論生物(wù)制藥SCADA建設策略

生物(wù)制藥智能生産必經之路……論SCADA的(de)建設
 
關鍵詞： 生物(wù)制藥 SCADA 智能制造

摘要：以治療性抗體爲代表的(de)單克隆抗體藥物(wù)近年來(lái)在我國取得(de)了(le)長(cháng)足的(de)發展。灌流培養、連續化(huà)生産、智能制造技術被越來(lái)越多(duō)的(de)應用(yòng)在以單抗爲代表的(de)生物(wù)制藥生産中。本文闡述了(le)如何根據企業自身情況和(hé)未來(lái)規劃，結合生物(wù)制藥的(de)特點，如何建設高(gāo)效可(kě)用(yòng)的(de)SCADA，并闡述了(le)SCADA與智能制造的(de)聯系。
 
當前的(de)制藥行業有著(zhe)衆多(duō)的(de)方向和(hé)領域，其中，生物(wù)制藥，尤其是以“藥王”修美(měi)樂(yuè)HUMIRA爲代表的(de)單抗類藥物(wù)，無疑是最火熱(rè)一個(gè)版塊。抗體類藥物(wù)，以其“特異性強”、“性質均一”和(hé)“靶向性強”等諸多(duō)的(de)特點，被廣泛的(de)應用(yòng)在惡性腫瘤、免疫性疾病、移植排斥反應、感染性疾病和(hé)心血管疾病等的(de)治療上。對(duì)于藥品生産企業來(lái)說，以抗體爲代表的(de)生物(wù)制藥，産品附加值高(gāo)，未來(lái)市場(chǎng)廣闊，所以被很多(duō)企業列爲未來(lái)重點發展的(de)方向。
但所謂挑戰與機遇并存。如何保證安全，高(gāo)效、合規、低成本的(de)去生産生物(wù)制藥産品，一直是我們生物(wù)制藥企業需要去考慮的(de)事情。尤其是在當下(xià)生物(wù)制藥産品品種相對(duì)集中、競争非常激烈的(de)情況下(xià)，可(kě)能一次小小的(de)失誤，就會讓企業發展形勢瞬息逆轉。下(xià)面我們就來(lái)介紹下(xià)SCADA系統在生物(wù)制藥中的(de)應用(yòng)，它是如何幫助我們的(de)藥品生産企業保障産品安全，提高(gāo)産品質量，保證合規的(de)。

SCADA的(de)概念

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的(de)縮寫，即數據采集與監視控制系統，是以計算(suàn)機爲基礎的(de)生産過程控制與調度自動化(huà)系統。

該系統通(tōng)過對(duì)生産車間的(de)生産設備、環境監測和(hé)公用(yòng)工程等生産過程數據進行采集，實現集中監控。同時(shí)，把實時(shí)數據存儲到實時(shí)數據庫，以便進行曆史數據分(fēn)析與追溯，消除目前存在的(de)信息孤島現象，使企業決策層、管理(lǐ)人(rén)員(yuán)及操作人(rén)員(yuán)能夠及時(shí)方便地獲取相關信息，爲加強生産、工藝質量和(hé)設備管理(lǐ)提供技術支持。

在現在比較受關注的(de)智能制造的(de)金字塔體系中，SCADA也(yě)是處于一個(gè)承上啓下(xià)的(de)位置。将底層控制器與上層的(de)信息化(huà)管理(lǐ)軟件（MES/LIMS/WMS/ERP）聯系起來(lái)，爲信息化(huà)管理(lǐ)軟件提供數據來(lái)源，同時(shí)，也(yě)可(kě)以将信息化(huà)管理(lǐ)軟件的(de)一些指令下(xià)達給底層的(de)控制系統，以實現智能制造的(de)目标。隻有有了(le)一座寬闊通(tōng)暢的(de)“橋梁”，MES才能真正的(de)發揮作用(yòng)，給我們企業帶來(lái)效益的(de)提升，而不是爲了(le)“智能制造”去智能制造。

爲什(shén)麽生物(wù)制藥要上SCADA

生物(wù)制藥有著(zhe)不同于傳統化(huà)學藥和(hé)中藥的(de)生産工藝和(hé)制造特點。主要體現在以下(xià)幾個(gè)方面：
Ø 生産周期長(cháng)，存在多(duō)批次共線的(de)情況
Ø 生産工藝複雜(zá)，單體設備多(duō)
Ø 手動操作多(duō)，偏差成本高(gāo)
Ø 大(dà)量的(de)過程檢驗和(hé)離線分(fēn)析

（經典的(de)抗體生産工藝）

正是由于生物(wù)制藥有别于傳統制藥方式的(de)諸多(duō)特點，尤其是其高(gāo)附加值的(de)特點，出現偏差的(de)代價比較大(dà)，再加上各個(gè)工序之間聯系緊密，可(kě)以說是牽一發而動全身，所以需要我們能夠實時(shí)掌握生産狀況。而且監控的(de)不光(guāng)是工藝設備的(de)運行情況，甚至還(hái)包括了(le)公用(yòng)工程設備、離線檢測儀器儀表，乃至人(rén)員(yuán)的(de)操作情況等。

SCADA的(de)出現，可(kě)以讓我們實時(shí)掌握系統内所有的(de)工藝設備、公用(yòng)工程、儀器儀表和(hé)人(rén)員(yuán)操作的(de)情況， 掌握了(le)真實的(de)第一手的(de)數據，才方便我們的(de)管理(lǐ)人(rén)員(yuán)做(zuò)出正确的(de)判斷和(hé)指令；此外，對(duì)于操作人(rén)員(yuán)來(lái)說，也(yě)可(kě)以大(dà)大(dà)降低我們人(rén)員(yuán)的(de)操作強度，讓我們的(de)操作人(rén)員(yuán)從繁重的(de)抄錄數據的(de)工作中解脫出來(lái)，把有限的(de)精力放在重要的(de)過程操作和(hé)監控上。

SCADA系統自帶的(de)關系型數據庫，可(kě)以方便我們查詢曆史批次的(de)工藝數據、事件信息等，滿足法規的(de)同時(shí)，也(yě)可(kě)以對(duì)接未來(lái)的(de)BI軟件，對(duì)曆史數據進行大(dà)數據分(fēn)析，從而提高(gāo)我們企業的(de)效益。
 
生物(wù)制藥如何建設SCADA
QbD（質量源于設計）的(de)理(lǐ)念告訴我們，一個(gè)好的(de)設計方案是成功的(de)基礎。而好的(de)設計方案一定是考慮了(le)我們企業的(de)實際情況和(hé)生物(wù)制藥生産工藝特點，結合先進的(de)自動化(huà)和(hé)IT技術設計而來(lái)的(de)。這(zhè)裏我們以抗體生産的(de)SCADA建設爲例，簡述下(xià)SCADA系統是如何建立起來(lái)的(de)。
 

 
上圖是一個(gè)景點的(de)抗體藥物(wù)的(de)SCADA的(de)網絡拓撲圖。對(duì)于抗體生産來(lái)說，工序主要分(fēn)爲上遊培養（種子培養、培養基配制、細胞培養、收獲）和(hé)下(xià)遊純化(huà)（深層過濾、離心分(fēn)離、三步層析、超濾等），涉及的(de)設備包括生物(wù)反應器、層析設備、超濾設備、離心機、恒溫培養箱等等。這(zhè)些設備都有自己的(de)控制系統，品牌可(kě)能不一緻，所支持的(de)通(tōng)訊接口方式也(yě)不一緻。所以我們首先要做(zuò)的(de)就是調研和(hé)統一要納入SCADA系統的(de)設備和(hé)系統的(de)通(tōng)訊接口方式，或者數據庫的(de)類型。其次就是我們需要統計所有納入系統設備工藝過程步驟，并形成相應的(de)數據表格，這(zhè)個(gè)表格是我們後面設計的(de)基礎。

 
有了(le)基礎的(de)信息後，下(xià)面首先要做(zuò)的(de)就是選擇一個(gè)合适的(de)SCADA平台。這(zhè)個(gè)平台應該能夠兼容各個(gè)品牌的(de)控制器和(hé)成熟的(de)工業通(tōng)訊接口及協議(yì)。且數據采集接口應該盡可(kě)能的(de)減少額外硬件的(de)加入，因爲多(duō)一個(gè)轉接設備就多(duō)一種風險，也(yě)就是說盡可(kě)能的(de)通(tōng)過“軟驅動”的(de)方式實現數據的(de)采集。但是從GAMP5的(de)角度，這(zhè)種“軟驅動”應該盡量的(de)減少代碼編程，因爲一旦涉及到了(le)代碼編程，就需要做(zuò)源代碼審核，驗證和(hé)合規性都帶來(lái)不小的(de)挑戰。
其次，抗體生産過程不是固化(huà)的(de)，而是具有一定靈活性的(de)，路徑和(hé)設備的(de)使用(yòng)都不是完全固定的(de)，所以我們的(de)平台應該具備關聯批次的(de)功能，且這(zhè)種關聯不能使固化(huà)的(de)，可(kě)以由我們經過授權的(de)工藝人(rén)員(yuán)靈活調整。當我們批次的(de)路徑發生調整的(de)時(shí)候，SCADA根據設備狀态和(hé)時(shí)間坐(zuò)标将相應設備的(de)數據歸納到相應的(de)批次記錄中去。
當我們選擇了(le)一個(gè)能夠滿足生物(wù)制藥生産工藝特點的(de)SCADA平台後，我們下(xià)一步要做(zuò)的(de)就是根據我們企業的(de)實際需求，确定功能範圍。沒有最好的(de)技術，隻有最合适的(de)方案，我們是需要一個(gè)基礎版的(de)SCADA還(hái)是超級SCADA？正确答(dá)案對(duì)應的(de)是我們的(de)需求。對(duì)于抗體生産來(lái)說，數據采集和(hé)展示是必須的(de)，數據庫和(hé)審計追蹤是必須的(de)，電子報表輸出是必須的(de)，而用(yòng)于規範生産防止誤操作的(de)電子工作指引是可(kě)選擇的(de)，電子批記錄也(yě)是可(kě)選擇的(de)。對(duì)于不鏽鋼生産線來(lái)說，本身自動化(huà)程度相對(duì)較高(gāo)，所以電子工作指引就不是必須的(de)，但是對(duì)于一次性生産工藝來(lái)說，電子工作指引就是必須的(de)。
 
當我們确定了(le)功能範圍後，就是選擇合适硬件去支持我們的(de)方案了(le)。在中控室設置幾個(gè)操作員(yuán)站、幾個(gè)工程師站？是否配備視頻(pín)發布和(hé)WEB發布？在現場(chǎng)配備HMI是采用(yòng)固定式的(de)還(hái)是可(kě)移動式的(de)？是否需要設備拍(pāi)照(zhào)設備？是否需要配備冗餘服務器和(hé)冗餘的(de)光(guāng)纖交換機？
 
确定了(le)方案，下(xià)面除了(le)通(tōng)過組态實現SCADA功能外，還(hái)需要通(tōng)過C&Q來(lái)确保系統的(de)合規性。這(zhè)種合格主要體現在三個(gè)層面：
Ø 平台軟件的(de)合規性：平台是否符合21CFR PART11
Ø 工程實施的(de)合規性：能夠提供基于GAMP5的(de)全套驗證文件
Ø 使用(yòng)過程的(de)合規性：電子數據和(hé)審計追蹤，生産過程和(hé)結果都應滿足企業内控标準和(hé)相應法規的(de)規定
 
小結
綜上所述，根據生物(wù)制藥的(de)工藝特點，選擇一個(gè)能夠兼容各種主流控制系統、具有一定靈活性的(de)SCADA平台，并且根據企業産品特點和(hé)實際需求，選擇必要的(de)功能模塊，建設成功SCADA系統爲我們企業，保證産品質量、降低風險，爲患者提供安全可(kě)靠療效确切的(de)優質産品提供了(le)保障，也(yě)是企業未來(lái)實現智能制造的(de)基礎。