近年來以治療性抗體為代表的單克隆抗體藥物在我國取得了長足的發展——灌流培養、連續化生產、智能製造技術被越來越多的應用在以單抗為代表的生物製藥生產中。本文闡述瞭如何根據企業自身情況和未來規劃，結合生物製藥的特點，建設高效可用的SCADA，並闡述了SCADA與智能製造的聯繫。
在當前製藥行業眾多的方向和領域中，生物製藥，尤其是單抗類藥物，無疑是非常火熱的一個版塊。對於藥品生產企業來說，以抗體為代表的生物製藥，產品附加值高、未來市場廣闊，因此被很多企業列為未來重點發展的方向。
但所謂挑戰與機遇並存。如何保證安全、高效、合規及低成本地生產生物製藥產品，一直是生物製藥企業需要去考慮的事情。尤其是在當下生物製藥產品品種相對集中、競爭非常激烈的情況下。以下介紹了SCADA系統在生物製藥中的應用，及它是如何幫助藥品生產企業保障產品安全和提高產品質量，並保證合規生產。
SCADA的概念
SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition），即數據採集與監視控制系統，是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。
該系統通過對生產車間的生產設備、環境監測和公用工程等生產過程數據進行採集，實現集中監控。同時，把實時數據存儲到實時數據庫，以便進行歷史數據分析與追溯，消除目前存在的信息孤島現象，使企業決策層、管理人員及操作人員能夠及時方便地獲取相關信息，為加強生產、工藝質量和設備管理提供技術支持。
在現在比較受關注的智能製造的金字塔體系中（如圖1所示），SCADA也是處於一個承上啟下的位置。將底層控制器與上層的信息化管理軟件（MES/LIMS/WMS/ERP）聯繫起來，為信息化管理軟件提供數據來源，同時，也可以將信息化管理軟件的一些指令下達給底層的控制系統，以實現智能製造的目標。只有有了一座寬闊通暢的“橋樑”，MES才能真正的發揮作用，給企業帶來效益的提升，而不是為了“智能製造”去智能製造。
生物製藥行業的SCADA
生物製藥有著不同於傳統化學藥和中藥的生產工藝和製造特點,主要體現幾個方面：在生產週期長，存在多批次共線的情況；生產工藝複雜，單體設備多；手動操作多，偏差成本高；大量的過程檢驗和離線分析。
圖1 智能製造的金字塔體系
正是由於生物製藥有別於傳統制藥方式的諸多特點，尤其是其高附加值這一特點，出現偏差的代價比較大，再加上各個工序之間聯繫緊密，因此需要能夠實時掌握生產狀況。這裡需要監控的不僅是工藝設備的運行情況，甚至還包括了公用工程設備、離線檢測儀器儀表，乃至人員的操作情況等。
SCADA系統的出現，讓實時掌握系統內所有的工藝設備、公用工程、儀器儀表和人員操作的情況，掌握真實的第一手的數據成為可能，方便管理人員做出正確的判斷和指令；此外，對於操作人員來說，也可以大大降低其操作強度，讓其從繁重的抄錄數據的工作中解脫出來，把有限的精力放在重要的過程操作和監控上。
SCADA系統自帶的關係型數據庫，可以方便查詢歷史批次的工藝數據、事件信息等，在滿足法規的同時，也可以對接未來的BI軟件，對歷史數據進行大數據分析，從而提高企業的效益。
如何建設SCADA
QbD（質量源於設計）理念說明，一個好的設計方案是成功的基礎。而好的設計方案一定是考慮了企業的實際情況和生物製藥生產工藝特點，結合先進的自動化和IT技術設計而來的。這裡以抗體生產的SCADA建設為例，簡述了SCADA系統是如何建立起來的。
圖2 抗體藥物的SCADA網絡拓撲圖
圖2是一個經典的抗體藥物的SCADA的網絡拓撲圖。對於抗體生產來說，工序主要分為上游培養（種子培養、培養基配製、細胞培養、收穫）和下游純化（深層過濾、離心分離、三步層析、超濾等），涉及的設備包括生物反應器、層析設備、超濾設備、離心機、恆溫培養箱等。這些設備都有自己的控制系統，品牌可能不一致，所支持的通信接口方式也不一致。所以首先要做的就是調研和統一要納入SCADA系統的設備和系統的通信接口方式，或者數據庫的類型。其次需要統計所有納入系統設備工藝過程步驟，並形成相應的數據表格，下面這個表格是後面設計的基礎。
有了基礎的信息後，首先要做的就是選擇一個合適的SCADA平臺。這個平臺應該能夠兼容各個品牌的控制器和成熟的工業通信接口及協議。且數據採集接口應該儘可能的減少額外硬件的加入，因為多一個轉接設備就多一種風險，也就是說盡可能的通過“軟驅動”的方式實現數據的採集。但是從GAMP5的角度來看，這種“軟驅動”應該儘量的減少代碼編程，因為一旦涉及到了代碼編程，就需要做源代碼審核，驗證和合規性都帶來不小的挑戰。
其次，抗體生產過程不是固化的，而是具有一定靈活性的，路徑和設備的使用都不是完全固定的，所以使用的平臺應該具備關聯批次的功能，且這種關聯不能是固化的，可以由經過授權的工藝人員靈活調整。當批次的路徑發生調整的時候，SCADA會根據設備狀態和時間座標將相應設備的數據歸納到相應的批次記錄中。
當選擇了一個能夠滿足生物製藥生產工藝特點的SCADA平臺後，下一步要做的就是根據企業的實際需求，確定功能範圍。是需要一個基礎版的SCADA還是超級SCADA，正確答案對應的是需求。對於抗體生產來說，數據採集和展示、數據庫和審計追蹤以及電子報表輸出都是必須的，而用於規範生產防止誤操作的電子工作指引及電子批記錄是可選擇的。
當確定了功能範圍後，就是選擇合適硬件去支持方案。在中控室設置幾個操作員站及幾個工程師站？是否配備視頻發佈和WEB發佈？在現場配備HMI是採用固定式的還是可移動式的？是否需要設置拍照設備？是否需要配備冗餘服務器和冗餘的光纖交換機？這些都是需要考慮的問題。
確定了方案後，除了通過組態實現SCADA功能外，還需要通過C&Q來確保系統的合規性。這種合規性要體現在三個層面：
平臺軟件的合規性：平臺是否符合21 CFR PART 11；
工程實施的合規性：能夠提供基於GAMP5的全套驗證文；
使用過程的合規性：電子數據和審計追蹤，生產過程和結果都應滿足企業內控標準和相應法規的規定。
小結
綜上所述，根據生物製藥的工藝特點，選擇能夠兼容各種主流控制系統，具有一定靈活性的SCADA平臺，並根據企業的產品特點和實際需求，選擇必要的功能模塊，建設成功的SCADA系統；這能夠保證產品質量、降低風險，為患者提供安全可靠、療效確切的優質產品，同時也是企業未來實現智能製造的基礎。
本文作者系南京安曼科技有限公司技術經理。
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