腳踏實地探索制藥行業“智能化”方向

上海醫藥工業研究院 湯繼亮

腳踏實地探索制藥行業“智能化”方向

上海醫藥工業研究院 湯繼亮

湯繼亮（1946-）

上海醫藥工業研究院研究員，從事醫藥自動化和信息化工程設計與研究。原國家醫藥管理局電子技術改造醫藥傳統產業專家組專家、北京大學國際藥物工程管理碩士項目客座教授、華東理工大學GMP研究生班客座教授、上海市政府采購評審專家、注冊全國自動化系統工程師（ASE）、注冊國家設備監理師、注冊上海市工程設備監理工程師、中國醫藥設備工程協會專家委員會專家、中國儀器儀表學會醫藥測控技術專家組專家。上海制藥行業協會信息化專業委員會特聘專家、上海市化工學會化工自動化專業委員會、計算機化工應用專業委員會委員、《化工與醫藥工程》、《儀器儀表用戶》編委會委員。

自從德國提出“工業4.0”概念，我國政府也在2015年5月8日發布的《中國制造2025》戰略規劃中首次強調把“智能制造”作為我國制造業發展的主攻方向，所謂“智能”、“智能化”以及“智能制造”、“智能工廠”的概念幾乎風靡我國各個行業，但是其實我們中的大部分人并沒有真正明白這些概念的真正含義。

隨著全球性金融危機的爆發，目前無論是工業基礎比較發達的西方國家還是發展中的新興經濟體，紛紛都在制定以重振制造業為核心的再工業化戰略，發達國家高端制造回流、重塑制造業優勢，搶占制造業新一輪競爭制高點；發展中國家卻以低成本優勢，爭奪中低端制造轉移。中國的制造業在自身存在許多不利的條件下，面臨‘雙向擠壓’的嚴峻挑戰，因而發展智能制造，提升制造業競爭力刻不容緩。

正因如此，盡管我國制藥行業作為典型的傳統產業，與其它行業相比，現在無論在自動化、信息化基礎水平還是認識觀念水平上都存在一定的差距，提出“智能化”的要求確是有些比較超前，但是我國制藥行業作為制造業的一部分，依然必須面對形勢發展與國家發展戰略的要求。

本文“立足當前，著眼長遠”，結合行業的特點與實際情況，腳踏實地探索制藥行業的“智能化”方向，認真思索相關問題。

1 醫藥行業“智能制造”涉及的范疇

目前我國“醫藥行業”本身涉及的范圍較廣，主要包括制藥、制藥裝備、醫藥研發、醫藥物流、醫療器械、醫藥流通與醫藥商務等。但從制造行業角度來說，主要包括：制藥業、制藥裝備制造業、醫療器械制造業以及與制造流程和裝備有關的其它方面（如醫藥物流）。

從《中國制造2025》對“智能制造”內容要求出發，醫藥行業“智能制造”應該包括裝備的智能化與制造過程的智能化。也就是說會主要涉及到：制藥（制藥生產過程智能化）、制藥裝備（制藥裝備本身及其制造過程的智能化）和醫療器械（醫療器械本身及其制造過程的智能化）。值得一提的是，《中國制造2025》規劃已經把“生物醫藥及高性能醫療器械”列為十大重點突破領域。

從現在對“智能制造”的內容定義與制造業務流程定義來看：制藥行業的所謂“智能制造”范圍也會與其它行業一樣，會涉及到產品的設計、制造、管理到服務的整個生命周期；會涉及與產品整個生命周期有關的整個供應鏈和產業鏈的管理過程與內容。

從“智能制造”的技術內容來看，制藥行業的“智能制造”會涉及通用的和行業特殊性的有關“智能技術”、“智能裝置”和“智能系統”問題。如：“智能制造”通用的機器人、3D打印、ERP/MES/PCS在內的IACS綜合控制系統、物聯網、工業大數據與云計算等技術的應用等；如制藥行業的藥物有效成分與質量的在線PAT過程分析技術、藥品原輔料、中間品和成品的RFID射頻識別與追蹤技術、基于物聯網的藥品全生命周期質量監控系統等等。

對于有關醫藥行業“智能制造”的未來發展，國家工信部正在根據國家《中國制造2025》等有關政策的精神，積極組織制訂《醫藥工業十三五規劃》，本人也已應邀為其中有關“智能制造”部分的內容提供有關參考意見，目前規劃內容還在完善之中。

2 制藥生產智能工廠探索需腳踏實地

雖然“智能”或“智能化”并不是全新的概念，但是希望真正落實成型也是近兩年的事。即便是德國的“工業4.0”也是在2013漢諾威工業博覽會上才正式推出，也剛剛正式起步不久；目前比較常見的智能制造或智能工廠的形態大部分還是出現在離散加工與裝配行業與過程。隨著智能制造的推進與發展，在不同的行業與不同的制造過程中將會有不完全相同的形態。雖然目前制藥行業有些企業已經開始在做智能化工廠的規劃和探索工作，但是到目前為止，至少我個人還沒有看到真正稱得上所謂“智能工廠”的制藥企業，因為我個人認為，將來的所謂“智能化”工廠必須具有以下兩個特點：

（1）必須符合所謂“智能”或“智能化”的四個特征：即它的裝備與制造過程必須具備充分的自動化感知能力、記憶與分析能力、自學習與自決策能力以及自適應與自執行能力，否則談不上真正的所謂“智能化”。

（2）要實現制藥行業具備上述能力的所謂的“智能工廠”，其首先必須從下：提升制藥生產底層制藥裝備和制藥過程的自動化、數字化與網絡化的水平，建立所謂的信息物理系統CPS的智能化基礎。其次是必須從上：充分采用新一代的信息化技術（主要包括工業互聯網技術、物聯網技術、工業大數據技術、云計算技術等），建立以這些技術為基礎的數據中心和支撐服務平臺。

只有在上、下兩個層面上真正具備上述的智能化基礎，才有可能建立“智能制造”所需要的信息深度感知、智能優化與自決策、精準控制和自執行等先進的制造系統與過程，實現產品貫穿設計、制造、流通、服務等全生命周期的智能化制造與管理，達到“智能工廠”所具有的柔性化、個性化和精益制造的智能化能力。

雖然目前已經可以看到不少有關從概念上描繪的所謂“智能工廠”框圖，但我個人認為在沒有真正落實以上兩個基礎形態之前，一切也都僅是概念而已，何況制藥行業在新的“智能制造”與“制造工廠”模式下，與其它行業相比，還有許多特殊問題有待解決和落實。

當然，根據目前我國制藥企業自動化與信息化的水平與現狀，實現制藥行業真正意義的“智能制造”和“智能工廠”必然會有一個探索、循序漸進和不斷完善的過程，不同制藥裝備、不同藥品生產工廠也必然會有不完全相同的“智能化”內容與形態，一切都有待踏踏實實地探索與完善，過早地打上實現“智能制造”和“智能工廠”的標簽未必科學務實。

3 制藥行業智能工廠需求特點

制藥行業作為一個特殊的傳統產業、它將來的智能化工廠的內容和形態肯定會有很多獨特的地方，但是與其他行業相比，其最大特殊點就是制藥行業是一個特別講究質量、規范和驗證的行業。為了確保藥品從研發、臨床、配送、經營直到使用等整個生命周期各個方面的質量，國內外的藥監機構或有關醫藥組織從合規性要求出發，制訂了包括GLP、GAP（對中藥材）、GCP 、GMP、GDP、GSP和GUP等在內的一整套嚴格的質量管理規范（通稱為GxP），這些規范的本質與目的是對藥品的整個生命周期各個方面的質量因素進行嚴格的、可追溯的嚴密監控。這其中也包括了所有與藥品質量密切相關的自動化、信息化設備、系統與工程都必須符合制藥行業有關計算機化系統的驗證CSV的要求。

毫無疑義，制藥行業未來的智能工廠從生產設備形式、生產控制、管理和運行模式以及企業管理的模式與系統結構都會發生極大的變化。但是無論有多大變化，新的智能化工廠所有生產和管理過程，無論是硬件、還是軟件以及所有與藥品質量密切相關的環節都必須滿足相關的GxP要求。同時，在新的智能制造與智能工廠的模式下，建立在原來傳統生產模式基礎上的有關的GxP規范可能也會做必要的合理調整的需求，因為合規性也必須為推動技術進步服務。

4 我國制藥生產過程智能化發展現狀

制藥工業在我國是一個傳統的產業。由于行業的特殊性，相對于其他行業來說，長期以來總體上存在著“一小”（企業規模?。?、“二多”（企業數量多、產品數量多）和“三低”（產品技術水平低、新藥研發力量低、管理水平低）的現象，這就使制藥行業在生產、經營和管理等方面的自動化與信息化水平都處在相對比較落后的狀態。

（1）在自動化方面

制藥行業中的原料藥生產，雖然可以看到一些自動化控制系統的應用，但這些應用大部分還局限在原料藥生產的某些局部單元和輔助系統上（如抗生素發酵；中藥提取、濃縮和分離；化學制藥的反應、提取和分離；在線消毒和清洗；鍋爐等），連自動化批控制的目標都基本沒有達到。

制藥行業中的制劑生產，大部分是采用高度機電一體化的單機組或多機組流水線的生產形式。雖然這些機組設備中，相當一部分也應用了不少先進的自動化技術和手段（包括各種光、機、電、磁、氣等傳感技術，測試技術、傳動技術、運動技術、分析技術，PLC、PAC、單片機、嵌入式技術、總線技術等）。但它們的自動化問題大多數還是由國內外設備供應商來完成的。它們自動化設計往往僅僅考慮設備內部的自動化需求，對外大部分是封閉的，往往既無法提供必要的重要質量參數和工藝條件參數的數據輸出，更無法提供外部系統對設備進行統一協調和優化控制的指令輸入條件；有些設備甚至還不具備完整的網絡和數據通訊功能。生產過程中的原輔料、中間品、半成品到最后成品的物流轉運和投放大多還是人工的，整個制劑生產過程都是斷離的。整個生產過程存在許多信息化孤島。

雖然目前也有一些企業在設備供應商的配合下，開始對一些局部設備單元的通訊和數據采集以及局部批過程的控制進行探索，但因為是局部的，并沒有和整個企業的信息化管理密切結合。也有一些企業采用進口的軟件平臺，在探索建立制藥生產的MES系統，但受到現有制藥設備封閉性的限制，實際上也只實現了少量的數據采集、條碼或RFID對物料的管控與追蹤、電子記錄和車間級的生產管理，并未能真正實現制劑生產過程的自動化批控制和真正意義上的“制造執行系統”（MES）。

（2）在信息化方面

雖然目前我國大多數制藥企業在信息化基礎建設和應用方面都有一定的進步，而且大多數骨干制藥企業也都建立了自己的企業資源管理（ERP）系統、財務及成本管理（FCM）、供應鏈管理（SCM）系統、客戶關系管理（CRM）和辦公室自動化（OA）系統，但是實際上全行業的信息化建設和應用水平參差不齊，信息化建設和應用方面存在著如下明顯的薄弱環節：

① 雖然很多制藥企業在企業管理方面有了一定范圍的應用，但這些應用大部分還局限在傳統的企業上層的財務管理、供銷存管理、生產計劃管理、客戶和商務管理以及辦公自動化等的水平和模式；

② 信息化并沒有真正深度融合到產品（藥品和設備）優化設計、產品（藥品和設備）生產加工過程的控制和管理、產品質量的控制和管理、設備和能源的優化管理以及工業環境改進等工業過程之中；

③ 企業的信息化和自動化大部分是互相分離的；因而遠沒有實現真正的“信息化與工業化的深度融合”，沒有實現國家“兩化融合”所要求的“生產過程的實時監測、故障診斷、質量控制和調度優化，深化生產制造與運營管理、采購銷售等核心業務系統的綜合集成”。

④ 至于包括物聯網、大數據和云計算技術等新一代信息化技術的應用也幾乎普遍沒有開始探索。

總而言之，制藥行業“信息化與工業化的深度融合”和生產過程“智能化”的道路依然漫長和艱巨。

“實現制藥行業“智能工廠”，首先必須打好兩個基礎：從下提升制藥生產底層制藥裝備和制藥過程的自動化、數字化與網絡化的水平，建立所謂的信息物理系統CPS的智能化基礎。從上充分采用工業物聯網技術、物聯網技術、工業大數據技術、云計算技術等新一代的信息化技術，建立以這些技術為基礎的數據中心和支撐服務平臺。”

5 制藥行業智能工廠建設面臨的挑戰

我個人認為，由于制藥行業的特殊性，要真正推動制藥行業智能工廠建設，關鍵的是必須首先解決以下挑戰性問題：

（1）必須務實地在行業中做好國家“兩化融合”與《中國制造2025》的政策宣傳工作，必須既服從國家戰略性政策與方向的要求，又從制藥行業自身的特點和需求出發，使行業從企業的決策層到普通員工都能真正認識清楚國家“兩化融合”與《中國制造2025》政策的重要性與意義，真正了解清楚什么是“智能化”、 制藥行業為什么要走“智能化”道路以及如何合理地、科學和務實地走好“智能化”道路。一定要從企業的特點、需求和條件出發，遵照《中國制造2025》規劃中指出的“立足當前，著眼長遠”和“整體推進，重點突破”的基本原則。

切忌許多商業化、表面化、形式化的概念操作，因為這反倒會嚴重影響行業對實現智能化的自信心與積極性，同時也容易在“智能化”道路上帶來不必要的彎路與損失。

（2）必須提升制藥生產底層制藥裝備和制藥過程的自動化、數字化與網絡化的水平，尤其是提高和完善藥品生產過程的自動化水平，改進制藥裝備的合規性與開放性、增強制藥裝備信息上傳下控和網通互聯功能，形成真正的智能化制藥裝備，為實現藥品生產全過程的自動化與柔性化的批控制、建立真正的生產執行系統MES和實現智能制造和智能工廠創造好底層的基礎。

（3）從建設智能工廠要求角度，全面梳理、建立和完善企業從供應、計劃、生產、設備、質量、營銷、服務、財務到人員等全范圍的業務流程和信息化管理系統；逐步實現企業各業務系統之間以及與生產控制系統（PCS）、生產執行系統（MES）的信息化綜合集成。

（4）充分采用包括工業互聯網、物聯網、大數據和云計算等新一代的信息化技術，建立以這些技術為基礎的數據中心和支撐服務平臺，廣泛獲取和挖掘數據與信息資源，為智能制造各環節的自動優化和決策提供數據與信息支撐，實現制藥企業真正全范圍的信息化管理、藥品全生命周期的質量監控與追溯以及跨企業、跨行業、跨平臺的信息化共享，促進各價值鏈之間的協同發展與服務。

（5）按照國內外有關藥品質量法規的要求，探索制訂在“智能工廠”模式下，各類與藥品質量有關的計算機化系統驗證標準，實現對智能藥廠各類自動化、信息化和智能化系統、設備和工程的合理和完整的計算機化系統驗證。因為如果這個問題在制藥行業不能得到合理的解決和落實，所有的智能化裝備與技術措施都會不被認可。因此這對于制藥行業不但是一項重要的課題，也是一個重要的挑戰。

6 制藥生產過程智能化對于自動化技術的需求

要實現制藥生產過程智能化，首先必須提高各個環節的自動化水平。根據制藥行業的特點，除了一般性通用的自動化技術需求之外，可能會突出對以下幾項自動化技術與應用的需求：

（1）各類數據與信息的自動化感知手段，如無線傳感技術，關鍵質量與有效成分的PAT過程分析技術，有關的視頻、視覺技術，微量異物檢測技術，RFID標簽技術等。

（2）自動識別、控制和優化技術，如自動化批控制技術（Batch Control），先進控制技術（APC），模糊控制技術（Fuzzy Control），MES應用技術，各類建模、仿真和分析軟件技術等。

（3）模塊與裝置應用技術，如嵌入式技術，機器人應用技術（包括AGV運載），氣流輸送技術，特殊要求的自動裝、卸與執行裝置等。

（4）其它有關特殊要求的技術，如無線通訊技術、非接觸式檢測技術、手自動一體的衛生型執行閥門、各類防爆型人機界面等。

未來自動化技術應用的重點主要包括：自動化批控制技術（Batch Control）、MES應用技術、無線傳感技術、PAT過程分析技術、嵌入式技術和機器人應用技術等。