Niels Vandervoort iz tvrtke J&J Innovative Medicine i Nicolas Catrysse iz Siemens

Digital Process Twin smanjuje vrijeme i troškove proizvodnje J&J

Kada ste u farmaceutskoj industriji, kratko vrijeme stavljanja na tržište može spasiti živote. Zato J&J Innovative Medicine koristi Digital Process Twin tvrtke Siemens kako bi proizvodnju učinila učinkovitijom.

J&J-ov digitalni blizanac: Ubrzanje inovacija

Ulazak novih proizvoda na tržište što je brže moguće — na J&J Inovativna medicina u Belgiji — To nije samo pitanje ekonomije; to je često pitanje života i smrti. Kako bi optimizirala svoje proizvodne procese, tvrtka je postavila pilot projekt koristeći Digital Process Twin tvrtke Siemens. "Rezultati su bili impresivni", kaže Niels Vandervoort, viši menadžer Pilot Plant Data & Systems u J&J Innovative Medicine. "Pilot projekt pomogao nam je da smanjimo vrijeme obrade, potrošnju kemijskih proizvoda i troškove."

Laboratory technician in protective gear examining vials in a pharmaceutical manufacturing facility

Kuhanje s farmaceutskim sastojcima

Kako nastaje lijek u J&J Innovative Medicine? Laboratorij razvija postupni kemijski plan (postupak) za pripremu novog aktivnog sastojka. Nakon što je laboratorijska faza završena, izrada se ubrzava u nekoliko faza, od jedna litra do desetaka tisuća litara u slučaju komercijalne proizvodnje. Razvoj se odvija u dva belgijska pogona, Mini tvornici za kemijski razvoj (CDMP, u Beerseu) i pilotskom pogonu za kemijski razvoj (CDPP, u Geelu).

"Izrada kemijskih proizvoda pomalo je poput kuhanja", objašnjava Niels. "Pomiješate sastojke u reakcijskoj posudi i izlazi nešto novo. U procesu 'kuhanja' morate se puno koncentrirati na važne parametre poput temperature, tlaka i brzine miješanja kako biste bili sigurni da uvijek dobijete prave proizvode sigurno i pouzdano kvalitetno. Gledamo te parametre konstantno."

U J&J nastojimo minimizirati utjecaj naših proizvodnih procesa na okoliš. Zato smo postavili pilot projekt s Digital Process Twin tvrtke Siemens.

Niels Vandervoort, Viši menadžer pilotskih podataka i sustava postrojenja, J&J Inovativna medicina

Od otapanja do kristalizacije

"Posuda reaktora sadrži otapalo u kojem se kemijski proizvodi otope pod pravim uvjetima kako bi zajedno reagirali na najbolji način. Tada morate izvaditi novoformirane kemijske proizvode iz posude kako biste napravili konačni lijek", kaže Niels. "Da biste to učinili, važno je spriječiti otapanje novih kemijskih proizvoda i umjesto toga ih natjerati da se ponovno očvrsnu ili kristaliziraju. Da bi se to postiglo, otapalo za otapanje zamjenjuje se kristalizirajućim otapalom: prekidač otapala. Prekidač se često vrši destilacijom ili ključanjem. Za spremnik od tisuću litara, to može pojesti puno vremena. Na primjer, ako sinteza traje ukupno 80 sati, sam prekidač otapala može potrošiti i do 20 tih sati.

"Ako optimiziramo prekidač otapala, mi uštedite puno vremena i povećajte učinkovitost u cijeloj razini. Bilo koja tvrtka želi proizvoditi što učinkovitije, ali stvari postaju još hitnije tamo gdje su uključeni ljudski životi. Optimizirani prekidač također nam pomaže da koristimo manje kemijskih proizvoda. Što je važno jer u J&J pokušavamo minimizirati utjecaj naših proizvodnih procesa na okoliš. Zato smo postavili pilot projekt s Digital Process Twin tvrtke Siemens — optimizirajući u početku jedan prekidač s otapalom, s krajnjim ciljem optimizacije svih prekidača."

Model neprestano daje predviđanja, koja zatim uspoređuje sa stvarnim podacima. To nam omogućuje da stalno poboljšavamo proces.

Nicolas Catrysse, Solutions za digitalizaciju BD, Siemens

Virtualni prekidač otapala

"Prvo smo stvorili procesni model u gPROMS FormulatedProducts, napredna platforma za modeliranje procesa. To je revolucionarni softver koji nam omogućuje prikupljanje mehaničkog znanja - kako biste trebali očekivati da će se takva reakcija odvijati na (bio) znanstvenoj osnovi. Dakle, procesni model zapravo je virtualna replika proizvodnog procesa i jedna je od osnovnih komponenti Digitalnog blizanca. Što znači da se na ovoj razini naš pristup razlikuje od modela više usmjerenog na podatke. To nam daje puno prednosti — omogućuje nam da izvršimo optimizacije većih razmjera, potrebno nam je masovno manje podataka (pet puta) i ne samo da možemo brže pokrenuti promjene, već će ih i lakše održavati", objašnjava Nicolas Catrysse, Solutions za digitalizaciju poslovnog razvoja u Siemensu.

"Nakon što smo izgradili model, kalibrirali smo ga podacima dobivenim iz procesa, što znači iz stvarnog života. S tim podacima izgradili smo digitalnu aplikaciju s Platforma za digitalne aplikacije GPRoms, ili GdAP. Taj se postupak odvija u otvorenoj petlji. Zatim smo pogledali kako je model reagirao na ulaz iz sustava upravljanja procesom i završili smo sa zatvorenom petljom. GdAP stalno daje predviđanja usput, koje zatim uspoređuje sa stvarnim podacima. To nam omogućuje stalno poboljšanje procesa."

"Često ga uspoređujem s GPS-om", dodaje Niels. "Putujemo s određenog sastava otapala - mjesto A, do drugog sastava - lokacije B. Model će nas voditi od A do B u stvarnom vremenu najkraćom rutom, najbržom ili najekološkom rutom. On daje idealnu rutu i nastavlja je optimizirati kao funkciju stvarnih uvjeta - postoji li obilazak ili nesreća?"

Ukupni troškovi smanjeni za 35%

Rezultati pilot projekta bili su impresivni. Digital Process Twin omogućio je smanjenje potrošnje otapala za 30%. Vrijeme prebacivanja smanjeno je za 35%, kao i ukupni trošak. "Rezultati su nadmašili naša očekivanja", objašnjava Niels.

"Učinkovitost nije samo ekonomski vrijedna nego i snažnija. Danas smo proširili pilot projekt na još četiri solventna prekidača, gdje se nadamo da ćemo dobiti slične rezultate jer ta gospodarstva nisu ograničena samo na ovaj specifični slučaj upotrebe."

"Povrh toga, postoje i značajne prednosti kada postavljate nove procese. Samo optimiziranje postojećih prekidača otapala vrlo je isplativo samo po sebi. A ako možemo primijeniti model prije nego što proširimo proizvodnju - što znači u laboratoriju - štedimo još više vremena i resursa. Uostalom, eksperimentiranje u laboratoriju mnogo je jeftinije od eksperimentiranja u industrijskim razmjerima. Dakle, sada gledamo kako možemo koristiti laboratorijske podatke za izradu modela koje kasnije možemo primijeniti za proizvodnju većih razmjera."

Provođenje testa praktički nam je uštedjelo puno vremena i resursa.

Niels Vandervoort, Viši menadžer pilotskih podataka i sustava postrojenja, Johnson & Johnson inovativna medicina

Primjena modela u GMP okruženju

Korištenje ovih modela u okruženju dobre proizvodne prakse (GMP) predstavlja značajni izazovi. Sve mora zadovoljiti GMP standarde koje su postavile američka Uprava za hranu i lijekove (FDA) i Europska agencija za lijekove (EMA). To znači baviti se revizijskim tragovima, verzijom, integritetom podataka, sigurnošću i još mnogo toga. Nicolas: "Kada primjenjujemo modele u komercijalnoj proizvodnoj razini, pokrivamo sve dodatne zahtjeve putem naše SIPAT softverske platforme. To možemo učiniti zahvaljujući našem poznavanju procesne analitičke tehnologije (PAT). SIPAT dodatno ima sposobnost djelovanja kao središnji PAT sustav upravljanja kvalitetom podataka, i u laboratoriju, u pilot tvornici i u komercijalnim razmjerima. Taj sustav čini ove modele praktičnim, učinkovitim i brzim, s zapanjujućim rezultatima."

Široka dostupnost modela

"Nedavno smo također koristili Digital Process Twin za razvoj novog procesa koji uključuje sušenje smrzavanjem. To je bila reakcija koja je uzrokovala porast temperature unutar reakcijske posude, ali temperatura se također morala držati ispod određene vrijednosti ili reakcija ne bi uspjela. Proces je radio u laboratoriju, ali širenje na industrijske razmjere dovodi do promjene parametara. U tom slučaju, obično bismo postavili testnu konfiguraciju i eksperimentirali dok ne dobijemo prave parametre. Ali ovaj put smo konfiguraciju mogli pokrenuti virtualno i model je pokazao da proces jednostavno uopće neće raditi u toj mjeri. Tako smo uštedjeli puno vremena i resursa."

Virtualno sve od laboratorija do ljekarne

Digital Process Twins vrlo su obećavajući za farmaceutski sektor, zaključuje Niels. "Ovo je samo početak. Jasno je da postoji mnogo načina da se Proizvode mnogo učinkovitije i s manjim utjecajem na okoliš. Ovom tehnologijom također ćemo moći brže razvijati nove procese u budućnosti, a sa Siemensom imamo idealnog partnera za to — zahvaljujući njihovoj kombinaciji softverskog znanja, njihovom poznavanju našeg područja i iskustvu s procesima u farmaceutskim i drugim sektorima.

Na kraju ćemo moći koristiti virtualne modele sve od faze razvoja do komercijalne proizvodnje. Vrijeme koje nas spašava također će spasiti mnoge živote."

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Kontaktirajte naše stručnjake

Želite li poboljšati vlastitu proizvodnju pomoću Digital Process Twin? Samo nas kontaktirajte i zajedno ćemo razraditi prilagođeno rješenje.