Niels Vandervoort iz podjetja J&J Innovative Medicine in Nicolas Catrysse iz Siemensa

Digital Process Twin zmanjša čas in stroške proizvodnje J&J

Ko ste v farmacevtski industriji, lahko kratek čas za trženje reši življenja. Zato J&J Innovative Medicine uporablja Digital Process Twin od Siemensa za učinkovitejšo proizvodnjo.

J&J Digital Twin: Pospeševanje inovacij

Pri@@

dobivanje novih izdelkov na trg čim hitreje — v podjetju J&J Innovative Medicine v Belgiji — to ni zgolj vprašanje ekonomije; pogosto gre za življenje in smrt. Za optimizacijo svojih proizvodnih procesov je podjetje postavilo pilotni projekt z uporabo Digital Process Twin od Siemensa. »Rezultati so bili impresivni,« pravi Niels Vandervoort, višji vodja pilotnih podatkov in sistemov rastlin pri J&J Innovative Medicine. »Pilotni projekt nam je pomagal močno zmanjšati čas obdelave, porabo kemičnih izdelkov in stroške.«

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

Kuhanje s farmacevtskimi sestav

inami Kako nastane zdravilo v J&J Innovative Medicine? Laboratorij razvija postopni kemijski načrt (postopek) za pripravo nove aktivne sestavine. Ko je laboratorijska faza končana, se proizvodnja poveča v več fazah, od enega litra do več deset tisoč litrov v primeru komercialne proizvodnje. Razvoj poteka v dveh belgijskih obratih, mini tovarni za kemijski razvoj (CDMP, v Beerseju) in pilotnem obratu za kemijski razvoj (CDPP, v Geelu).

»Izdelava kemičnih izdelkov je nekoliko podobna kuhanju,« pojasnjuje Niels. »Sestavine zmešate v reakcijsko posodo in pride nekaj novega. V procesu kuhanja se morate veliko osredotočiti na pomembne parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost mešanja, da zagotovite varno in zanesljivo kakovost prave izdelke. Te parametre nenehno opaz ujemo.«

V podjetju J&J skušamo zmanjšati vpliv naših proizvodnih procesov na okolje. Zato smo vzpostavili pilotni projekt s Digital Process Twin od Siemensa.

Niels Vandervoort, Višji vodja pilotnih podatkov in sistemov obrata, J&J Inovativna medicina

Od raztapljanja do kristalizacije

»Posoda reaktorja vsebuje topilo, v katerem se kemični proizvodi raztopijo v pravih pogojih, da skupaj reagirajo na najboljši način. Potem morate novonastale kemične izdelke spraviti iz posode, da naredite končno zdravilo, »pravi Niels. »Da bi to naredili, je pomembno, da se novi kemični izdelki ne raztapljajo in jih namesto tega ponovno strdijo ali kristalizirajo. Da bi to dosegli, se raztapljajoče topilo nadomesti s kristalizirajočim topilom: stikalom za topil o. Stikalo se pogosto opravi z destilacijo ali vrenjem. Za tisočlitrski rezervoar lahko to zaužije veliko časa. Na primer, če sinteza traja skupaj 80 ur, lahko samo stikalo s topilom porabi do 20 teh ur.«

»Če optimiziramo stikalo s topilom, prihranimo veliko časa in povečamo učinkovitost na splošno. Vsako podjetje želi proizvajati čim bolj učinkovito, vendar stvari postajajo še bolj nujne, kadar gre za človeška življenja. Optimizirano stikalo nam pomaga tudi pri uporabi manj kemičnih izdelkov. Kar je pomembno, ker v podjetju J&J skušamo zmanjšati vpliv naših proizvodnih procesov na okolje. Zato smo vzpostavili pilotni projekt s Digital Process Twin od Siemensa — najprej optimizira eno stikalo s topilom, s končnim ciljem optimizacije vseh stikal.«

Model nenehno daje napovedi, ki jih nato primerja z dejanskimi podatki. To nam omogoča nenehno izboljševanje procesa.

Nicolas Catrysse, Rešitve za digitalizacijo BD, Siemens

Navidezno stikalo s topilom

»Najprej smo ustvarili procesni model v gPROMS FormulatedProducts, napredna platforma za modeliranje procesov. To je revolucionarna programska oprema, ki nam omogoča zbiranje mehanskega znanja - kako bi morali pričakovati, da bo takšna reakcija potekala na (bio) znanstveni osnovi. Torej je procesni model pravzaprav virtualna replika proizvodnega procesa in je ena od osnovnih komponent Digital Twin. Kar pomeni, da se na tej ravni naš pristop razlikuje od modela, ki je bolj osredotočen na podatke. To nam daje veliko prednosti — omogoča izvajanje večjih optimizacij, potrebujemo veliko manj podatkov (petkrat) in ne le, da lahko spremembe začnemo hitreje, ampak jih bomo lažje vzdrževali, »pojasnjuje Nicolas Catrysse, poslovni razvoj digitalnih rešitev pri Siemensu.

»Ko smo zgradili model, smo ga kalibrirali s podatki, pridobljenimi iz procesa, kar pomeni iz resničnega življenja. S temi podatki smo zgradili digitalno aplikacijo s platformo GPRoms Digital Applications Platform ali GDA P. Ta postopek poteka v odprti zanki. Nato smo pogledali, kako se je model odzval na vnos iz sistema za nadzor procesa, in zaključili smo z zaprto zanko. GDAP nenehno daje napoved i, ki jih nato primerja z dejanskimi podatki. To nam omogoča nenehno izboljševanje procesa.«

»Pogosto ga primerjam z GPS-om,« dodaja Niels. »Potujemo od določene sestave topil — lokacije A, do druge sestave — lokacije B. Model nas bo vo dil od A do B v realnem času po najkrajši poti ali najhitrejši ali najbolj ekološki poti. Izvaja idealno pot in jo še naprej optimizira kot funkcijo dejanskih razmer — ali gre za obvoz ali nesrečo?«

Skupni stroški so padli za 35%

Rezultati pilotnega projekta so bili impresivni. The Digital Process Twin je omogočil zmanjšanje porabe topil za 30%. Čas preklopa je bil skrajšan za 35%, prav tako pa so bili skupni stroški. »Rezultati so presegli naša pričakovanja,« pojasnjuje Niels.

»Učinkovitost ni le ekonomsko vredna, ampak tudi močnejša. Danes smo pilotni projekt razširili na še štiri solventna stikala, kjer upamo, da bomo dosegli podobne rezultate, ker ta gospodarstva niso omejena le na ta poseben primer uporabe.«

»Poleg tega obstajajo tudi velike prednosti, ko nastavljate nove procese. Samo optimizacija obstoječih stikal za topila je zelo donosna sama po sebi. In če lahko model uporabimo pred razširitvijo proizvodnje — kar pomeni v laboratoriju — prihranimo še več časa in sredstev. Navsezadnje je eksperimentiranje v laboratoriju veliko cenejše kot eksperimentiranje v industrijskem obsegu. Zdaj torej preučujemo, kako lahko uporabimo laboratorijske podatke za izdelavo modelov, ki jih lahko kasneje uporabimo za večjo proizvodnjo.«

Izvajanje testa nam je praktično prihranilo veliko časa in sredstev.

Niels Vandervoort, Višji vodja pilotnih podatkov in sistemov obrata, Johnson & Johnson inovativna medicina

Uporaba modelov v okolju GMP Uporab

a teh modelov v okolju dobre proizvod ne prakse (GMP) predstavlja velike izzive. Vse mora izpolnjevati standarde GMP, ki sta jih določila ameriška uprava za hrano in zdravila (FDA) in Evropska agencija za zdravila (EMA). To pomeni obravnavanje revizijskih sledi, različice, celovitosti podatkov, varnosti in še veliko več. Nicolas: »Ko uporabljamo modele v komercialnem proizvodnem obsegu, pokrivamo vse dodatne zahteve s pomočjo naše programske platforme SIPAT. To lahko storimo zahvaljujoč našemu poznavanju procesne analitične tehnologije (PAT). SIPAT ima poleg tega sposobnost delovanja kot osrednji sistem upravljanja podatkov o kakovosti PAT, tako v laboratoriju, v pilotnem obratu kot v komercialnem obsegu. Zaradi tega sistema so ti modeli praktični, učinkoviti in hitri, z osupljivimi rezultati.«

Široka razpoložljivost modelov

»Pred kratkim smo uporabili tudi Digital Process Twin za razvoj novega procesa, ki vključuje sušenje z zamrzovanjem. To je bila reakcija, zaradi katere se je temperatura znotraj reakcijske posode dvignila, vendar je bilo treba temperaturo tudi ohraniti pod določeno vrednostjo, sicer reakcija ne bi uspela. Postopek je deloval v laboratoriju, vendar se s širitvijo v industrijski obseg parametri spremenijo. V tem primeru bi običajno nastavili testno konfiguracijo in eksperimentirali, dokler ne dobimo pravih parametrov. Toda tokrat smo lahko konfiguracijo zagnali virtualno in model je pokazal, da postopek v takem obsegu sploh ne bo deloval. To nam je prihranilo veliko časa in sredstev.

Navidezno vse od laboratorija do lekarne

Digital Process Twins so zelo obetavni za farmacevtski sektor, zaključuje Niels. »To je šele začetek. Očitno obstaja veliko načinov za proizvodnjo veliko učinkovitejše in z manjšim vplivom na okolje. S to tehnologijo bomo lahko tudi v prihodnosti veliko hitreje razvijali nove procese, s Siemensom pa imamo za to idealnega partnerja — zahvaljujoč kombinaciji znanja programske opreme, njihovega znanja našega področja in izkušenj s postopki v farmacevtskih in drugih sektorjih.

Sčasoma bomo lahko uporabljali virtualne modele vse od razvojne faze do komercialne proizvodnje. Čas, ki nas reši, bo rešil tudi veliko življenj.«

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Stopite v stik z našimi strokovnjaki

Bi radi izboljšali lastno proizvodnjo Digital Process Twin? Samo kontaktirajte nas in skupaj bomo razvili prilagojeno rešitev.

Kontaktirajte nas