国内制药行业自动化的发展现况

       在政策推动与技术发展的双重策力下，中国制药行业集中化、高端化与智能化趋势愈加明显。中国制药工业整体自动化程度仍有很大提升空间，原料药生产中虽然可以看到一些自动化控制系统的应用，但这大部分局限在局部单元和辅助系统上，全过程自动化控制的水平不足，自动化批控制更有很长的路要走。本期会客室请来华北制药集团自控部经理卞家宏，带来他的视角下的国内制药行业自动化发展观察。

　　疫情之下，制药自动化的脚步快了吗？

　　国内制药行业的自动化走到哪一步了？自动化程度有多高？卞：伴随着我国医药工业发展迅速，GMP管理（药品生产质量管理规范）日趋严格规范，国内医药行业的自动化水平一直都在提升。谈及制药行业的自动化，我觉得应该包括几种大的分类，比如传统大型原料药生产、制剂药生产、生化药物联合生产、现代生物工程药物、基因药物细胞药物等新科技药物生产、药物研发等方面，它们的特点要求也不相同。而从自动化技术上说，也包括有生产自动化和管理自动化、信息自动化等分类。

　　自动化技术本身就是来辅助生产和经营的，自动化技术在增加生产效率，提升产品质量，降低生产成本等方面的作用是毋庸置疑的，人们对自动化的认可程度越来越高，投入比重也逐渐增加，也有着越来越高的期待。

　　在一些化学原料药的生产方面，因为技术进步和政府GMP法规以及安全监管要求的不断提升，传统药企也基本都做到了生产流程控制自动化，实现了DCS/SIS系统应用在制药行业的普及。有一部分先进制药公司甚至从半自动化操作提升做到了全自动化生产，实现生产车间现场无人化。

　　疫情这两年，制药自动化的脚步是否进一步加快了？

　　卞：近几年，尤其是在疫情下，更多先进药企开始思考加快研发新药，积极探索AI（人工智能）新药研发，例如:IBM云端制药实验室、腾讯人工智能药物发现平台，同时诺华、阿斯利康和辉瑞等多家知名药企也在积极探索AI在新药研发的应用。可见AI药物研发已经成为趋势，而自动化系统及设备是构建智能研发平台中的重要部分。

　　这些定制化的研发自动化系统在精确性、可靠性和效率方面都有明显的优势，能帮助药企提高研发效率，因此未来对自动化系统及设备的需求会有持续上升的趋势。

　　另一方面，制药企业在信息集成、提升数据完整性上面也有很大进展。智能化生产基于对各类数据的分析，并利用数据进行决策。传统药企以纸质流程的方式管理数据，不仅耗时长，而且容易出错。过去两年在疫情下，更多人员需要远程工作，也突显了数字化相比纸质流程更能有效进行远程传递、纪录及检索。

　　实现制药自动化，路径为何？

　　一套优秀的制药自动化产线（工厂），是什么样的？制药自动化中，哪些因素是至关重要的？

　　卞：因为每个制药生产线的自动化系统都是在各个自动化系统软件技术平台上进行专门定制化开发的，是根据公司的本身生产特点和工艺要求来具体开发出来的。这需要在设计时，制药公司各个专业尤其是工艺、生产、质量、管理、自动化、以及总体设计专业都参与到自动化系统的定制化开发中来。

　　这要求自动化专业从传统意义上的配角专业转向龙头协调专业，需要去综合和反映各方的要求，并进行系统性开发。我认为一个开发成功的优秀制药自动化产线应该界面友好、操作简练、使用顺畅、数据丰富，定制开发出特有功能。还在制药自动化系统的维护、升级方面应该具备良好的可维护性和开放性。

　　系统应该提供标准的维护操作流程指导，避免一些具体开发人员离开后，系统就成为孤岛不能升级，不能适应工艺、管理方面的不断变化和优化的要求（制药生产是经常变化的）。

　　可见制药企业选择自动化合作应是要选择一个战略层面的合作者，需特别重视。

　　生物制药行业的飞速发展，对自动化技术提出了哪些新的要求？

　　卞：对于现代生物制药行业的特点，往往是品种新、品种多、规模较小，使用同一套流程生产设备，只是配方管理和工艺控制参数方面不同，非常类似于机械生产自动化技术中的根据订单柔性制造的理念。这就对生产设备和控制生产设备的自动化系统提出了特殊的要求。

　　因此制药过程的MES（制造执行系统）系统以及批处理自动化技术这几年也得到了快速的发展和应用。当安排新的品种生产后，MES系统会切换到新品种的生产配方管理系统，指导生产系统完全按照新的要求进行工艺控制和生产，并能完全符合GMP规范要求。

　　批处理自动化技术BATCH系统特别适合现代生物制药工艺中同一条生产线、多批操作、多配方工艺、生产不同产品的生产要求。BATCH系统使得配方管理、批报管理以及与过程控制系统结合共用管理控制整个生产系统，使之完全可以按照既定配方进行，减少差错率，提高生产效率并确保符合GMP相关规范。

　　还有，在包装方面采用全自动包装技术，数据表明包装合格率将由70%提升到99%。而且自动化技术在产品包装方面的应用可平均降低35%的劳动成本。

　　当下热门的制药自动化技术

　　制药行业对哪些自动化技术或自动化装备的需求最高？

　　卞：制药行业对自动化技术的需求可以说是全方面的。比如生产自动化和管理自动化、信息自动化等。传统的DCS、PLC、智能仪器仪表等都是基础。

　　我认为自动化技术的一些进展也为制药行业提供了更多的助力。

　　随着cGMP法规越来越严格，制药行业中MES系统会得到越来越多的应用。MES制造执行系统是一套面向车间执行层的生产信息化管理系统。MES是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统。它为操作/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。解决工厂生产过程的黑匣子问题，实现生产过程的可视化、可控化。可通过显示屏上的生产指示和SOP进行工序操作和管理，实时监视各设备、工序的进展情况。把设备数据嵌入生产记录之中。同时，管理负责人还可对操作进行确认和批准,加强质量管理。用户可简单地登记SOP，执行对应生产另一品种的操作程序，完全符合GMP验证程序。

　　还有前面提到的批处理BATCH技术，BATCH系统符合国际标准，用户管理和电子签名组件遵循FDA（CFR21 PART 11）的相关规定。整个系统也可以实现多品种的配方管理、验证、发布，生产计划管理、实施，电子签名、用户授权管理等，直到整个生产线符合FDA要求的批生产过程的管理与控制要求。它还可以自动产生具有审计追踪功能的生产批报表管理系统，实行柔性化、高效率的多品种生产。

　　此外，在机器人应用方面，已经比较普及的是在制剂生产线上的包装、码垛、储运方面的机器人，现在机器人技术在更多制药企业实验室得到了应用。大量的实验和实验数据记录如何自动化？过去几年，这一切正在变为现实。实验人员将顺序排好，机器人将指导相关仪器完成实验和数据收集整理。LIMS（实验室信息化管理系统）软件与机器人在实验数据处理方面作出不小贡献。

　　此外，在生物医药领域需要进行高通量药物筛选，这一技术的关键取决于机器人、检测器和软件的发展。10年来，一家医药研发公司一个星期可筛选的化合物数量由100~200种上升至2000~5000种。而且据最近报道，超高通量筛选法一天可检测和筛选超过100000种药物。