當您從事製藥行業時，短時間上市可以拯救生命。這就是為什麼 J&J 創新醫學使用西門子的 Digital Process Twin 來提高生產效率的原因。
盡快將新產品推出市場 — 在 J&J 創新醫學 在比利時 — 這不僅僅是經濟學問題，而且通常是生死的問題。為了優化生產流程，該公司使用西門子的 Digital Process Twin 設置了一項試驗項目。J&J 創新醫學的工廠資料與系統先導經理 Niels Vandervoort 表示：「結果令人印象深刻。「試驗項目幫助我們大幅縮短處理時間，化學產品消費和成本。」
藥物如何在 J&J 創新醫學生成？實驗室制定一個逐步化學計劃（一種過程）來準備新的活性成分。實驗室階段完成後，製造將分幾個階段進行加強，從 一升到數萬升 在商業生產的情況下。發展項目在比利時兩個設施，分別是化學開發小型工廠（位於貝爾塞的 CDMP）和 Geel 的化學開發試驗廠（CDPP）。
Niels 解釋說：「製作化學產品有點像烹飪。」「您將成分混合在反應容器中，然後出現新的東西。在「烹飪」過程中，您必須大量專注於溫度，壓力和攪拌速度等重要參數，以確保您始終安全地以可靠的質量獲得正確的產品。我們觀察這些參數 經常。」
在 J&J，我們致力減少生產流程對環境的影響。這就是為什麼我們與西門子的 Digital Process Twin 建立了試驗項目的原因。
「反應器容器含有一種溶劑，在適當的條件下溶解化學產品，以最佳的方式在一起反應。然後，您必須將新形成的化學產品從容器中取出來，以製作最終的藥物，」Niels 說。「為此，防止新化學產品不會溶解，並改為它們重新固化或結晶非常重要。為了實現這一目標， 溶解溶劑被結晶溶劑取代: 溶劑開關。切換通常是通過蒸餾或沸騰來完成。對於一千升的水箱來說，這可以消耗很多時間。例如，如果合成總共需要 80 小時，單獨溶劑切換器就可以使用這些小時中的 20 個小時。」
「如果我們優化溶劑切換，我們 節省大量時間並提高整體效率。任何企業都希望盡可能有效地生產，但在涉及人類生命的情況下，事情變得更加緊急。優化的開關還可以幫助我們使用更少的化學產品。這很重要，因為在 J&J，我們致力減少生產過程對環境的影響。這就是為什麼我們與西門子的 Digital Process Twin 建立了試驗項目，首先優化一個溶劑開關，最終目標是優化所有交換器。」
模型不斷進行預測，然後將其與實際數據進行比較。這使我們不斷改進過程。
「首先，我們創建了一個 流程模型 在 gPROMS FormulatedProducts，一個先進的流程建模平台。這是一款革命性的軟件，可讓我們收集機械知識 —— 您應該如何期望這樣的反應在（生物）科學基礎上進行。所以製程模型實際上是生產過程的虛擬複本，它是 Digital Twin 的基本組件之一。這意味著在這個層面上，我們的方法與更重於數據的模型不同。這為我們帶來許多優勢 — 它使我們能夠進行更大規模的優化，我們需要大量減少數據（五倍），我們不僅可以更快地將變更進行運行，而且更容易維護，」西門子商業開發數位化解決方案的 Nicolas Catrysse 解釋。
「構建模型後，我們使用從過程中衍生的數據進行校準，意味著從現實生活中的數據進行校準。使用這些數據，我們建立了一個用於 GPROM 數位應用平台 或 GDAP。該程序在開放循環中進行。然後，我們查看模型如何回應過程控制系統的輸入，並結束了一個封閉迴路。國際貿易協定 不斷做出預測 沿途，然後它與實際數據進行比較。這使我們不斷改進過程。」
「我經常將它與 GPS 進行比較，」尼爾斯補充道。「我們正在從某種溶劑組成-位置 A-到另一個成分-位置 B。 模型將指導我們 從 A 到 B 實時 通過最短的路線，或是最快的或最生態的路線。它輸出理想的路線，並根據實際條件繼續優化它-是否發生繞道或意外？」
試驗項目的成果令人印象深刻。Digital Process Twin 使溶劑消耗降低 30%。 切換時間縮短了 35%，總成本也是如此。 Niels 解釋說：「結果超過我們的期望。」
「效率不僅具有經濟實惠，而且更強大。今天，我們已將試驗項目擴展到另外四個溶劑交換器，我們希望得到類似的結果，因為這些經濟體不僅僅限於這種特定用例。」
「最重要的是，當您設置新流程時也有很大的優勢。只是優化現有的溶劑開關本身就非常有利可圖。如果我們能夠在擴展生產前應用該模型（即在實驗室中），我們可以節省更多的時間和資源。 畢竟，在實驗室中進行實驗比在工業規模上進行實驗便宜得多。 因此，現在我們正在研究如何使用實驗室數據製作模型，以後可以應用於更大規模生產。」
執行測試幾乎節省了我們大量時間和資源。
在良好製造實踐 (GMP) 環境中使用這些模型顯示 重大挑戰。一切都必須符合美國食品和藥物管理局（FDA）和歐洲藥品局（EMA）設定的 GMP 標準。這意味著處理稽核記錄、版本控制、資料完整性、安全性等等。Nicolas：「當我們在商業生產規模中應用模型時，我們通過 SIPAT 軟件平台來滿足所有額外的要求。借助我們對過程分析技術（PAT）的知識，我們可以做到這一點。SIPAT 還具有作為一個 中央 PAT 質量資料管理系統 無論在實驗室、試驗工廠和商業規模。這種系統使這些模型變得實用、高效且快速，並帶來令人驚嘆的效果。」
「最近，我們還使用 Digital Process Twin 進行包括冷凍乾燥的新製程開發。這是一種導致反應容器內溫度升高的反應，但溫度也必須保持在一定值以下，否則反應會失敗。該過程在實驗室中工作，但擴展到工業規模會使參數變化。在這種情況下，通常我們會設置測試配置並實驗，直到我們獲得正確的參數為止。但是這次我們可以虛擬運行配置，模型顯示該過程根本不會在這種規模上工作。 因此，這節省了我們大量的時間和資源。」
Niels 總結說，數位製程雙胞胎對製藥行業非常有前途。「這只是開始。顯然有很多方法 生產更有效率，對環境的影響更少。 借助這項技術，我們將能夠在未來更快地開發新製程，而且與西門子一起，我們擁有理想的合作夥伴，這是由於他們結合了軟件知識、他們對我們領域的知識以及他們在製藥和其他行業的製程方面的經驗。
最終，從開發階段到商業生產，我們將能夠使用虛擬模型。拯救我們的時間也會拯救很多生命。」
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