Нильс Вандервурт из компании J&J Innovative Medicine и Николас Катрисс из Siemens

Digital Process Twin сокращает время и затраты на производство J&J

Когда вы работаете в фармацевтической промышленности, короткий срок выхода на рынок может спасти жизни. Вот почему компания J&J Innovative Medicine использует технологию Digital Process Twin от Siemens для повышения эффективности производства.

Digital Twin от J&J: ускорение инноваций

Вывод новых продуктов на рынок в кратчайшие сроки — в Инновационная медицина J&J в Бельгии — Это не просто вопрос экономики; часто это вопрос жизни и смерти. Для оптимизации производственных процессов компания организовала пилотный проект с использованием Digital Process Twin от Siemens. «Результаты оказались впечатляющими», — говорит Нильс Вандервурт, старший менеджер по данным и системам пилотных установок в компании J&J Innovative Medicine. «Пилотный проект помог нам значительно сократить время обработки, потребление химических продуктов и затраты».

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

Приготовление пищи с использованием фармацевтических ингредиентов

Как появляется лекарство в компании J&J Innovative Medicine? Лаборатория разрабатывает поэтапный химический план (процесс) приготовления нового активного ингредиента. После завершения лабораторного этапа производство расширяется в несколько этапов, начиная с от одного литра до десятков тысяч литров в случае коммерческого производства. Разработка осуществляется на двух бельгийских предприятиях: мини-заводе по разработке химических веществ (CDMP в Берсе) и экспериментальном заводе по разработке химических веществ (CDPP, в Гиле).

«Производство химических продуктов немного похоже на приготовление пищи», — объясняет Нильс. «Вы смешиваете ингредиенты в реакционном сосуде, и получается что-то новое. В процессе «приготовления» вы должны сосредоточиться на таких важных параметрах, как температура, давление и скорость смешивания, чтобы всегда получать нужные продукты безопасно и с надежным качеством. Мы следим за этими параметрами постоянно».

В J&J мы стараемся минимизировать воздействие наших производственных процессов на окружающую среду. Вот почему мы запустили пилотный проект с помощью Digital Process Twin от Siemens.

Нильс Вандервурт, Старший менеджер по данным и системам пилотной установки, Инновационная медицина J&J

От растворения до кристаллизации

«Корпус реактора содержит растворитель, в котором химические продукты растворяются в надлежащих условиях для наилучшего взаимодействия. Затем вы должны вытащить новообразованные химические продукты из сосуда, чтобы приготовить последнее лекарство», — говорит Нильс. «Для этого важно предотвратить растворение новых химических продуктов и вместо этого заставить их затвердевать или кристаллизоваться. Для достижения этой цели растворяющий растворитель заменяется кристаллизующимся растворителем: переключатель растворителей. Переключение часто осуществляется путем дистилляции или кипячения. Для резервуара объемом в тысячу литров это может занять много времени. Например, если синтез занимает всего 80 часов, то только переключатель растворителей может использовать 20 из этих часов».

«Если мы оптимизируем переключатель растворителей, мы сэкономьте много времени и повысьте эффективность по всем направлениям. Любой бизнес хочет производить как можно эффективнее, но когда речь идет о человеческих жизнях, все становится еще более актуальным. Оптимизированный переключатель также помогает нам использовать меньше химических продуктов. Это важно, потому что в J&J мы стараемся минимизировать воздействие наших производственных процессов на окружающую среду. Вот почему мы запустили пилотный проект с помощью Digital Process Twin от Siemens: сначала мы оптимизируем один переключатель растворителей, а конечная цель — оптимизировать все переключатели».

Модель постоянно делает прогнозы, которые затем сравнивает с фактическими данными. Это позволяет нам постоянно улучшать процесс.

Николя Катрисс, Решения BD по цифровизации, Siemens

Виртуальный переключатель растворителей

«Сначала мы создали модель процесса в gPROMS FormulatedProducts, передовая платформа моделирования процессов. Это революционное программное обеспечение, которое позволяет нам собирать информацию о механике и о том, как следует ожидать такой реакции на (био) научной основе. Таким образом, модель процесса на самом деле является виртуальной копией производственного процесса и одним из основных компонентов Digital Twin. Это означает, что на этом уровне наш подход отличается от модели, в большей степени ориентированной на данные. Это дает нам множество преимуществ: мы можем проводить масштабную оптимизацию, нам требуется значительно меньше данных (в пять раз), и мы не только можем быстрее внедрить изменения, но и упростить их обслуживание», — объясняет Николас Катрисс, специалист по цифровым решениям по развитию бизнеса в Siemens.

«После создания модели мы откалибровали ее на основе данных, полученных в процессе, то есть из реальной жизни. На основе этих данных мы создали цифровое приложение с Платформа цифровых приложений GProms, или GDaP. Эта процедура происходит в открытом цикле. Затем мы посмотрели, как модель реагирует на входные данные системы управления технологическими процессами, и в итоге получился замкнутый контур. GDAP постоянно делает прогнозы попутно, которые затем сопоставляются с фактическими данными. Это позволяет нам постоянно улучшать процесс».

«Я часто сравниваю его с GPS», — добавляет Нильс. «Мы переходим от определенного состава растворителей — место A — к другому составу — месту B. Модель будет направлять нас от А до Б в режиме реального времени по кратчайшему или самому быстрому или экологичному маршруту. Он выводит идеальный маршрут и оптимизирует его в зависимости от реальных условий: объезд или авария?»

Общие затраты снизились на 35%

Результаты пилотного проекта впечатляют. Технология Digital Process Twin позволила сократить потребление растворителей на 30%. Время переключения сократилось на 35%, как и общая стоимость. «Результаты превзошли наши ожидания», — объясняет Нильс.

«Эффективность не только экономически выгодна, но и более надежна. Сегодня мы расширили пилотный проект еще на четыре переключателя на основе растворителей и надеемся получить аналогичные результаты, поскольку экономия этих средств не ограничивается только этим конкретным вариантом использования».

«Кроме того, при настройке новых процессов вы также получаете существенные преимущества. Простая оптимизация существующих растворителей сама по себе очень выгодна. А если мы сможем применить эту модель до расширения производства, то есть в лаборатории, мы сэкономим еще больше времени и ресурсов. В конце концов, экспериментировать в лаборатории намного дешевле, чем экспериментировать в промышленных масштабах. Итак, теперь мы изучаем, как использовать лабораторные данные для создания моделей, которые впоследствии можно будет применять для крупносерийного производства».

Проведение теста практически сэкономило нам много времени и ресурсов.

Нильс Вандервурт, Старший менеджер по данным и системам пилотной установки, Инновационная медицина компании «Джонсон энд Джонсон»

Применение моделей в среде GMP

Использование этих моделей в среде надлежащей производственной практики (GMP) представляет собой значительные проблемы. Все должно соответствовать стандартам GMP, установленным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Европейским агентством по лекарственным средствам (EMA). Это означает работу с журналами аудита, управлением версиями, целостностью данных, безопасностью и многим другим. Николас: «Когда мы применяем модели в коммерческом производстве, мы удовлетворяем все дополнительные требования с помощью нашей программной платформы SIPAT. Мы можем сделать это благодаря нашим знаниям в области технологии анализа процессов (PAT). Кроме того, SIPAT может действовать как центральная система управления данными качества PAT, как в лаборатории, на опытной установке, так и в коммерческих масштабах. Эта система делает эти модели практичными, эффективными и быстрыми, обеспечивая потрясающие результаты».

Широкая доступность моделей

«Совсем недавно мы также использовали Digital Process Twin для разработки нового процесса, включающего сублимационную сушку. В результате этой реакции температура внутри реакционного сосуда повысилась, но ее также необходимо было поддерживать ниже определенного значения, иначе реакция закончится неудачей. Процесс работал в лаборатории, но расширение до промышленных масштабов приводит к изменению параметров. В этом случае обычно мы настраиваем тестовую конфигурацию и экспериментируем, пока не получим нужные параметры. Но на этот раз мы смогли запустить конфигурацию виртуально, и модель показала, что в таком масштабе процесс вообще не будет работать. Это сэкономило нам много времени и ресурсов.»

Виртуально на всем пути от лаборатории до аптеки

Нильс заключает, что Digital Process Twins очень перспективны для фармацевтического сектора. «Это только начало. Очевидно, что есть много способов производить намного эффективнее и с меньшим воздействием на окружающую среду. Благодаря этой технологии в будущем мы также сможем намного быстрее разрабатывать новые процессы, и в лице Siemens у нас есть идеальный партнер для этого благодаря сочетанию знаний в области программного обеспечения, знаний в нашей области и опыта работы с процессами в фармацевтике и других секторах.

Со временем мы сможем использовать виртуальные модели на всех этапах от стадии разработки до коммерческого производства. Время, которое сэкономит нас, также спасет много жизней».

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Свяжитесь с нашими экспертами

Хотите улучшить собственное производство с помощью Digital Process Twin? Просто свяжитесь с нами, и мы вместе разработаем индивидуальное решение.