当你进入制药行业时，短暂的上市时间可以挽救生命。这就是强生创新医疗使用西门子的 Digital Process Twin 来提高生产效率的原因。
尽快将新产品推向市场 — 在 强生创新医学 在比利时 — 这不仅仅是经济学问题；这通常是生死攸关的问题。为了优化其生产流程，该公司使用西门子的 Digital Process Twin 建立了一个试点项目。强生创新医学试点工厂数据与系统高级经理尼尔斯·范德沃特说：“结果令人印象深刻。”“试点项目帮助我们大幅缩短了处理时间、化学产品消耗和成本。”
强生创新医学的药物是如何诞生的？该实验室制定了逐步制备新活性成分的化学计划（一种过程）。实验室阶段完成后，将分几个阶段加大制造力度，从 一升到几万升 就商业生产而言。开发工作在比利时的两个设施进行，即化学品开发小型工厂（位于比尔的CDMP）和化学品开发试点工厂（位于盖尔的CDPP）。
尼尔斯解释说：“制造化学产品有点像做饭。”“你在反应容器中混合原料，就会产生新的东西。在 “烹饪” 过程中，你必须将注意力集中在温度、压力和混合速度等重要参数上，以确保始终获得安全和质量可靠的正确产品。我们观察这些参数 不断地。”
在强生，我们努力将生产过程对环境的影响降至最低。这就是我们使用西门子的 Digital Process Twin 建立试点项目的原因。
“反应器容器含有一种溶剂，其中化学产品在适当的条件下溶解，以最佳方式共同反应。然后，你必须将新形成的化学产品从容器中取出来才能制成最终的药物，” 尼尔斯说。“为此，重要的是防止新的化学产品溶解，改为使它们重新固化或结晶。为了实现这一目标， 溶解溶剂被结晶溶剂所取代: 溶剂开关。切换通常通过蒸馏或煮沸来完成。对于一千升的水箱来说，这会占用很多时间。例如，如果合成总共需要80个小时，那么光是溶剂开关就可以用掉其中20个小时。”
“如果我们优化溶剂开关，我们 节省大量时间，全面提高效率。任何企业都希望尽可能高效地生产，但是如果涉及到人的生命，事情就变得更加紧迫了。优化的开关还有助于我们减少化学产品的使用。这很重要，因为在强生，我们努力将生产过程对环境的影响降至最低。这就是我们使用西门子的 Digital Process Digital Twin 建立试点项目的原因——首先优化一台溶剂开关，最终目标是优化所有开关。”
该模型不断进行预测，然后将其与实际数据进行比较。这使我们能够不断改进流程。
“首先，我们创建了一个 过程模型 在 gPROMS FormulatedProducts，一个先进的过程建模平台。这是一款革命性的软件，可以让我们收集机械知识——你应该如何期望这样的反应在（生物）科学的基础上进行。因此，流程模型实际上是生产过程的虚拟副本，也是Digital Twin的基本组成部分之一。这意味着在这个层面上，我们的方法不同于更注重数据的模型。这为我们提供了很多优势——它使我们能够进行更大规模的优化，我们需要的数据大大减少（减少五倍），而且我们不仅可以更快地将变更付诸实施，而且更易于维护，” 西门子业务开发数字化解决方案的Nicolas Catrysse解释说。
“在我们建立模型后，我们使用从过程中得出的数据（即来自现实生活）对其进行了校准。利用这些数据，我们构建了一个数字应用程序 GPROMS 数字应用平台， 或 GdaP。该过程是在开环中进行的。然后我们研究了模型如何响应过程控制系统的输入，最后形成了一个闭环。Gdap 不断做出预测 一路走来，然后将其与实际数据进行比较。这使我们能够不断改进流程。”
尼尔斯补充说：“我经常将其与全球定位系统进行比较。”“我们正在从某种成分的溶剂——位置A——转移到另一种成分——位置B。 该模型将指导我们 从 A 到 B 实时 选择最短的路线，或最快的路线，或最生态的路线。它会输出理想的路线，并根据实际情况不断对其进行优化——是绕道还是发生事故？”
该试点项目的结果令人印象深刻。Digital Process Twin使溶剂消耗量减少30％成为可能。 切换时间缩短了35％，总成本也减少了35％。 尼尔斯解释说：“结果超出了我们的预期。”
“效率不仅在经济上值得，而且更可靠。今天，我们已将试点项目扩展到另外四种溶剂开关，我们希望在其中获得类似的结果，因为这些经济不仅限于这种特定的用例。”
“最重要的是，在建立新流程时还有很大的优势。仅仅优化现有的溶剂开关本身就非常有利可图。而且，如果我们能在扩大产量之前应用该模型（即在实验室），我们将节省更多的时间和资源。 毕竟，在实验室进行实验比在工业规模上进行实验便宜得多。 因此，现在我们正在研究如何使用实验室数据来制作模型，以便日后应用于更大规模的生产。”
运行测试实际上为我们节省了大量的时间和资源。
在良好生产规范 (GMP) 环境中使用这些模型可以 相当大的挑战。一切都必须符合美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲欧洲药品管理局（EMA）制定的GMP标准。这意味着要处理审计跟踪、版本控制、数据完整性、安全性等等。Nicolas：“当我们在商业生产规模上应用模型时，我们会通过我们的SIPAT软件平台满足所有额外要求。我们之所以能够做到这一点，要归功于我们在过程分析技术 (PAT) 方面的知识。此外，SIPAT 还有能力充当 中央PAT质量数据管理系统， 无论是在实验室，在试点工厂还是在商业规模上。该系统使这些模型实用、高效、快速，效果惊人。”
“就在最近，我们还使用Digital Process Twin进行了一项涉及冻干的新工艺开发。这种反应导致反应容器内的温度升高，但温度也必须保持在一定值以下，否则反应将失败。该过程在实验室中起作用，但扩展到工业规模会使参数发生变化。在这种情况下，通常我们会设置测试配置并进行实验，直到获得正确的参数。但是这次我们可以虚拟运行配置，模型表明，在这个规模下，这个过程根本行不通。 因此，这为我们节省了大量的时间和资源。”
尼尔斯总结说，数字过程双胞胎对制药行业来说非常有希望。“这仅仅是个开始。显然有很多方法可以 生产效率更高，对环境的影响更小。 借助这项技术，我们还将能够在未来更快地开发新工艺，而有了西门子，我们是实现这一目标的理想合作伙伴——这要归功于他们将软件知识、对我们领域的了解以及他们在制药和其他领域的工艺经验相结合。
最终，我们将能够从开发阶段到商业化生产一直使用虚拟模型。拯救我们的时间也将挽救很多生命。”
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