随着“工业4.0”，“中国制造2025”这些新战略的不断推出，越来越多的制药企业开始意识到 自动化和数字化的重要性，今年初，Cytiva联合《金融时报》共同发布的 《全球生物制药弹性指数》报告也明确指出，自动化等新技术对提高生物药物制造敏捷性的重要性。
伴随技术创新和自动化水平的日益提高，自动化和数字化应用已经在全球制造业引发了深远的变革。通过减少手动操作、优化人员、设备和原料工作流程，自动化可以帮助企业改进工艺流程、增强过程控制能力、提高数据追溯性，最终实现降本增效，提升市场竞争地位。现阶段，我们已 欣喜地看到整个制药的生态圈都在助力自动化和数据化的快速发展。
首先，随着国家政策推动和质量监管的推动，自动化正在积极改变生物制药业行业的现状，众多行业指导文件也为大家指明了方向，比如，工业和信息化部产业发展促进中心和中国医药企业管理协会共同编制了《中国制药工业智能制造白皮书（2020年版）》，致力推动制药工业数字化、网络化、智能化转型发展，保障人民用药安全；上海市经济和信息化委员会等于2020年发布的《上海市建设100+智能工厂专项行动方案（2020-2022年）》也是把推动生物医药行业智能工厂建设放到了重要位置。
其次，国内外制药行业协会和供应商也在积极推动，比如，爱尔兰国家生物工艺研究培训所NIBRT和波士顿咨询BCG所领导的生物制药4.0联盟建立了生物制药4.0创新中心，用来展示相关的技术在生物制药的生产、质量控制及培训中的具体应用；Cytiva发布的Figurate™生物工艺自动化平台帮助生物制药企业整合自动化解决方案，推动高效灵活协同工作并驱动创新。
最后，众多领先的生物制药企业也已经开始打造智能化工厂布局，比如，君实生物临港生产基地已经建立DCS历史数据库以及数据中心、全自动的物料管理系统; 百济神州广州生物药生产基地正在加快自动化与人工智能建设，引入多项智能化新技术，为智慧工厂的建设赋能。
在开始自动化和数字化之旅之前，公司应全面了解整个工作流程，了解预定目标，然后考虑如何应用自动化和数字化来提高工作流程的性能。一般而言，智能制造系统应包含设备层、 控制层、业务管理层和经营管理层四个层级（图1）。
设备层：单体的硬件设备，由传感器可以传导收集数据，以探究关键数据是否满足工艺需求，但基本还是“信息化孤岛”；
控制层：将设备进行连接，收集、整合设备层有关数据，是智能制造的信息化管理基础，主要涉及数据采集及监控系统 （SCADA）、集散控制系统 （DCS）等；
业务管理层：通过生产制造执行系统 （MES）、 仓储管理系统 （WMS）、实验室信息管理系统 （LIMS）、质量信息管理系统 （QMS）等系统的单项建设和系统间集成，实现智能制造业务管理一体化应用；
经营管理层：横跨于其他系统之上，贯穿研发、生产、质量和物流全流程，是制药企业实现全局优化的管理需求的关键，如企业资源管理系统 （ERP）等。
图1 制药企业智能制造系统架构
资料来源：《中国制药工业智能制造白皮书（2020年版）》
Cytiva自动化和数据化解决方案
助力生物制药智能化工厂建设
一
Cytiva Figurate™生物工艺自动化平台
Cytiva Figurate™平台便是基于对于生物制药行业的深度理解基础之上开发，可以满足不同需求，兼具灵活化、自动化和数字化的产品组合。
Figurate™平台主要包含的有 （图2）：
Unicorn平台: 针对ÄKTA层析设备配套的经典控制系统。
Wonderware™平台:配套Xcellerex™生物反应器单机控制，或基于FlexFactory™的SCADA （数据采集与监控系统）解决方案。
DCS（集散控制系统）平台：基于FlexFactory™的DCS解决方案，支持主流DCS平台，包括DeltaV™, PlantPAx™ 和PCS7。
图2 Cytiva Figurate™自动化平台方案
生物制药行业不同的用户对自动化有不同的需求，比如AAV等小规模生产对适合单机操作，对自动化集成度要求不高。而CDMO/CMO和大规模单抗生产的企业通常对自动化需求比较高，则更适合采用SCADA或DCS平台做统一的集中数据管理或集中控制。
Figurate™ 平台基于100多年的工艺专业知识，将其内嵌在不同的自动化软件平台，满足不同行业，不同客户对自动化的需求。同时，Figurate™支持多自动化平台并提供软件库和文档，可为客户 提供基于工艺的交钥匙方案，极大的 降低项目风险和成本。主要的优点和客户收益包含：
Cytiva Figurate™自动化平台的优点：
提供 预构建， 预验证的软件库
内嵌了 产品和 工艺的知识
包括验证文件在内的 快速交货
符合 FDA 21 CFR Part 11 和 EU GMP Annex 11 法规
Cytiva Figurate™自动化平台给客户带来的收益：
降低风险: 成熟可靠的产品设计和完整的文档
节约时间: 预先测试和验证，可快速交付
节约成本:简化项目实施的过程
综上所述，成熟，灵活，可靠的Figurate™ 工艺自动化平台可满足生物制药企业实现不同等级的自动化需求，极大的降低项目风险和费用，帮助企业提升自动化效率并加速推进最终产品推向市场，占领市场先机。
二
Cytiva数字化解决方案
1.
生物反应器放大/缩小模型工具：
Bioreactor Scaler
生物制药从细胞系构建到最终走向市场，一般要经过一系列的研发流程，包括细胞的筛选、小试、中试等，各个环节都要用到不同类型和规模的生物反应器。不同规模间的工艺转移，即通常所说的按比例放大 （scale-up）或按比例缩小 （scale-down）是一项艰巨的任务。成功进行工艺转移需要深入了解多项缩放标准及生物反应器的物理表征参数。
图3 Cytiva 生物反应器的放大
由于生物反应器内部存在复杂的气液两相或气液固三相的流动、传递及生物反应，因此生物反应器的放大涉及到生物特征，反应机制，反应动力学，流体力学，传质传热，自动控制等跨学科复杂原理，是一个十分复杂的过程。目前采用的主要方法主要有：经验放大法，因次分析法，时间常数法和数学建模法。
为减少复杂的计算/建模过程，Cytiva提供了基于网页端的反应器放大/缩小数字化工具： Bioreactor Scaler。
图4 基于网页的数字化工具Bioreactor Scaler
Cytiva bioreactor scaler基于小试-中试-放大规模的试验数据（包括反应器结构、物性、流场行为等数据），综合CFD建模与仿真、大数据共享与分析、智能算法等技术手段，会像专家一样，根据参数以及生物反应器和细胞系特性得出结论，实现从工艺开发到制造规模的无缝扩展。
2.
基于Unicorn软件的数字化工具
Super Unicorn
许多客户在实验室，中试车间和GMP生产车间会有多台基于Unicorn™ 软件控制的设备，比如WAVE™ 25, ÄKTA™ avant, ÄKTAProcess™等不同的产品。由于数量较多，缺乏统一的管理平台，客户会面临许多的痛点，比如数据孤岛，审计追踪工作量大，数据分析和方法编辑必须进入车间等，给生产，IT和QA部分带来诸多不便。
Super Unicorn 是基于 Cytiva 经典层析软件 Unicorn™开发的数据整合平台，在保持原有 Unicorn™全部功能的同时，可轻松实现远程方法编辑、数据分析，且可充分保证数据安全。
图5 Super Unicorn网络架构
远程操作
在办公室可实现远程实时监控车间内设备运行状态，遇到报警可第一时间观察图谱和报警信息，光速处理，避免批次损失。无需进入 GMP 车间，在办公室内即可完成数据分析和方法编辑，工作效率大大提高。
整合数据库，安全便捷
数据与方法可分项目统一存放，可设置不同生产区域查看和调用数据方法的权限，预防错误发生。配备服务器级 SQL 数据库，服务器级别数据可具有更大储存空间，网内所有数据均可储存，并可实现安全全网备份和一键还原功能。
权限管理，一键操作
更便捷的权限和密码管理，IT 人员无需进入 GMP 洁净车间，在办公室即可完成集中管理设备使用权限，进行分区域权限管理，轻松做到「不同区域不同权限」，用户只需要一个账户和密码，就可实现全网通用。
符合法规
符合 21 CFR Part11 数据完整性；
QA 和审计官在办公室即可进行全网络的审计追踪和数据查阅，高效便捷；
Cytiva 可提供 Super Unicorn 的 IQ，OQ 验证服务。
快速执行，高性价比
方案执行时间非常短，平均每台设备只需花费 1-2 天时间。软件操作没有任何改变，使用者没有学习成本，光速上手。
UNICORN online 和 My Instruments
UNICORN online 与 My Instruments 是Cytiva全新针对UNICORN 用户推出的两款免费的UNICORN插件。您可以使用手机、平板等设备在网络浏览器中直接进行访问，而无需安装任何应用程序。
UNICORN™ online 为您的系统提供直观的实时控制和监控，并让您轻松查看来自任何移动设备或远程计算机的结果。例如，使用 UNICORN™ online，您可以在远离实验室的会议室中调整运行参数。UNICORN™ online 支持 ÄKTA™ go、ÄKTA™ pure、ÄKTA™ avant 和 ÄKTA™ pilot 600 系统。
图6 UNICORN™ online提供直观实时监控
My Instruments 可提供整个组织系统的实时概览，一目了然。您可以查看系统的状态和任何需要您注意的警报，只需单击即可查看其他系统信息，例如登录用户和运行方法状态。My Instruments 可以显示 UNICORN™ 7.6 或以上版本软件控制的系统。您可以在网络浏览器中访问它，而无需安装任何应用程序。
图7 My Instruments网页工具实时查看系统状态
3.
Cytiva细胞治疗自动化数据化平台:
Chronicle™
在细胞治疗领域，数据的完整性和风险管控是细胞治疗面临的复杂挑战之一。Cytiva利用自身在细胞治疗行业以及数字化解决方案的专业经验，推出了 Chronicle™云管理系统。为科学完善地管理细胞治疗产品生产的全过程提供了保障。
Chronicle™云管理系统可以将细胞治疗生产设备连接到云端，实时监测设备运行状态，并且上传生产记录到云端，所有数据存储在同一平台架构中，有助于简化分析并帮助企业优化工艺开发以及产线管理。此外，Chronicle 也可以连接很多第三方设备，包括生物安全柜/细胞孵箱/液氮罐/细胞计数仪等，真正实现整个车间的数字化管理。
图8 Chronicle科学管理细胞治疗生产全过程
Chronicle™ 云管理系统是一款细胞治疗专用的数字化解决方案，旨在优化复杂的细胞治疗工艺开发和制备流程。它提供了一个统一的数字平台来监控您的生产设备运行和供应链物流信息。电子批记录可追踪每个制造环节，另外，自动化运行可以显著提高生产效率。
同时，数字化记录更加符合良好生产规范 （GMP）的要求，并提高样品安全性。电子标准操作规程 （eSOP）有利于偏差管理，促进员工遵守操作规范，并提供相应培训。Chronicle 已根据 ISPE GAMP 5、21 CFR Part 11 和 EU Annex11 进行了独立审核。
4.
基于机理建模的研发数字化解决方案：
GoSilico
在实现自动化的同时，如何在工艺开发开始之前，亦或是之中，能够预测到研发生产中的可能发展趋势，从而便于客户对之后的工艺进行调整，这就需要GoSilico这样一款Digital Twin 工具。
图9 GoSilico预测层析工艺开发趋势
目前GoSilico针对与下游层析，已经开发了研发阶段的仿真数字化工具，并具有鲜明的优势特点：
基于对于层析的深刻理解(分子扩散/吸附/解离)---精准预测
最少的模型校准实验------减少真实实验次数
整合层析柱的建模信息------无需测试PD层析柱
预测放大生产的工艺参数
Unicorn数据可直接导入GoSilico软件
采用GoSilico仿真的好处：
质量源于设计
知识管理
灵活
节省时间
降低成本
总结
近两年，生物制药行业逐步迈入到商业化生产阶段，自动化和数字化工厂也成为行业内讨论的热点话题。相对于传统生产模式，自动化工厂可以提供更稳健的生产、更高的效率等优势，这是目前大多商业化生产的制药企业所急需。同时，自动化和数据化项目是一项重大任务，需要深入了解项目的目标和需要解决的问题。由于项目在人力和财力方面投资不菲，选择正确的合作伙伴则成了项目的关键。 Cytiva愿意与生物制药企业深入探讨，一起推动中国生物制药的智能化进程，助力药品的安全、有效和可及。