Niels Vandervoort z J&J Innovative Medicine a Nicolas Catrysse zo spoločnosti Siemens

Digital Process Twin znižuje čas a náklady na výrobu J&J

Keď ste vo farmaceutickom priemysle, krátky čas na uvedenie na trh môže zachrániť životy. To je dôvod, prečo spoločnosť J&J Innovative Medicine využíva Digital Process Twin od spoločnosti Siemens na zvýšenie efektívnosti výroby.

Digitálne dvojča spoločnosti J&J: Zrýchlenie inovácií

Vstup nových produktov na trh čo najrýchlejšie — o J&J Inovatívna medicína v Belgicku — Nie je to len otázka ekonomiky; často je to otázka života a smrti. Na optimalizáciu svojich výrobných procesov spoločnosť vytvorila pilotný projekt s použitím Digital Process Twin od spoločnosti Siemens. „Výsledky boli pôsobivé,“ hovorí Niels Vandervoort, senior manažér Pilot Plant Data & Systems v spoločnosti J&J Innovative Medicine. „Pilotný projekt nám pomohol výrazne znížiť čas spracovania, spotrebu chemických výrobkov a náklady.“

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

Varenie s farmaceutickými prísadami

Ako vznikajú lieky v J&J Innovative Medicine? Laboratórium vyvíja postupný chemický plán (proces) na prípravu novej účinnej látky. Po dokončení laboratórnej fázy sa výroba zintenzívni v niekoľkých fázach, od jeden liter až desiatky tisíc litrov v prípade komerčnej výroby. Vývoj sa uskutočňuje v dvoch belgických zariadeniach, v mini závode na chemický vývoj (CDMP, v Beerse) a v pilotnom závode na chemický vývoj (CDPP, v Geel).

„Výroba chemických výrobkov je trochu ako varenie,“ vysvetľuje Niels. „Zmiešate ingrediencie v reakčnej nádobe a vyjde niečo nové. V procese „varenia“ sa musíte veľa sústrediť na dôležité parametre, ako je teplota, tlak a rýchlosť miešania, aby ste sa uistili, že vždy dostanete správne produkty bezpečne a so spoľahlivou kvalitou. Sledujeme tieto parametre nepretržite.“

V spoločnosti J&J sa snažíme minimalizovať vplyv našich výrobných procesov na životné prostredie. Preto sme vytvorili pilotný projekt s Digital Process Twin od spoločnosti Siemens.

Niels Vandervoort, Vedúci manažér pilotných údajov a systémov závodu, J&J Inovatívna medicína

Od rozpustenia po kryštalizáciu

„Nádoba reaktora obsahuje rozpúšťadlo, v ktorom sa chemické produkty rozpúšťajú za správnych podmienok, aby spolu reagovali najlepším spôsobom. Potom musíte dostať novovytvorené chemické produkty z nádoby, aby ste vyrobili konečný liek, „hovorí Niels. „Aby sme to dosiahli, je dôležité zabrániť rozpúšťaniu nových chemických produktov a namiesto toho ich opätovne stuhnúť alebo kryštalizovať. Aby sme to dosiahli, rozpúšťajúce rozpúšťadlo sa nahradí kryštalizujúcim rozpúšťadlom: spínač rozpúšťadla. Prepínanie sa často vykonáva destiláciou alebo varením. Pre tisíclitrovú nádrž to môže jesť veľa času. Napríklad, ak syntéza trvá celkovo 80 hodín, samotný spínač rozpúšťadla môže spotrebovať až 20 z týchto hodín.

„Ak optimalizujeme spínač rozpúšťadla, ušetríte veľa času a zvyšujte efektivitu vo všetkých oblastiach. Každý podnik chce produkovať čo najefektívnejšie, ale veci sa stávajú ešte naliehavejšími, pokiaľ ide o ľudské životy. Optimalizovaný spínač nám tiež pomáha používať menej chemických výrobkov. Čo je dôležité, pretože v spoločnosti J&J sa snažíme minimalizovať vplyv našich výrobných procesov na životné prostredie. Preto sme vytvorili pilotný projekt s Digital Process Twin od spoločnosti Siemens — optimalizáciu jedného rozpúšťadlového spínača najskôr s konečným cieľom optimalizovať všetky prepínače.“

Model neustále robí predpovede, ktoré potom porovnáva so skutočnými údajmi. To nám umožňuje neustále zlepšovať proces.

Nicolas Catrysse, Solutions digitalizácie BD, Siemens

Virtuálny rozpúšťadlový spínač

„Najprv sme vytvorili procesný model v gPROMS FormulatedProducts, pokročilá platforma na modelovanie procesov. Je to revolučný softvér, ktorý nám umožňuje zhromažďovať mechanické vedomosti - ako by ste mali očakávať, že takáto reakcia bude pokračovať na (bio) vedeckom základe. Procesný model je teda vlastne virtuálnou replikou výrobného procesu a je jednou zo základných komponentov digitálneho dvojčaťa. Čo znamená, že na tejto úrovni sa náš prístup líši od modelu zameraného na dáta. To nám prináša veľa výhod — umožňuje nám vykonávať väčšie optimalizácie, potrebujeme oveľa menej údajov (päťkrát) a nielenže môžeme zmeny uviesť do prevádzky rýchlejšie, ale aj ľahšie ich udržiavanie, „vysvetľuje Nicolas Catrysse, Business Development Digitalization Solutions v spoločnosti Siemens.

„Keď sme model zostavili, kalibrovali sme ho údajmi odvodenými z procesu, čo znamená zo skutočného života. S týmito údajmi sme vytvorili digitálnu aplikáciu s Platforma digitálnych aplikácií GPRoms, alebo GdAP. Tento postup sa uskutočňuje v otvorenej slučke. Potom sme sa pozreli na to, ako model reagoval na vstup zo systému riadenia procesu, a skončili sme uzavretou slučkou. GdAP neustále predpovedá po ceste, ktorú potom porovnáva so skutočnými údajmi. To nám umožňuje neustále zlepšovať proces.“

„Často to porovnávam s GPS,“ dodáva Niels. „Cestujeme z určitého zloženia rozpúšťadiel - miesto A, do inej kompozície - miesta B. Model nás bude viesť od A do B v reálnom čase najkratšou cestou, najrýchlejšou alebo najekologickejšou trasou. Vytvára ideálnu trasu a neustále ju optimalizuje ako funkciu skutočných podmienok — je tam obchádzka alebo nehoda?“

Celkové náklady klesli o 35%

Výsledky pilotného projektu boli pôsobivé. Digital Process Twin umožnil znížiť spotrebu rozpúšťadla o 30%. Čas prepínania bol skrátený o 35%, rovnako ako celkové náklady. „Výsledky prekonali naše očakávania,“ vysvetľuje Niels.

„Účinnosť nie je len ekonomicky užitočná, ale aj robustnejšia. Dnes sme rozšírili pilotný projekt na ďalšie štyri solventné prepínače, kde dúfame, že dosiahneme podobné výsledky, pretože tieto ekonomiky nie sú obmedzené len na tento konkrétny prípad použitia.“

„Okrem toho existujú aj podstatné výhody pri nastavovaní nových procesov. Len optimalizácia existujúcich rozpúšťadlových spínačov je sama o sebe veľmi výhodná. A ak dokážeme použiť model pred rozšírením výroby — teda v laboratóriu — ušetríme ešte viac času a zdrojov. Koniec koncov, experimentovanie v laboratóriu je oveľa lacnejšie ako experimentovanie v priemyselnom meradle. Teraz sa teda pozeráme na to, ako môžeme použiť laboratórne údaje na výrobu modelov, ktoré môžeme neskôr použiť na väčšiu výrobu.“

Spustenie testu nám prakticky ušetrilo veľa času a zdrojov.

Niels Vandervoort, Vedúci manažér pilotných údajov a systémov závodu, Johnson & Johnson Inovatívna medicína

Použitie modelov v prostredí GMP

Použitie týchto modelov v prostredí správnej výrobnej praxe (GMP) predstavuje značné výzvy. Všetko musí spĺňať normy GMP stanovené americkým Úradom pre potraviny a liečivá (FDA) a Európskou agentúrou pre lieky (EMA). To znamená zaoberať sa audítorskými trasami, tvorbou verzií, integritou údajov, bezpečnosťou a mnohými ďalšími. Nicolas: „Keď používame modely v komerčnom výrobnom meradle, pokryjeme všetky dodatočné požiadavky prostredníctvom našej softvérovej platformy SIPAT. Môžeme to urobiť vďaka našim znalostiam technológie procesnej analytickej technológie (PAT). SIPAT má navyše schopnosť pôsobiť ako centrálny systém správy údajov o kvalite PAT, v laboratóriu, v pilotnom závode aj v komerčnom meradle. Vďaka tomuto systému sú tieto modely praktické, efektívne a rýchle s ohromujúcimi výsledkami.“

Široká dostupnosť modelov

„Len nedávno sme tiež použili Digital Process Twin na vývoj nového procesu zahŕňajúceho sušenie mrazom. Bola to reakcia, ktorá spôsobila zvýšenie teploty vo vnútri reakčnej nádoby, napriek tomu sa teplota tiež musela udržiavať pod určitou hodnotou, inak by reakcia zlyhala. Proces fungoval v laboratóriu, ale rozšírenie do priemyselného meradla spôsobuje, že parametre sa menia. V takom prípade by sme normálne nastavili testovaciu konfiguráciu a experimentovali, kým nedostaneme správne parametre. Tentoraz sme však mohli konfiguráciu spustiť virtuálne a model ukázal, že proces nebude fungovať vôbec v tomto rozsahu. To nám ušetrilo veľa času a zdrojov.“

Virtuálne od laboratória po lekáreň

Digital Process Twins sú pre farmaceutický sektor veľmi sľubné, uzatvára Niels. „Toto je len začiatok. Je zrejmé, že existuje veľa spôsobov, ako Produkovať oveľa efektívnejšie a s menším vplyvom na životné prostredie. S touto technológiou budeme môcť v budúcnosti vyvíjať nové procesy oveľa rýchlejšie a so spoločnosťou Siemens máme ideálneho partnera na to — vďaka kombinácii softvérových znalostí, znalostí z našej oblasti a skúseností s procesmi vo farmaceutickom a iných odvetviach.

Nakoniec budeme môcť používať virtuálne modely od fázy vývoja až po komerčnú výrobu. Čas, ktorý nás zachráni, zachráni aj veľa životov.“

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Spojte sa s našimi odborníkmi

Chceli by ste zlepšiť svoju vlastnú produkciu pomocou Digital Process Twin? Stačí nás kontaktovať a spoločne vypracujeme prispôsobené riešenie.