，2017年其產值預計將達到2.5萬億人民幣。而國內從事這一行業的制藥企業，也多達數千家。

近年來，隨著我國居民對優質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，制藥行業在持續分享增長紅利的同時，也面臨著比以往更高的要求和挑戰，行業的轉型升級可謂迫在眉睫。制藥行業主要分為原料藥、制劑及生物制藥等類型。在規模較大的原料藥領域，對工藝自動化包括批處理控制的需求十分顯著。我國原料藥行業和國外同行業的最大差距，主要是產品的穩定性和質量的差距，究其原因可以歸為工藝設備和工藝控制上的差距。近年來，國內很多出口型企業都在尋求技術升級，以便和全球領先的行業對手同臺競爭。而在制劑領域，其工藝本身的特點是離散型的。在這方面，很多制藥企業也正在力圖實現控制系統乃至整個生產過程的自動化、連續化。可見，在這些不同的領域，企業面臨的挑戰雖各有側重，但本質上都需要尋求更加先進、高效、智能的技術解決方案加以應對。

同時，由于制藥行業的特殊性，其在質量、安全、數據完整性等方面的政府監管也比其他行業要更加嚴格，如何滿足嚴苛的合規要求，同樣是企業的一個重要課題。例如，制藥行業和其他行業最大的不同，就是數據完整性的合規。在新版GMP（即我國于2010年修訂的《藥品生產質量管理規范》）中，專門有一個章節闡述如何做到數據完整性的控制，以實現數據的準確性、一致性和完整性，防止不受控的人員篡改。很多涉足國際市場的制藥企業，不僅要滿足我國的規范，還要符合美國FDA、歐盟EMEA等目標市場國家的規范。在質量和安全方面，藥品的質量安全問題直接關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，這就對整個產品的流程監控提出了高要求。在這方面，很多領先的企業已經在尋求藥品生產上的工業4.0建設，以實現對質量和安全的透明化、實時監控、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？在多部委聯合發布的《醫藥工業發展規劃指南》中，就對醫藥工業的創新發展提出了一系列要求。該《規劃》指出，推進醫藥工業兩化深度融合是這一時期行業創新發展的主要任務之一，醫藥工業應以信息技術創新研發設計手段，支持企業建立基于信息化集成的研發平臺和數字化管理平臺，實現全生命周期管理。《規劃》還指出，醫藥工業應提高生產過程自動化和信息化水平，改進制藥設備和工藝的自動化、數字化、智能化水平，增強信息上傳下控和網通互聯功能。采用工業互聯網、物聯網、大數據和云計算等信息化技術，廣泛獲取和挖掘生產過程的數據和信息，為生產過程的自動優化和決策提供支撐。推動“制造執行系統”（MES）在生產過程中的應用，整合集成各環節數據信息，實現對生產過程自動化控制，打造智能化生產車間。

正如《規劃》中所提出的，剖析制藥行業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過程管控的智能化升級。從數據信息的有序管控、無縫融合到對各類藥品生產工藝流程的精準控制，都發揮著重要的作用。例如在工藝層面上，制藥行業的工藝十分復雜，種類也非常多，不同的工藝類型有著不同的需求特點。以化學合成為主的原料藥，其一部分過程是類似于精細化工的過程；而單克隆抗體、疫苗、以及血液制品等生物制藥，相比化工的過程離散度要稍高一些，連續度沒有那么高，但是在路徑管理、配方管理上十分復雜；而在制劑這一部分，其工藝過程離散度則會更高一些。所以，針對不同的工藝類型及其在連續度和離散度上的區別，不光要實施智能制造解決方案，在具體方案的設計和實施上也必須有一些特別的針對性。

在傳統的生產現場，還存在“黑盒子”的問題，需要引入更加透明、融合的信息流。比如，以前制藥企業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。如果我們能夠通過透明化的工廠，把生產現場和企業層打通，將生產系統與企業運營系統有機的融合為一體，就會顯著改善這樣的現象。而在制藥行業的質量與合規方面，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，迫切需要通過智能化的改造，把所有的數據做集成和有效的關聯，整合一切有價值的信息來幫助監管、保障藥品在生產、物流過程中的安全和質量。

加速IT、OT融合，以物聯智慧打造4.0藥廠

目前，面對著這樣一個快速增長的市場，眾多自動化和信息化的解決方案供應商也都在開發能夠助力制藥企業實現智能化升級的解決方案。在這方面，施耐德電氣基于物聯網技術，應用于生命科學領域的EcoStruxureTM架構，是主流的制藥行業智能制造解決方案之一。從技術上，這一架構提供了基于物聯網技術的開放式、交互性的創新平臺與架構，支持信息技術（IT）和運營技術（OT）的融合，同時完美符合制藥行業公認的ISA95國際標準，能夠適應制藥行業當前的實際需求和未來的擴展性需求。

具體來看，EcoStruxure橫向覆蓋完整生產流程，縱向跨軟硬件與多系統的構架，可以有效解決制藥行業制造智能化的一系列挑戰。首先，架構的最底層實現了產品的互聯互通，能夠確保底層的設備控制和運行是可靠的和可連通的，且能夠通過通透的數據采集和傳遞，為整個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調和聯動起來，為生物制藥提供智能配方管理、批次管理與控制、和復雜路徑協調，如多批次供線、多品種供線、單品種多路徑等，大大提高設備利用效率和設備績效，同時防止出現人工錯誤。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）協調起來實現在線放行。目前在線放行在制藥行業里面是一個非常受關注的課題，它可以以工藝放行來取代檢驗放行，使檢驗變為事后的一種確認。此外，在制藥過程中有很多人工的干預，比如說中間環節的取樣和放行，過程放行實際上可以把這些環節放到后面去作為一個確認，這樣可以大大提高生產的連續性。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的設備和質量的績效。此外，EcoStruxure架構和ISA95國際標準實現了完美的契合，在這樣一個架構的整合下，統一的大數據平臺，以及生產與企業資源管理系統的貫通可以更好的支持工藝和質量的一致性。例如，在固體制劑領域，目前很大的一個痛點就是一致性評價。在各個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，在每一個批次生產的時候，都要對設備狀態進行確認，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的確認，要通過一個批處理系統來進行管理和控制，在這些方面，施耐德電氣本身的在工業軟件領域中也有著成熟的解決方案。例如在單抗領域，需要做工藝開發和工藝放大，施耐德電氣的批控制系統就可以很好地支持這樣的過程。首先是可以實現完整的生產記錄；其次可以提供工藝趨勢和工藝分析，包括在用戶做工藝驗證或尋求黃金批次時，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工業4.0智能制造藥廠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已經落戶中國。

信息技術與運營技術的融合，以及新的物聯網技術的應用，已經成為了制藥行業在今后發展升級的關鍵動力。我們相信，隨著技術的不斷發展，未來還將會有更多的創新技術趨勢不斷和制藥行業的智能化升級實踐相結合，為這個制藥行業的轉型升級帶來更強勁的動力。