Niels Vandervoort fra J&J Innovative Medicine og Nicolas Catrysse fra Siemens

Digital Process Twin reduserer J&J produksjonstid og kostnader

Når du er i farmasøytisk industri, kan kort tid til markedet redde liv. Derfor bruker J&J Innovative Medicine Digital Process Twin fra Siemens for å effektivisere produksjonen.

J & J Digital Twin: Akselererer innovasjon

Å få nye produkter på markedet så raskt som mulig - hos J&J Innovative Medicine i Belgia - det er ikke bare et spørsmål om økonomi; det er ofte et spørsmål om liv og død. For å optimalisere produksjonsprosessene, satte selskapet opp et pilotprosjekt ved hjelp av en Digital Process Twin fra Siemens. «Resultatene var imponerende,» sier Niels Vandervoort, seniorleder Pilot Plant Data & Systems hos J&J Innovative Medicine. «Pilotprosjektet hjalp oss med å gjøre store kutt i behandlingstider, forbruk av kjemiske produkter og kostnader.»

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

Matlaging med farmasøytiske ingredienser

Hvordan blir en medisin til hos J&J Innovative Medicine? Laboratoriet utvikler en trinnvis kjemisk plan (en prosess) for å forberede en ny aktiv ingrediens. Når laboratoriefasen er ferdig, blir fabrikasjonen trappet opp i flere faser, fra en liter til titusenvis av liter når det gjelder kommersiell produksjon. Utviklingen foregår ved to belgiske anlegg, Chemical Development Mini Plant (CDMP, i Beerse) og Chemical Development Pilot Plant (CDPP, i Geel).

«Å lage kjemiske produkter er litt som å lage mat,» forklarer Niels. «Du blander ingredienser i et reaksjonskar, og ut kommer noe nytt. I matlagingsprosessen må du konsentrere deg mye om viktige parametere som temperatur, trykk og blandingshastighet for å sikre at du alltid får de riktige produktene trygt og med pålitelig kvalitet. Vi følger disse parametrene hele tiden.»

Hos J&J prøver vi å minimere miljøpåvirkningen fra produksjonsprosessene våre. Derfor har vi satt opp et pilotprosjekt med Digital Process Twin fra Siemens.

Niels Vandervoort, Seniorleder Pilotanleggsdata og -systemer, J&J Innovativ medisin

Fra oppløsning til krystallisering

«Reaktorbeholderen inneholder et løsningsmiddel der kjemiske produkter oppløses under de rette betingelser for å reagere sammen på best mulig måte. Da må du få de nydannede kjemiske produktene ut av fartøyet for å lage den endelige medisinen, sier Niels. «For å gjøre det er det viktig å forhindre at de nye kjemiske produktene oppløses og få dem til å smelte eller krystallisere i stedet. For å oppnå dette erstattes oppløsningsmidlet med et krystalliserende løsningsmiddel: løsningsmiddelbry teren. Bryteren gjøres ofte ved destillasjon eller koking. For en tusen liters tank kan det spise opp mye tid. For eksempel, hvis en syntese tar 80 timer i alt, kan løsningsmiddelbryteren alene bruke opp 20 av disse timene.»

«Hvis vi optimaliserer løsningsmiddelbryteren, sparer vi mye tid og øker effektiviteten over hele linja. Enhver bedrift ønsker å produsere så effektivt som mulig, men ting blir enda mer presserende der menneskeliv er involvert. En optimalisert bryter hjelper oss også med å bruke mindre kjemiske produkter. Noe som er viktig fordi vi i J&J prøver å minimere miljøpåvirkningen fra produksjonsprosessene våre. Derfor har vi satt opp et pilotprosjekt med Digital Process Twin fra Siemens — optimalisering av en løsningsmiddelbryter først, med det endelige målet å optimalisere alle brytere.»

Modellen gjør stadig spådommer, som den deretter sammenligner med de faktiske dataene. Det gjør at vi hele tiden forbedrer prosessen.

Nicolas Catrysse, BD Digitaliseringsløsninger, Siemens

En virtuell løsemiddelbryter

«Først opprettet vi en prosessmodell i gPROMS FormulatedProducts, en avansert prosessmodelleringsplattform. Det er en revolusjonerende programvare som lar oss samle mekanisk kunnskap - hvordan du kan forvente at en reaksjon som denne skal fortsette på et (bio) vitenskapelig grunnlag. Så prosessmodellen er faktisk en virtuell kopi av produksjonsprosessen, og det er en av de grunnleggende komponentene i en Digital Twin. Noe som betyr at på dette nivået skiller vår tilnærming seg fra en mer datafokusert modell. Det gir oss mange fordeler - det lar oss utføre større optimaliseringer, vi trenger enormt mindre data (med en faktor på fem), og ikke bare kan vi sette endringene i drift raskere, men de vil være enklere å vedlikeholde, forklarer Nicolas Catrysse, Business Development Digitalization Solutions hos Siemens.

«Etter at vi bygde modellen, kalibrerte vi den med data hentet fra prosessen, noe som betyr fra det virkelige liv. Med disse dataene bygde vi en digital applikasjon med GPRoms Digital Applications Platform, eller gDAP. Denne prosedyren foregår i en åpen sløyfe. Så så vi på hvordan modellen reagerte på inngangen fra prosesskontrollsystemet, og vi endte opp med en lukket sløyfe. GDAP gjør stadig spådommer underveis, som den deretter sammenligner med de faktiske dataene. Det gjør at vi hele tiden forbedrer prosessen.»

«Jeg sammenligner det ofte med en GPS,» legger Niels til. «Vi reiser fra en bestemt sammensetning av løsningsmidler - sted A, til en annen sammensetning - sted B. Mod ellen vil lede oss fra A til B i sanntid på den korteste ruten, eller den raskeste eller den mest økologiske. Den leverer den ideelle ruten og fortsetter å optimalisere den som en funksjon av faktiske forhold - er det en omvei eller en ulykke?»

Totale kostnader ned 35%

Resultatene fra pilotprosjektet var imponerende. De Digital Process Twin gjorde det mulig å redusere løsemiddelforbruket med 30%. Byttetiden ble redusert med 35%, og det samme var totalkostnaden. «Resultatene overgikk forventningene våre,» forklarer Niels.

«Effektiviteten er ikke bare økonomisk lønnsom, men også mer robust. I dag har vi utvidet pilotprosjektet til ytterligere fire løsningsmiddelbrytere, der vi håper å få lignende resultater fordi disse økonomiene ikke bare er begrenset til dette spesifikke brukstilfellet.»

«På toppen av det er det også betydelige fordeler når du setter opp nye prosesser. Bare å optimalisere eksisterende løsningsmiddelbrytere er veldig lønnsomt i seg selv. Og hvis vi kan bruke modellen før vi utvider produksjonen — altså i laboratoriet — sparer vi enda mer tid og ressurser. Tross alt er eksperimentering i laboratoriet mye billigere enn å eksperimentere i industriell skala. Så nå ser vi på hvordan vi kan bruke laboratoriedata til å lage modeller som vi senere kan bruke for større produksjon.»

Å kjøre en test sparte oss praktisk talt mye tid og ressurser.

Niels Vandervoort, Seniorleder Pilotanleggsdata og -systemer, Johnson & Johnson innovativ medisin

Bruk modeller i et GMP-miljø Å

bruke disse modellene i et miljø for god produksjonspraksis (GMP) gir betydelige utfordringer. Alt må oppfylle GMP-standardene satt av US Food and Drug Administration (FDA) og Europas europeiske legemiddelbyrå (EMA). Det betyr å håndtere revisjonsspor, versjonering, dataintegritet, sikkerhet og mye mer. Nicolas: «Når vi bruker modeller i kommersiell produksjonsskala, dekker vi alle tilleggskravene ved hjelp av SIPAT-programvareplattformen vår. Det kan vi gjøre takket være vår kunnskap om prosessanalytisk teknologi (PAT). SIPAT har i tillegg muligheten til å fungere som et sentralt PAT-kvalitetsdatahåndteringssystem, både i laboratoriet, på et pilotanlegg og i kommersiell skala. Dette systemet gjør disse modellene praktiske, effektive og raske, med fantastiske resultater.»

Bred tilgjengelighet av modeller

«Nylig brukte vi også Digital Process Twin for en ny prosessutvikling som involverer frysetørking. Dette var en reaksjon som fikk temperaturen inne i reaksjonsbeholderen til å stige, men temperaturen måtte også holdes under en viss verdi, ellers ville reaksjonen mislykkes. Prosessen fungerte i laboratoriet, men utvidelse til industriell skala gjør at parametrene endres. I så fall vil vi normalt sette opp en testkonfigurasjon og eksperimentere til vi får de riktige parametrene. Men denne gangen kunne vi kjøre konfigurasjonen virtuelt, og modellen viste at prosessen bare ikke ville fungere i det hele tatt i den skalaen. Så det sparte oss mye tid og ressurser.

Virtuelt hele veien fra lab til apotek

Digital Process TwinS er veldig lovende for farmasøytisk sektor, avslutter Niels. «Dette er bare begynnelsen. Det er helt klart mange måter å produsere mye mer effektivt og med mindre innvirkning på miljøet. Med denne teknologien vil vi også kunne utvikle nye prosesser mye raskere i fremtiden, og med Siemens har vi en ideell partner for å gjøre det — takket være deres kombinasjon av programvarekunnskap, deres kunnskap om vårt felt og deres erfaring med prosesser innen legemidler og andre sektorer.

Etter hvert vil vi kunne bruke virtuelle modeller hele veien fra utviklingsstadiet til kommersiell produksjon. Tiden som redder oss, vil også redde mange liv.»

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Ta kontakt med våre eksperter

Ønsker du å forbedre din egen produksjon med Digital Process Twin? Bare kontakt oss, så utarbeider vi en tilpasset løsning sammen.

Kontakt oss