Niels Vandervoort från J&J Innovative Medicine och Nicolas Catrysse från Siemens

Digital Process Twin minskar J&J produktionstid och kostnader

När du är i läkemedelsindustrin kan en kort tid till marknaden rädda liv. Därför använder J&J Innovative Medicine Digital Process Twin från Siemens för att effektivisera produktionen.

J&J:s Digital Twin: Accelererande innovation

Få ut nya produkter på marknaden så snabbt som möjligt — på J&J Innovativ medicin i Belgien — Det är inte bara en fråga om ekonomi; det är ofta en fråga om liv och död. För att optimera sina produktionsprocesser startade företaget ett pilotprojekt med hjälp av en Digital Process Twin från Siemens. ”Resultaten var imponerande”, säger Niels Vandervoort, Senior Manager Pilot Plant Data & Systems på J&J Innovative Medicine. ”Pilotprojektet hjälpte oss att göra stora nedskärningar i bearbetningstider, konsumtion av kemiska produkter och kostnader.”

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

Matlagning med farmaceutiska ingredienser

Hur uppstår en medicin på J&J Innovative Medicine? Laboratoriet utvecklar en stegvis kemisk plan (en process) för att förbereda en ny aktiv ingrediens. När labbfasen är klar, tillverkningen trappas upp i flera faser, från en liter till tiotusentals liter när det gäller kommersiell produktion. Utvecklingen sker vid två belgiska anläggningar, Chemical Development Mini Plant (CDMP, i Beerse) och Chemical Development Pilot Plant (CDPP, i Geel).

”Att göra kemiska produkter är lite som att laga mat”, förklarar Niels. ”Du blandar ingredienser i ett reaktionskärl, och ut kommer något nytt. I matlagningsprocessen måste du koncentrera dig mycket på viktiga parametrar som temperatur, tryck och blandningshastighet för att se till att du alltid får rätt produkter säkert och med pålitlig kvalitet. Vi tittar på dessa parametrar ständigt.”

På J&J försöker vi minimera miljöpåverkan från våra produktionsprocesser. Därför startade vi ett pilotprojekt med Digital Process Twin från Siemens.

Niels Vandervoort, Senior Manager Pilotanläggningsdata och system, J&J Innovativ medicin

Från upplösning till kristallisering

Reaktorkärlet innehåller ett lösningsmedel där kemiska produkter löses upp under rätt förhållanden för att reagera tillsammans på bästa sätt. Då måste man få ut de nybildade kemiska produkterna ur kärlet för att göra den slutliga medicinen, säger Niels. ”För att göra det är det viktigt att hindra de nya kemiska produkterna från att lösas upp och att få dem att återsmälta eller kristallisera istället. För att uppnå detta, det upplösande lösningsmedlet ersätts med ett kristalliserande lösningsmedel: lösningsmedelsomkopplaren. Omkopplingen görs ofta genom destillation eller kokning. För en tusen-liters tank kan det äta upp mycket tid. Till exempel, om en syntes tar 80 timmar totalt, kan lösningsmedelsomkopplaren ensam använda upp 20 av dessa timmar.”

”Om vi optimerar lösningsmedelsomkopplaren, vi spara mycket tid och öka effektiviteten över hela linjen. Alla företag vill producera så effektivt som möjligt, men saker blir ännu mer brådskande där människoliv är inblandade. En optimerad switch hjälper oss också att använda mindre kemiska produkter. Vilket är viktigt eftersom vi på J&J försöker minimera miljöpåverkan från våra produktionsprocesser. Därför startade vi ett pilotprojekt med Digital Process Twin från Siemens — optimering av en lösningsmedelsomkopplare till en början, med det slutgiltiga målet att optimera alla switchar.”

Modellen gör ständigt förutsägelser, som den sedan jämför med de faktiska uppgifterna. Det gör att vi ständigt förbättrar processen.

Nicolas Catrysse, BD Digitalization Solutions, Siemens

En virtuell lösningsmedelsomkopplare

”Först skapade vi en processmodell i gPROMS FormulatedProducts, en avancerad processmodelleringsplattform. Det är en revolutionerande programvara som låter oss samla mekanisk kunskap - hur du kan förvänta dig att en reaktion som denna ska fortsätta på en (bio) vetenskaplig grund. Så processmodellen är faktiskt en virtuell kopia av produktionsprocessen, och det är en av de grundläggande komponenterna i en Digital Twin. Vilket innebär att på denna nivå skiljer sig vårt tillvägagångssätt från en mer datafokuserad modell. Det ger oss många fördelar — det gör att vi kan utföra storskaliga optimeringar, vi behöver enormt mindre data (med en faktor fem), och inte bara kan vi sätta i drift förändringarna snabbare, utan de blir lättare att underhålla”, förklarar Nicolas Catrysse, Business Development Digitalization Solutions på Siemens.

”Efter att vi byggt modellen kalibrerade vi den med data som härrör från processen, vilket betyder från verkliga livet. Med den informationen, vi byggde en digital applikation med GPROMs digitala applikationsplattform, eller GDAP. Detta förfarande sker i en öppen slinga. Sedan tittade vi på hur modellen svarade på ingången från processkontrollsystemet, och vi slutade med en sluten slinga. GdAP gör ständigt förutsägelser längs vägen, som den sedan jämför med de faktiska uppgifterna. Det gör att vi ständigt förbättrar processen.”

”Jag jämför det ofta med en GPS”, tillägger Niels. ”Vi reser från en viss sammansättning av lösningsmedel - plats A, till en annan komposition - plats B. Modellen kommer att vägleda oss Från A till B i realtid på den kortaste vägen, eller den snabbaste eller den mest ekologiska. Den matar ut den perfekta rutten och fortsätter att optimera den som en funktion av faktiska förhållanden - är det en omväg eller en olycka?”

Totala kostnader minskade med 35%

Pilotprojektets resultat var imponerande. Digital Process Twin gjorde det möjligt att minska lösningsmedelskonsumtionen med 30%. Omkopplingstiden minskade med 35% och det var också den totala kostnaden. ”Resultaten överträffade våra förväntningar”, förklarar Niels.

Effektiviteten är inte bara ekonomiskt lönsam utan också mer robust. Idag har vi utökat pilotprojektet till ytterligare fyra lösningsmedelsväxlar, där vi hoppas kunna få liknande resultat eftersom dessa ekonomier inte bara är begränsade till detta specifika användningsfall.”

— Utöver det finns det också stora fördelar när man sätter upp nya processer. Att bara optimera befintliga lösningsmedelsomkopplare är mycket lönsamt i sig. Och om vi kan tillämpa modellen innan vi utökar produktionen — det vill säga i labbet — sparar vi ännu mer tid och resurser. När allt kommer omkring är det mycket billigare att experimentera i laboratoriet än att experimentera i industriell skala. Så nu tittar vi på hur vi kan använda labbdata för att skapa modeller som vi kan tillämpa senare för storskalig produktion.”

Att köra ett test sparade oss praktiskt taget mycket tid och resurser.

Niels Vandervoort, Senior Manager Pilotanläggningsdata och system, Johnson & Johnson innovativ medicin

Tillämpa modeller i en GMP-miljö

Att använda dessa modeller i en miljö med god tillverkningspraxis (GMP) presenterar stora utmaningar. Allt måste uppfylla de GMP-standarder som fastställts av US Food and Drug Administration (FDA) och Europas europeiska läkemedelsmyndighet (EMA). Det innebär att hantera granskningsspår, versionshantering, dataintegritet, säkerhet och så mycket mer. Nicolas: ”När vi tillämpar modeller i kommersiell produktionsskala täcker vi alla ytterligare krav genom vår SIPAT mjukvaruplattform. Det kan vi göra tack vare vår kunskap om processanalysteknik (PAT). SIPAT har dessutom förmågan att fungera som en Centralt system för hantering av kvalitetsdata för PAT, både i labbet, på en pilotanläggning och i kommersiell skala. Det systemet gör dessa modeller praktiska, effektiva och snabba, med fantastiska resultat.

Bred tillgänglighet av modeller

— Nyligen använde vi också Digital Process Twin för en ny processutveckling med frystorkning. Detta var en reaktion som fick temperaturen inuti reaktionskärlet att stiga, men temperaturen måste också hållas under ett visst värde annars skulle reaktionen misslyckas. Processen fungerade i labbet, men att expandera till industriell skala gör att parametrarna ändras. I så fall skulle vi normalt ställa in en testkonfiguration och experimentera tills vi får rätt parametrar. Men den här gången kunde vi köra konfigurationen virtuellt och modellen visade att processen bara inte skulle fungera alls i den skalan. Så det sparade oss mycket tid och resurser.”

Virtuellt hela vägen från labb till apotek

Digital Process Twins är mycket lovande för läkemedelssektorn, avslutar Niels. ”Det här är bara början. Det finns helt klart många sätt att producera mycket mer effektivt och med mindre påverkan på miljön. Med denna teknik kommer vi också att kunna utveckla nya processer mycket snabbare i framtiden, och med Siemens har vi en idealisk partner för att göra det — tack vare deras kombination av programvarukunskap, deras kunskap om vårt område och deras erfarenhet av processer inom läkemedel och andra sektorer.

Så småningom kommer vi att kunna använda virtuella modeller hela vägen från utvecklingsstadiet till kommersiell produktion. Den tid som räddar oss kommer också att rädda många liv.

Two smiling technicians in a modern industrial facility

Ta kontakt med våra experter

Vill du förbättra din egen produktion med Digital Process Twin? Kontakta oss så tar vi fram en skräddarsydd lösning tillsammans.