探索中国CIO人才现状 | 第三季调研报告
中药企业的智能制造探索及“康缘经验”
2020-06-01  来源:CIO发展中心

本文根据康缘药业信息中心高级经理孔德刚在CIAPH智能制造专题会议演讲整理

与其他行业相比,智能制造在医药行业“开花结果”的案例相对较少。主要原因在于:医药行业有自动化控制的系统,但局限性强,基本不具备全过程自动化控制的水平;整体生产过程的中间环节、物流转运和投放是断离的,存在许多信息化孤岛;受现有设备的限制,并未实现真正完整意义上的制造执行系统(MES) 和自动化的批控制;物联网、大数据和云计算技术等新一代信息化技术的应用场景有待探索。

智能制造在中药领域的成功案例更是凤毛麟角了,日前,CIAPH联盟举办了“药”智能 • 医药行业智能制造专题线上研讨会,会议上中药领先企业——康缘药业的智能制造分享是一大亮点,康缘药业信息中心高级经理孔德刚详细介绍了“康缘经验”。 

一、康缘——中药研发制造集团

康缘药业是集现代中药研发、制造、销售为一体的大型健康产业集团,前身为1975年成立的连云港中药厂,2000年变更为江苏康缘药业股份有限公司。它也是中国制药工业百强企业(第29位),并建有“中药制药过程新技术国家重点实验室”等多个国家级科研平台。在2018年,实验室获评“优秀类企业国家重点实验室”(医药领域第一),研发实力连续三年位列“中药研发实力排行榜”首位。康缘聚焦于6大核心领域,目前销售过亿产品有9个,以上成绩得益于康缘的研发创新投入占比年销售收入10%以上。

康缘研发总部位于连云港,在南京、上海有研发分部,在连云港、南京、徐州、江西南丰等地建有中药、生物药、植物提取物生产工厂。它还拥有通过中国CFDA认证的9个剂型20余条药品生产线,同时通过了澳大利亚TGA认证、日本厚生省制药原料认证、加拿大生产经营场所认证、欧盟相关产品认证等各类国际认证。

本次介绍主要围绕着康缘于15年投产的数字化提取精制车间和目前在建的智能固体制剂车间展开。 

二、康缘智造建设思路

1、智造及其战略意义

智能制造是国家重大战略需求,中药属于十大重点领域之一的生物制药及高性能医疗器械项目中。众所周知,中药是多分成的复杂体系,其质量控制中的均一性和可控性,一直是中药安全生产的重点。要有效解决质量均一可控的问题,就需要基于明确药效的物质基础、建立过程质量控制策略,以及采取数字化控制技术,才能实现中药的智造。

孔德刚1

康缘探索多年,始终把握着实现中药智能化、数字化制造的战略意义,在于:有效解决中药生产过程多成分、多参数、复杂体系控制技术的难题,实现中药生产标准化与智能化,确保质量稳定均一、药品安全有效;通过与新一代信息技术和互联网技术的结合,集成信息物理测控系统,研制具有自主知识产权的创新制药技术群;引领传统中药产业技术升级换代,推进中药生产技术的二次革命,开创中药智能化先进制造时代,率先实现中药先进制造2025。 2、智造的背景

综合来讲,系统科学的基础研究是实现中医药智能制造的一个关键,药效物质基础研究及质量控制体系构建,对于所有的药品、药理基础研究的清晰,是做好智造的基础。举个质量一致性要求的例子:在国家中药注射剂的基本技术要求中,规定了结构明确成分、可测成分、指纹图谱不少于60%、80%、90%。当前,康缘研发的热毒宁注射液,三个指标可达到75%、88%、95%以上,得益于康缘对于制造过程的严格把控。

此外,进行智能制造技术升级改造,实现中药制药现代化、标准化和国际化,也是企业发展的需求。目前,康缘药业将中药智能制造技术贯穿于精制提取生产链的各个环节,工厂基于国际制药技术标准设计,创建了中成药生产过程点点一致、段段一致、批批一致的质量一致性控制技术体系,多项技术首次在国内工业化应用,部分技术居于国际领先水平。 3、技术路线

在实现路径上,技术路线从下往上分别是:

功效成分发现及全过程质控技术:最基础的,是智造的基石,确定功效成分、明确质控指标、建立全过程质量控制体系(控什么、控多少);

工艺与装备:PLC/PAT等,主要实现成分提取、工艺控制、质量控制(怎么控);

生产制造:如ERP/MES/WMS等,主要管理原辅料、生产、制造执行和过程,并收集大量的数据(怎么控);

数据挖掘与知识发现:PKS为主,实现对各系统产生数据的挖掘,进而控制决策、反馈优化、自适应调控(怎么控);

智能制药:最终达到控制策略、智能制造。

综上所述,在功效研究的基础上,通过已经建立的智能生产线,实现生产过程中的控制,通过自动化的过程分析和技术手段的融合,形成智能生产线的大框架。

孔德刚2.png

三、智能化精制提取车间介绍

智能化精制提取车间,项目始建于2012年11月,总投资4.8亿元,占地1.7万平米,建筑面积4.8万平米,于2015年3月竣工,通过GMP认证并投入使用,获得工信部首批(2015年)智能制造试点示范项目、江苏省经信委“中药生产数字化控制技术产业化车间”、我国首个中药智能提取精制工厂等荣誉。

该项目的数字化应用主要有以下:

生产自动化控制(DCS):在新建提取车间时,配备了提取罐、浓缩罐等底层自动化控制设备,并配备了智能传感仪表,通过工业互联网收集各设备的数据,建立生产过程自动化控制体系,提高参数控制精度与稳定性,确保工艺稳定。DCS帮助实现全流程管道化、连续化、自动化生产,符合GMP要求。通过传感器和自控阀门对关键工艺参数实时采集与控制,控制精度与稳定性提高。举例:在配料工段,依据参数自动控制,可实现温度波动<±0.1℃。

孔德刚3.png

过程控制系统(PAT):采用近红外光谱等快速分析技术,建立从原药材、中间体到成品全生产在线、离线检测控制方法及标准,保证生产过程质量稳定。

孔德刚4.png

生产制造执行系统(MES):是智能化工厂全厂信息化门户:统一入口、统一认证、单点登录、权限控制、实时监控、信息分布。基于DCS、PAT,集成ERP,做任务下达、任务分解,批记录审核功能等,实现药品“需、产、存、销、用”管控一体化、信息化。

孔德刚5.png

资源计划系统(ERP):最核心的数字系统,帮助实现平台应用、基础应用、业务管理、财务核算、决策支持等。

孔德刚6.png

过程知识系统(PKS):通过采集、辨识、分类MES、ERP产生的数据,做数据统计分析、数据关联性分析,做关联性分析和规律挖掘(工艺与质量),形成决策规则,反馈调控生产,指导控制层进行参数优化,提升质量一致性,构建中药智能制造技术体系,形成反馈闭环优化控制。

孔德刚7

四、智能化固体制剂工厂

计划于2020年10月建成投产,占地面积 1.8万m²,建筑面积 4.7万m²,规划的建设内容为数字化硬胶囊车间、数字化片剂车间、数字化颗粒剂车间、数字化软胶囊剂车间、数字化化药车间等5个车间和智能化立体仓库。

该工厂依据QbD理念,在生产流程中采用全过程质量控制技术、自动化控制技术、智能物流,中央控制平台以SCADA数据采集系统为基础,搭建MES系统,辅以BMS、EMS等管理系统,结合WMS、WCS物料调度软件及其它功能软件,实现完整的闭环软件控制体系。

工艺流程优化的原则,主要是以下几方面:自动化,设备设施物料传送物流;全程化,在线质量控制;信息化,MES、ERP等为核心的系统应用;智能化,通过PKS的数据采集、辨识、分类,形成决策规则,反馈调控生产;高标准,符合GMP、FDA、精益生产的相关要求。

孔德刚8.png

五、5G在智能制造中的应用前景

有线网络限制了柔性生产,WiFi网络存在技术局限性,主要体现在:

生产制造:需高效低成本地收集生产数据,有线接入建设周期长、施工难度大。WIFI接入成本高、设备连接数受限,查障困难。

物流仓储:承担搬运任务的AGV小车对网络漫游要求较高,WiFi漫游性能不佳,存在切换失败问题,影响系统运转效率。

销售服务:后台技术专家对客户现场装调、维修人员远程指导时,受制于广域网通信质量,视频传输时延明显,影响客户体验。

研发设计:数字化设计、仿真、协同开发等,对网络带宽、时延要求较高,WiFi网络不稳定,应用载入缓慢,操作时卡顿现象明显。

在《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》中,明确了在5G研究中开展面向工业互联网应用的网络技术试验,协同推进5G在工业企业的应用部署。5G突出的三大性能指标:10Gbps的高速度、1ms低时延、1Million/km2的广连接,使得5G在智能制造中有良好的应用空间。

5G是公共承载网络,通过与MEC设备的连接实现内部组网。MEC即移动边缘计算,是5G演进的关键技术之一,指将计算能力下沉到网络边缘侧,提供面向企业内部的无线网络信息服务。MEC可将需要访问企业内网的数据直接旁路到内网,无需经过核心网,有效降低了网络时延,保障了数据安全性。

以下列举康缘的几个探索场景用于行业交流:

5G+云化AGV:物料/货物自动化搬运:AGV调度是业界难题,WIFI信号容易被干扰,且带宽不足以支撑视觉导航,激光导航在高密度运行时存在相互干扰,且WIFI漫游性能不佳,存在切换失败问题,降低了设备运转效率,5G可有效解决此难题。

5G+4K无线监控,安防、AI:无线监控的实现,存在无法部署有线监控、部署有线成本高、新增点位避免施工、临时布线浪费等难题。使用5G网络具有缩短建设周期、节省维护成本、辅助生产分析等特点。

5G+MEC:未来,传感器、智能表计、控制器、定位标签等,都会实现5G传输,实现设备和接入管理、规则引擎服务、数据管理服务。高密度物联网接入,实现物联网应用本地化部署,低时延场景,数据分析应用云端部署,非实时业务。

孔德刚9.png

六、总结体会

1、智能制造价值体现

产品质量均一稳定:解决中药生产过程多成分、多参数、复杂体系控制技术的难题,实现中药的标准化精准生产,进一步提升产品质量均一、稳定性。

新的质量标准体系:构建了符合药物基本属性的现代中药质量标准体系,保障中药产品质量及其安全有效性,为中药产业整体质量控制水平的提高提供了研究思路。

新的产学研合作机制:创新产学研合作机制,加快先进技术成果集成创新,推动科研成果的产业化应用,为制药企业技术创新提供新的模式。

技术创新应用示范:创建了中药注射液智能制造技术集群,实现了生产过程知识管理,为实现中药制造业的跨越式发展提供范例。

2、研究体会

系统、全面解析中药品种的物质基础,尤其是药效物质基础,是实现中药数字化、智能化制造的关键前提

建立智能自适应、柔性可扩充、服务弹性化的中药生产过程知识管理系统(PKS),对中药制造过程海量的工艺、质量和精确自动化控制等生产数据进行处理、利用,前馈、反馈控制全生产过程,是实现数字化、智能化制造的可靠途径

运用大数据、工业互联网及云计算技术,解决制药信息处理、信息解释、信息利用、知识发现与管理等关键技术问题,实现优质、保量、低耗、高效能智慧制药,是中药智慧制药的必然趋势。