SIEMENS

Granulieren, trocknen, mahlen, mischen und pressen: Jede Charge von Arzneimitteln wie Kapseln oder Tabletten durchläuft während der Produktion viele Fertigungsschritte in einer fest vorgegebenen Reihenfolge. Im Gegensatz zu vielen Produkten aus anderen Branchen machen die angehenden Medikamente dazwischen aber immer eine längere Pause: Stichproben werden entnommen, ins Labor geschickt und dort auf ihre Qualität überprüft. Das dauert – bis zu zwei Wochen muss jede Charge in Quarantäne auf eine Freigabe für den nächsten Schritt warten. Und wenn sich dabei herausstellt, dass Homogenität oder Wirkstoffkonzentration nicht den Vorgaben entsprechen, war der ganze Aufwand umsonst. Die halbfertigen Arzneimittel landen dann im Müll.

„Batch-Produktion“ nennt sich diese Form der Stop-and-Go-Fertigung, die in der Pharmaindustrie heute Standard ist. Ein langwieriges und im Grunde ineffizientes Verfahren, weshalb sich Regulierungsbehörden wie die amerikanische Food & Drug Administration (FDA) auf die Suche nach Alternativen gemacht haben. Ihr Ziel: Die Qualität von Rohstoffen, Prozessmedien und Zwischenprodukten soll während der Produktion laufend überwacht und gesteuert werden.

Dafür hat Siemens die Software SIPAT (Siemens Process Analytical Technology) entwickelt: Sie beherrscht das klassische Batch-Verfahren, schafft aber auch die Voraussetzungen für eine kontinuierliche Produktion. Sensoren messen dafür schon während der Produktion ständig die Qualitätsattribute jeder Charge – so lässt sich beispielsweise die Durchmischung von Wirkstoffen und Trägermaterialien in Echtzeit mit optischen Verfahren ermitteln. „Absorption und Reflexion von Lichtstrahlen verraten uns, wann der Mischprozess beendet werden kann“, erklärt Jürgen Manz von Siemens Industry Automation. „Bisher müssen die Chargen laut Vorschriften immer eine Stunde lang gemischt werden, jetzt können wir auch nach deutlich kürzerer Zeit damit aufhören, wenn die Sensoren uns ihr OK geben.“

Herstellungskosten sinken. SIPAT ist das Herzstück der kontinuierlichen Prozess-Steuerung: Die Software fragt ständig Messwerte von Parametern wie Feuchtigkeit, Temperatur, Dichte oder die Verteilung der Korngrößen ab. So erkennt das System schon während der Produktion, ob die Werte im vorgegebenen Bereich sind und kann andernfalls gegensteuern („Closed Loop Control“). Bei der Batch-Produktion müsste eine solche Charge im schlimmsten Fall weggeworfen werden. „Wir sparen sehr viel Zeit, weil die aufwändigen Labor-Analysen nach jedem Fertigungsschritt wegfallen: Statt zwei Monate dauert die Produktion einer Charge darum nur noch zehn Tage“, ergänzt Manz. „Da die Wartezeiten in der Quarantäne wegfallen, steigt auch die Auslastung der Produktionsanlagen.“ Insgesamt sinken dank SIPAT die Herstellungskosten von Tabletten und Kapseln um rund 20 Prozent. Kein Wunder also, dass Pharmahersteller wie Merck und GlaxoSmithKline die Software in Forschung und Produktion einsetzen.

Das System kann die Qualität jeder einzelnen Tablette überwachen und erlaubt dadurch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit individueller Produkte – das Internet der Dinge ist damit selbst im Pillendöschen angekommen und ermöglicht das digitale Produktgedächtnis. Und mit Hilfe der großen Datenmengen aus den einzelnen Produktionsstandorten können Pharmahersteller auch wertvolles Wissen über ihre global verteilten Prozesse sammeln. „Aus den Spektraldaten der optischen Sensoren lässt sich mit mathematischen Modellen die Güte der Mischung berechnen“, sagt Manz. „Bisher waren solche Informationen über Methoden und Modelle nur lokal an den einzelnen Standorten vorhanden. In Zukunft stehen sie zentral in einer SIPAT-Datenbank zur Verfügung, so dass ein Pharmahersteller seine Produkte dank des geteilten Wissens weiter verbessern kann.“