Digital Process Twin ช่วยลดเวลาและต้นทุนในการผลิตของ J&J

การทำอาหารด้วยใช้ส่วนผสมยา

ยาที่ J&J Innovative Medicine ผลิตอย่างไร ห้องปฏิบัติการนี้รับหน้าที่พัฒนาแผนเคมีแบบเป็นขั้นตอน (การแปรรูป) เพื่อเตรียมสารออกฤทธิ์ใหม่ เมื่อขั้นตอนห้องปฏิบัติการเสร็จสิ้นการผลิตจะเกิดประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นในหลายขั้นตอน ไม่ว่าจะเป็นการผลิตหนึ่งลิตรถึงหมื่นลิตร ในกรณีของการผลิตเชิงพาณิชย์ การพัฒนาเกิดขึ้นที่โรงงานเบลเยียมสองแห่ง ได้แก่ Chemical Development Mini Plant (CDMP ใน Beerse) และ Chemical Development Pilot Plant (CDPP, ใน Geel)

“การทำผลิตภัณฑ์เคมีนั้นเหมือนกับการปรุงอาหารเล็กน้อย” Niels อธิบาย “คุณผสมส่วนผสมในภาชนะทำปฏิกิริยา และออกมาเป็นสิ่งใหม่ในกระบวนการ 'การปรุงอาหาร' คุณต้องมุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเร็วในการผสม เพื่อให้แน่ใจว่าคุณได้รับผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมอย่างปลอดภัยและมีคุณภาพที่เชื่อถือได้เสมอ เราดูพารามิเตอร์เหล่านั้น ตลอดเวลา”

“หากเราเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนตัวทำละลาย เราจะสามารถ ประหยัดเวลาเป็นจำนวนมากและเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวมธุรกิจต้องการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพเท่าที่จะทำได้ แต่ความต้องการนี้มีความกดดันยิ่งขึ้นเมื่อมีชีวิตมนุษย์เกี่ยวข้อง การสับเปลี่ยนที่มีประสิทธิภาพยังช่วยให้เราใช้ผลิตภัณฑ์เคมีน้อยลงซึ่งมีความสำคัญเพราะที่ J&J เราพยายามลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของกระบวนการผลิตของเรานั่นคือเหตุผลที่เราจัดตั้งโครงการนำร่องด้วย Digital Process Twin จาก Siemens ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนตัวทำละลายหนึ่งตัวในตอนแรก โดยมีเป้าหมายสูงสุดคือการเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนตัวทำละลายทั้งหมด”

“หลังจากที่เราสร้างแบบจำลองแล้วเราจะทำการปรับเทียบด้วยข้อมูลที่ได้มาจากกระบวนการจริง ด้วยข้อมูลนั้นเราจะสร้างแอพพลิเคชั่นดิจิตอลด้วย gPROMS Digial Applications Platform หรือ GdAP ขั้นตอนนั้นเกิดขึ้นแบบลูปเปิด จากนั้นเราจะดูว่าตัวแบบดังกล่าวตอบสนองต่ออินพุตจากระบบควบคุมกระบวนการอย่างไร และกำหนดลูปปิดที่เหมาะสม gDAP จะคอยคาดการณ์อย่างต่อเนื่อง ระหว่างทางซึ่งข้อมูลจะถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลจริง สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถปรับปรุงกระบวนการอย่างต่อเนื่อง”

“ผมมักเปรียบเทียบข้อมูลกับ GPS” Niels กล่าวเสริม “เรากำลังพัฒนาจากตัวทำละลายเฉพาะสู่ตัวทำละลายที่หลากหลาย จากจุด A ไปยังส่วนประกอบอื่น ๆ ในจุด B แบบจำลองจะแนะนำเรา จาก A ถึง B แบบเรียลไทม์ โดยพิจารณาจากเส้นทางที่สั้นที่สุดหรือเส้นทางที่เร็วที่สุดหรือดีต่อระบบนิเวศน์มากที่สด ซึ่งจะทำให้ได้เส้นทางที่ดีที่สุดและปรับให้เกิดประสิทธิภาพตามสถานการณ์จริง เช่น เมื่อมีจุดที่ทำให้เสียเวลาหรือจุดที่เป็นปัญหา”

“ยิ่งไปกว่านั้นยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเมื่อคุณตั้งค่ากระบวนการใหม่ การเพิ่มประสิทธิภาพการสับเปลี่ยนตัวทำละลายที่มีอยู่นั้นทำกำไรได้มากในตัวเองและหากเราสามารถใช้แบบจำลองนี้ก่อนที่จะขยายการผลิตในห้องปฏิบัติการเราจะสามารถประหยัดเวลาและทรัพยากรได้มากขึ้น ท้ายที่สุดการทดลองในห้องปฏิบัติการมีต้นทุนต่ำกว่าการทดลองจริงในระดับอุตสาหกรรมมาก ดังนั้นตอนนี้เรากำลังมองว่าเราจะใช้ข้อมูลในห้องปฏิบัติการเพื่อสร้างแบบจำลองที่เราจะนำไปใช้ในภายหลังสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ได้อย่างไร”

ความพร้อมใช้งานในวงกว้างของตัวแบบจำลอง

“เมื่อเร็ว ๆ นี้เรายังใช้ Digital Process Twin สำหรับการพัฒนากระบวนการใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการทำแห้งแบบเยือกแข็ง นี่เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้อุณหภูมิภายในภาชนะปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น แต่อุณหภูมิจะต้องต่ำกว่าค่าที่แน่นอนมิฉะนั้นปฏิกิริยาจะล้มเหลว กระบวนการนี้เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการ แต่การขยายไปสู่ระดับอุตสาหกรรมทำให้พารามิเตอร์เปลี่ยนไป ในกรณีดังกล่าวโดยปกติเราจะตั้งค่าการกำหนดค่าทดสอบและทดลองจนกว่าเราจะได้พารามิเตอร์ที่ถูกต้อง โดยในคราวนี้เราสามารถเรียกใช้โครงร่างการทำงานได้ผ่านระบบเสมือนจริงและแบบจำลองจะทำให้ทราบได้ว่ากระบวนการสามารถใช้ในระดับอุตสาหกรรมหรือไม่ ทำให้เราประหยัดเวลาและทรัพยากรได้มาก”