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2021年我國制藥工業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
如今,制藥企業(yè)飛速發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算為傳統(tǒng)的制藥生產(chǎn)模式及效率、商業(yè)模式帶來了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。這些新技術(shù)的應(yīng)用為顯著提高藥品工業(yè)的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和靈活性帶來巨大潛力!丁笆奈濉贬t(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出,要深入實(shí)施智能制造、綠色制造和質(zhì)量提升行動(dòng),提高藥品、醫(yī)療器械全生命周期質(zhì)量管理水平和產(chǎn)品品質(zhì),推動(dòng)醫(yī)藥工業(yè)高端化、智能化和綠色化發(fā)展。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來,如何部署這些技術(shù)將決定制藥企業(yè)的未來。要實(shí)現(xiàn)制藥工廠智能化這一美好愿景,需要對其概念、現(xiàn)狀、戰(zhàn)略意義和挑戰(zhàn)有深入理解。
一、智能制造概念
智能制造場景是指面向制造全過程的單個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié),通過新一代信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合,實(shí)現(xiàn)具備協(xié)同和自治特征、具有特定功能和實(shí)際價(jià)值的應(yīng)用。不管在以醫(yī)療器械企業(yè)為典型的離散制造型工廠,還是在以制藥企業(yè)為典型的單一流水線型工廠,智能制造都能為工廠提供從工廠設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)作業(yè)、倉儲(chǔ)配送、質(zhì)量管控、設(shè)備管理、安全管控、能源管理、環(huán)保監(jiān)控、營銷管理、售后服務(wù)、供應(yīng)鏈管理及模式創(chuàng)新在內(nèi)的企業(yè)全生命周期管理及服務(wù)的質(zhì)的提升。
圖一 智能制造的實(shí)施(來源:《流程型智能制造白皮書》)
圖二 代表性舉例:藥企數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)架構(gòu)(來源:海爾卡奧斯)
二、我國制藥工業(yè)智能制造現(xiàn)狀
2.1 政策
2016年,國家食品藥品監(jiān)督管理總局與工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、科技部、商務(wù)部、國家衛(wèi)生計(jì)生委等部門聯(lián)合印發(fā)了《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》,提出引導(dǎo)企業(yè)提升制藥裝備的自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平,廣泛獲取和挖掘生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)和信息,為生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和決策提供支撐;推動(dòng)“制造執(zhí)行系統(tǒng)”(MES)、“過程分析技術(shù)”(PAT)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用,整合集成各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制,有效保證藥品質(zhì)量穩(wěn)定。2018年,國務(wù)院頒布《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》,解決標(biāo)準(zhǔn)缺失、滯后、交叉重復(fù)等問題。隨著一系列政策的出臺(tái),智能制造監(jiān)管體系不斷完善,為藥企落地智能制造提供了遵循。
表一 2018-2021年相關(guān)政策主要內(nèi)容及影響
2.2 生物化工領(lǐng)域智能制造滲透率低
然而,不可否認(rèn)的是,部分制藥企業(yè)對實(shí)施智能制造的必要性、方法論缺乏充分認(rèn)識,或在信息化建設(shè)的過程中沒有找到改進(jìn)方向,無從下手。根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院公布的數(shù)據(jù),生物化工領(lǐng)域智能制造的滲透率遠(yuǎn)低于其他行業(yè),行業(yè)滲透率僅有6%。
圖三 2020年中國智能制造行業(yè)滲透率
三、智能制造價(jià)值分析
智能制造通過人機(jī)協(xié)同方式提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率,減少人工成本;利用溫度、濕度、光線傳感器結(jié)合圖像識別技術(shù)等手段提升藥品檢測一致性和穩(wěn)定性,降低產(chǎn)品不良品率,減少因質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失。依據(jù)需求端數(shù)據(jù)反饋,合理安排要素投入,減少物料浪費(fèi)。設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和控制能源和資源使用,精準(zhǔn)發(fā)力,避免能源浪費(fèi)。利用智能化節(jié)能減排設(shè)備或解決方案替換落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。智能制造可以實(shí)現(xiàn)在價(jià)值鏈各個(gè)環(huán)節(jié)收集數(shù)據(jù)、用戶交互,鼓勵(lì)用戶全程參與產(chǎn)品生產(chǎn)過程;通過捕捉的員工績效數(shù)據(jù)、設(shè)備開工率數(shù)據(jù)、能源損耗數(shù)據(jù)等精細(xì)化數(shù)據(jù),進(jìn)行實(shí)時(shí)展示和分析助力下一步?jīng)Q策,提升用戶體驗(yàn)。
l 降低成本
·降低勞動(dòng)力需求,減少人工成本
·降低產(chǎn)品不良品率,減少因質(zhì)量問題造成的損失
·零庫存降低倉儲(chǔ)費(fèi)用,減少物料成本
l 優(yōu)化產(chǎn)出
·優(yōu)化生產(chǎn)流程,改善制造工藝,加快生產(chǎn)速度
·科學(xué)安排生產(chǎn),提升設(shè)備效率
·提升生產(chǎn)執(zhí)行精度,提高產(chǎn)品質(zhì)量
l 減少能耗
·實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制能源使用情況
·淘汰落后產(chǎn)能設(shè)備和技術(shù),替代為節(jié)能減排方案
l 升級產(chǎn)線
·推動(dòng)生產(chǎn)模式從大規(guī)模生產(chǎn)向個(gè)性化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變
·從制造向服務(wù)端延伸
·從單鏈條生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同生態(tài)演進(jìn)
圖四 工業(yè)4.0中用于藥品生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CPS)
(圖源:Industry 4.0 for pharmaceutical manufacturing Preparing for the smart factories of the future)
2013年德國《工業(yè)4.0實(shí)施建議》將CPS作為工業(yè)4.0的核心技術(shù),CPS的關(guān)鍵部分包括公共云、私有云和生產(chǎn)車間。公共云包含為外部客戶提供的應(yīng)用服務(wù)。私有云處理高層性能信息,如遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)、能源管理、實(shí)驗(yàn)室信息、控制服務(wù)以及建模和仿真。公共云和私有云以數(shù)字方式反映物理系統(tǒng)的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化和預(yù)測。制造車間由設(shè)備、PATs儀器和實(shí)時(shí)釋放測試(RTRt)組成。PAT提供對制造過程的控制,RTRt根據(jù)制造過程中收集的信息確保產(chǎn)品質(zhì)量。過程中的操作(如進(jìn)料、濕法制粒、流化床干燥、研磨、混合、壓縮和片劑包衣)通過互聯(lián)網(wǎng)連接到本地網(wǎng)絡(luò)和云。
四、藥企智能制造發(fā)展趨勢
4.1 IT與OT融合
IT(信息技術(shù))與OT(操作技術(shù))的融合為智能制造發(fā)展帶來更多機(jī)遇。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,大多數(shù)制藥企業(yè)現(xiàn)在都開始在“大數(shù)據(jù)”的世界中航行,這需要捕獲、處理和檢索大量的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分為兩類:IT 數(shù)據(jù)與OT數(shù)據(jù)。基于物理實(shí)體的基本狀態(tài),并將兩類數(shù)據(jù)融合,可以構(gòu)建設(shè)施、設(shè)備和產(chǎn)品的完整數(shù)字孿生模型,涵蓋從收到訂單、制作生產(chǎn)、到發(fā)貨物流監(jiān)控全過程,實(shí)時(shí)監(jiān)測,還可以在數(shù)字世界提前預(yù)測未來可能的業(yè)務(wù)變化,做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策,提高智能制造敏捷性。因此,IT+OT融合的廣泛應(yīng)用對構(gòu)建智能工廠意義重大,是數(shù)據(jù)要素在制造業(yè)落地的重要抓手。
圖五 IT與OT融合趨勢 圖源:頭豹研究院
4.2 從“人智驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)智驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)變
智能制造突破了傳統(tǒng)物理層面連接方式和數(shù)量的限制,廣泛連接和跨域協(xié)作形成了海量的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。數(shù)據(jù)作為新的生產(chǎn)要素將為企業(yè)的生產(chǎn)、組織和運(yùn)營帶來了新的價(jià)值創(chuàng)造。隨著智能制造在制藥行業(yè)的滲透,越來越多的企業(yè)將從“人智驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)智驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)變。擁有更多數(shù)據(jù)資產(chǎn)的企業(yè)相比信息化落后的藥企必將形成競爭優(yōu)勢。
圖六 技術(shù)范式變革 引自《信息物理系統(tǒng)建設(shè)指南(2020)》
4.2 “雙碳”契機(jī)加速智能制造推進(jìn)
2020年第75屆聯(lián)合國大會(huì)上,中國提出了“雙碳”目標(biāo),力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰, 2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。作為先進(jìn)生產(chǎn)代表的智能制造,與“雙碳”關(guān)系密切。
未來制造企業(yè)會(huì)利用大數(shù)據(jù),人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在智慧園區(qū)內(nèi)建設(shè)基于智能制造核心驅(qū)動(dòng)的能源管理系統(tǒng),對設(shè)備能耗信息、環(huán)境信息及運(yùn)營信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,得出與能源消耗及能源效率相關(guān)的決策性數(shù)據(jù)和信息,幫助管理人員了解歷史和當(dāng)前的能源使用狀況,并預(yù)測未來的能耗趨勢。輔助管理人員做出正確的能源改善策略,實(shí)現(xiàn)多能源,多業(yè)態(tài)和多用戶的綜合管理。“雙碳”對智能制造提供商和制藥企業(yè)都是一個(gè)發(fā)展契機(jī),覆蓋產(chǎn)品、技術(shù)、經(jīng)營等諸多方面。
4.3智能制造國際標(biāo)準(zhǔn)化
我國在國務(wù)院、工信部、科技部等部門的支持下,持續(xù)推進(jìn)智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作,并取得了一系列成果。截至2019年底已發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)232項(xiàng),完成國標(biāo)立項(xiàng)135項(xiàng),形成標(biāo)準(zhǔn)草案500余項(xiàng)。在智能制造國際標(biāo)準(zhǔn)化方面,我國積極拓展雙邊、多邊合作,例如成立了中德智能制造/工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化工作組、中法現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)合作伙伴等,加深了有關(guān)國家的合作共識,為推動(dòng)智能制造國際標(biāo)準(zhǔn)化營造協(xié)調(diào)一致的國際氛圍。
2022年,中國醫(yī)保商會(huì)也將發(fā)揮資源優(yōu)勢,致力于平臺(tái)搭建、行業(yè)協(xié)同、建言獻(xiàn)策,把目光從“企業(yè)內(nèi)”轉(zhuǎn)向“企業(yè)間”,抓住產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同市場;以全球化視角,促進(jìn)國內(nèi)、國際監(jiān)管政策趨同,為藥企落地智能制造提供技術(shù)支持和評估服務(wù),服務(wù)企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級,促進(jìn)國際化業(yè)務(wù)發(fā)展。
4.4 挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存
值得注意的是,我國醫(yī)藥行業(yè)以中小企業(yè)為主,許多制藥企業(yè)仍然受工業(yè)2.0范式掣肘。多方面因素導(dǎo)致了這一現(xiàn)象:信息化建設(shè)基礎(chǔ)薄弱、信息化改造無從下手、技術(shù)人才缺乏、改造投資回收期長……一些企業(yè)局部設(shè)備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn),但單元之間的協(xié)同、設(shè)備的操作仍然依靠人工。由于缺乏跨設(shè)備、跨流程、跨單元的整體管理,企業(yè)內(nèi)部形成“信息孤島”。雖然大量工業(yè)信息的采集和分析對于企業(yè)發(fā)展有益,但數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)管理也應(yīng)得到企業(yè)家的高度重視,企業(yè)需要重視相關(guān)人才培訓(xùn)計(jì)劃的制定,由于跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的限制,也需要持續(xù)推進(jìn)和服務(wù)商的合作。此外,醫(yī)藥健康是強(qiáng)監(jiān)管行業(yè),如何合規(guī)化改造升級,需要制藥企業(yè)持續(xù)加強(qiáng)與監(jiān)管部門的溝通。
但是,政策方面也已經(jīng)關(guān)注到這一點(diǎn),工信部發(fā)布的《“十四五”促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出:力爭到2025年,中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體發(fā)展質(zhì)量穩(wěn)步提高,創(chuàng)新能力和專業(yè)化平顯著提升,經(jīng)營管理明顯提高,服務(wù)供給力全面提升,發(fā)展環(huán)境進(jìn)一步優(yōu)化。因此,抓住智能制造政策機(jī)遇、搶先布局謀劃是生物醫(yī)藥行業(yè)的必然選擇。中國醫(yī)保商會(huì)也將持續(xù)推進(jìn)智能制造專家團(tuán)隊(duì)建設(shè),解決制藥企業(yè)實(shí)施智能制造過程中的急難愁盼問題,促進(jìn)我國制藥企業(yè)國際化、專業(yè)化、智能化邁上新的臺(tái)階。
參考文獻(xiàn):
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2. 醫(yī)藥企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型分析;海爾卡奧斯 張弛
3. Industry 4.0 for pharmaceutical manufacturing Preparing for the smart factories of the future
4. 未來50年中國智能制造全景前瞻;頭豹研究院
5. 2022中國“智能制造”領(lǐng)域十大趨勢;海比研究院
6. 信息物理系統(tǒng)建設(shè)指南(2020);中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院
7. 智能制造國際標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綜述;丁露 、汪爍 、王玉敏