前瞻研究：生物製藥行業智能製造技術應用現狀及展望

知識 06-21

「十三五」是我國生物醫藥產業重點發展的時期，也是中國生物製藥企業走向全球化的關鍵時期。實現生物製藥行業的智能製造，關鍵在於製藥裝備和藥品生產過程的革新。生物製藥智能工廠需要以智能裝備為基礎，利用自動化、信息化、大數據等先進技術，結合生物藥品生產工藝與GMP等法規要求，實現從原料到倉儲全流程環節的柔性化、定製化、智能化藥品生產。縮短產品上市時間、增強生產靈活性、實現節能增效，則是生物製藥行業轉型升級的目的所在。

作者 | 付海天、樊曉芳

一、生物製藥行業基本情況

1.生物藥物製造全流程

2.國內外生物製藥市場規模

據中國產業信息網數據，2013年至2022年間，全球生物製藥市場複合年增長率預計為9.4%，並於2022年達4040億美元，中國生物製藥市場預計將從2013年的140億美元增長至2022年的755億美元，複合增長率20.6%。中國製藥市場整體規模預計將於2022年增至3305億美元，同期複合年增長率8.3%，增速低於中國生物製藥市場。2022年中國生物製藥市場預計約佔中國製藥市場整體規模的22.8%，約佔全球生物製藥市場的18.7%。

中國製藥市場規模走勢（單位：億美元中國產業信息網）

3.生物製藥工廠智能製造產業鏈

二、生物製藥工廠相關法規及智能化升級需求

1.生物製藥工廠建造生產相關法規

國內生物製藥工廠建造生產遵循的法規主要分為三個類型：環保法規（水污染、大氣污染等）、藥品生產質量法規（GMP等）、工廠建造相關標準等。生物製藥過程以藥品生產質量法規為核心，以新版GMP標準（2010）為主，出口型企業也會參照國際標準，如EU GMP或FDA GMP等。

2.生物製藥工廠存在升級需求

國內生物製藥企業自動化、信息化、智能化程度普遍不高，距離「製藥工業4.0」尚有距離。

生產設備自動化：大多數生物製藥企業還停留在設備控制的單體自動化階段，自動化水平較低，存在對整體生物製藥生產過程自動化的需求。

製藥過程信息化：生物製藥生產過程信息依賴人工採集，難以實時了解生產現場資源和加工任務狀態的動態變化，需要應用感測器和軟體系統進行信息化升級。

生產控制智能化：基於自動化和信息化，應用數據挖掘等技術，能夠對生產數據進一步進行實時分析並輸出洞見，輔助生產決策過程。

三、中國生物製藥工廠智能化方案

1.生產製造數據收集：通過感測器採集藥物生產過程相關數據，如生產數據（pH、氧含量、導電率等）、環境數據、微生物數據等，並實時接入內部網路中，傳輸到中央系統，上傳至私有雲平台等，能夠對藥品在工藝流程的實時環境狀態進行有效的監控和追溯，實現一系列的數據採集、存儲、追溯以及分析。

2.智能工廠管理：通過將設備與中央系統對接，整個工廠生產流程變得透明可視，各個工序相關人員可以根據工序完成度來安排工作，工廠管理人員也可更有效率的綜合管理生產，減少冗餘生產步驟，實現生物製藥企業的生產計劃管理、工藝路線管理、物料管理、容器管理、生產過程式控制制管理和實時數據分析等。

3.生產線自動化：生物製藥生產過程的自動化能夠擴大生產線產能，減少崗位操作人員，提升生產效益。以製劑過程為例，通過採用智能化配液系統、洗灌封、滅菌和燈檢，能夠實現配液系統在線稱量、在線清洗、在線滅菌，以及洗瓶、烘瓶、灌封、滅菌、晾乾、燈檢、檢漏到印字等生產過程的全自動運行。

4.批次連續生產：傳統藥物生產需要經歷一系列分開的步驟，連續生產即指在生產過程中實現批次連續上樣，消除分批生產中各個環節的暫停階段。連續生產可以做到實時質量監控，隨時撤下不達標的中間產品，減少生產成本，降低人為操作失誤幾率，加速藥物生產過程。

四、智能技術在生物製藥工廠中的應用分布

五、中國生物製藥企業智能化產品代表案例

智久AGV機器人：智久AGV模塊化的結構可根據客戶的具體需求定製方案和配套的物料承載設備，當生產環境發生變化時，可根據需要調整布局。智久AGV可在高壓、有毒等不適合人工操作的環境中工作，配合協作機器人完成藥物生產過程中原材料和包裝材料的分揀配送，消除藥品生產過程中的混葯和交叉污染，減少室內塵埃細菌污染。

乾元坤和MES：乾元坤和製藥行業MES解決方案能夠實現生產計劃與生產控制信息聯通，部門間信息共享，生產數據實時處理。MES主要關注點有以下幾個層面：GMP管理、計劃管理、生產管理、質量管理、倉存管理、設備管理。所有重要生產參數基於計算機的永久監視，降低錯誤和缺陷，基於計算機的生產規劃和調度，降低了生產成本，更充分地利用工廠產能。

楚天預灌封系統：楚天科技SFSR系列智能機器人無菌預灌封生產系統，具有生產速度快，性能穩定，無交叉污染等特點，與傳統設備相比佔地面積更小，降低了生產與人工成本。兩台無菌機器人採用協同控制技術, 可實現預充式注射器撕膜、去內襯、灌裝、加塞、稱重等工藝流程全自動化，提高了生產速度；無人化操作，解決了人工操作帶來交叉污染的風險。採用六自由度關節型機器人，可完成複雜動作軌跡及路徑切換。

百濟神州GE KUBio工廠：美國通用電氣公司(GE)推出的KUBio是一種創新的即用型模塊化工廠，其設備部件都是由GE的一次性生產技術——ReadyToProcess組成的，能夠在18個月之內設計組建完成工廠並使之符合cGMP標準。百濟神州計劃在該工廠中採用一次性細胞生長發酵和靈活工廠技術進行抗體原葯生產，採用無人接觸、自動灌裝線進行藥品針劑製備，為百濟神州在研的抗腫瘤葯管線中多個抗體新藥品種的生產製造節約25%-50%成本。