Öka takten - vaccinutveckling och produktion

Digital tvilling: den verkliga och digitala världen i en sluten slinga

Vi erbjuder en innovativ portfölj av Digital Enterprise lösningar — det täcker produktdesign, som här utvecklar vaccinet och tillverkar den aktiva ingrediensen, annars kallad primär bearbetning, och tillverkning av själva läkemedlet, eller sekundär bearbetning. Vi samarbetade med GSK och ATOS för att utveckla ett innovativt koncept med namnet digital tvilling, som kombinerar den verkliga och digitala världen i en sluten slinga.

Fokus på adjuvantsteknologier hos GSK

Som den första applikationen för att testa den digitala tvillingen har GSK, Siemens och ATOS utvecklat en proof-of-concept digital tvilling specifikt för utveckling och tillverkning av adjuvantsteknologier. Adjuvanser är vaccintillsatser som ökar immunsvaret. Detta kan spela en viktig roll för att skydda människor med svagare immunförsvar, till exempel äldre vuxna och immundeprimerade personer. Adjuvanser hjälper också till att minska volymen antigen som krävs för varje dos vaccin, vilket möjliggör leverans av fler vaccindoser när efterfrågan är hög.

Stark programvara för en utmanande uppgift

För simuleringen måste den ”svarta lådan” av adjuvantpartiklar först avkodas. Med hjälp av mekaniska modeller och artificiell intelligens (AI) utvecklade partnerna en hybridmodell för att simulera och övervaka processen. Som sådan kopplar den digitala tvillingen processparametrarna till adjuvansens kvalitet. Sensorerna och processanalystekniken (PAT) ger information som matar tvillingen för att förutsäga produktens kvalitet. Eventuella avvikelser från optimal kvalitet förväntas och tvillingen verkar på processparametrarna för att korrigera och uppfylla målkraven. Olika mjukvarulösningar spelar in här:

• PAT tillhandahålls av Simatic SIPAT, vilket säkerställer obegränsad datatransparens från och med produktutveckling och matar tillbaka korrelerade data i processen.
• Den helt integrerade automationsportalen (TIA Portal) integrerar hårdvara, programvara och tjänster, vilket underlättar fullständig åtkomst till hela det digitaliserade automationssystemet och utgör grunden för den ingenjörsprocess som används vid implementeringen.
• Simuleringsprogramvara användes i processmodellering och visualisering. Processen stöds också av maskininlärning.

Simulering: beräkningsflödesdynamik (CFD)

Tidsfaktorn utgjorde dock en särskild utmaning för adjuvanssimulering. Eftersom adjuvansens partikelsimulering är mycket beräkningsintensiv kan beräkningsprocessen ta flera timmar. Det är ett problem för interaktion i realtid mellan den digitala tvillingen och den verkliga världen.

Projektpartnerna extraherade därför den här illustrerade processen och simulerade den med beräkningsflödesdynamik (CFD). Detta gjorde det möjligt för dem att generera och spara simuleringsfiler för alla typer av fall i förväg. I kombination med data från statistisk försöksplanering (DoE) och maskininlärning ger detta dem förmågan att förutsäga adjuvanternas partiklar som kommer att skapas med varje förändring av kritiska parametrar. Som ett resultat är modellen i realtid kapabel.

Digitalisering: en snabbare takt för utveckling och tillverkning av nya vacc

Med digitala tvillingar är det nu möjligt att samla in data för att förstå exakt vad som händer i realtid under vaccinproduktionen, vilket möjliggör optimering av verksamheten. Det tillåter inte bara övervakning av komplexa processer utan förutspår också hur förändringar skulle påverka dem.

Kort sagt, att vända sig till digitalisering hjälper till att påskynda saker och ting på GSK. I nästa steg vill GSK samarbeta med oss för att stödja sin vision om att etablera och introducera nya digitala tvillingar för hela vaccinutvecklingsprocessen för nya vacciner. Således kommer de digitala tvillingarna av produkt, produktion och prestanda att kopplas samman.

Maj 2021