制造执行系统在制药行业的应用

制造执行系统在制药行业的应用

陈从旺,王亚刚,江艳霞

(上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093)

摘要随着我国医药行业的快速发展,竞争能力不强是医药行业亟待解决的问题。文中通过分析我国制药业的现状、特点及相关法规(即GMP良好作业规范)等,介绍了采用MES管理的解决方案,实现了对制药行业的信息化管理,可有效地提高了企业的生产质量和效益,对增强企业的竞争能力是有益的。

关键词制造执行系统(MES);良好作业规范;配方管理;电子批记录

收稿日期:2015-01-14

基金项目:国家自然科学基金青年基金资助项目(61203143);国家自然科学基金资助项目(60874002);沪江基金资助项目(C14002);上海市研究生创新基金项目项目(JWCXSL1402)

作者简介:陈从旺(1988—),男,硕士研究生。研究方向:制药业mes。E-mail:176279129@qq.com

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.047

中图分类号TP273

Implementation of Manufacturing Execution System in the Pharmaceutical Industry

CHEN Congwang,WANG Yagang,JIANG Yanxia

(Optical-Electrical and Computer Engineering,University of Shanghai for Science & Technology,Shanghai 200093,China)

AbstractWith the rapid development of China’s pharmaceutical industry,its lack of competitiveness is a serious problem.Through the analysis of the present situation and relevant laws and regulations (i.e.GMP good operation standard) of the pharmaceutical industry in China,we propose the MES solution for the information management of the pharmaceutical industry,which can effectively improve the product quality,benefits and competitiveness of the enterprise.

Keywordsmanufacturing execution system;good manufacturing practice;recipe management;electronic batch record

随着工业信息化的发展,我国制造企业的信息化意识逐渐加强,诸如ERP、EIP等信息化管理软件得到了推广,这些软件的应用为企业带来了管理效益。但是制造企业的物化中心是生产现场,ERP等管理软件的功能主要是用在资源管理、生产计划、市场预测、产品分析等方面,缺少对于生产现场的管理和监督。这样一来,在计划层和控制层之间便出现了断层,而MES(制造执行系统)的产生便有效地解决了这个问题,通过MES“计划”能顺利的下达到“生产”环节,生产过程中的变化因素也能快速反应给“计划”层次。

制药企业是关系到国计民生的重要产业群体。我国医药行业长期以来都是采用比较传统的生产方式,无论生产工艺和设备、质量控制手段相比国外落后很多,特别是GMP(Good Manufacturing Practice,良好作业规范)认证要求的不断提高,在生产和管理中不断暴露出很多问题。本文通过对制药行业的现状以及特点的分析,总结了目前我国制药行业普遍存在的问题,针对现存的问题以及相关法规,在现有产品[2]以及理论的基础上对制药业MES关键功能模块进行了优化设计。

1国内制药业分析

1.1　制药业的概念与特点

根据产业的分类标准,制药业属于医药产业,制药业一般分为原料药生产和药物制剂生产,原料药是药品生产的物质基础,但必须加工成适于服用的药物制剂才能成为药品。制药业作为特殊的制造业,其特殊性较为明显[1]。主要包括:(1)生产流程长,工艺复杂,即使是相同的环境也难以得到一致的结果。(2)产品质量标准高,对原料和中间体的质量要求较高。(3)多数产品所需要的原辅材料种类多,许多原料和生产过程中的中间体是易燃、易爆、有毒或腐蚀性很强的物质,所以对工艺,设备,操作人员等方面均有着严格的要求。(4)制药行业的生产模式是以配方为核心,间歇性的大批量生产,以流水线方式组织生产。而对配方的合理管理,不仅涉及到企业的机密,且还保证了药物的效用。(5)药品生产过程对批号记录有着严格的要求,当出现问题,能根据这些批记录信息对原材料、设备、供应商、操作人员、产品等进行追溯,查出问题所在。(6)要满足GMP、FDA等相关法规。

1.2　国内制药业现状

目前我国多数制药企业都存在着以下现状:产品质量制药依靠的是操作人员的操作水平,根据经验来操作,这样便存在了质量风险,包括错误物料、物料污染、物料浓度、设备校验;工艺参数绝大多数采用手工记录,手工记录不仅需要较大的劳动力去采集数据,且容易出现错误的记录、审核耗时、物料等待延长、追溯复杂等问题;计划层与制造中心数据信息的交流依靠纸质传递,数据利用存在有限性,数据传送不及时,控制层与计划层数据信息的交换存在滞后性,大幅降低了企业的敏捷性,也减弱了企业的竞争力;存在着合规风险,依靠传统的模式难以达到GMP、FDA等相关法规的要求。

2相关法规

GMP[2](Good Manufacturing Practice),是一种特别注重制造过程中产品质量与卫生安全的自主性管理制度,其是一套适用于食品、制药等行业的强制性标准。GMP作为国际性的《药品生产质量管理规范》,是医药产品进入国际市场的先决条件。其要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输以及质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求,形成一套可操作的作业规范,帮助企业改善卫生环境,及时发现生产过程中存在的问题并加以改善。

FDA(美国食品药品管理局)隶属于美国卫生教育福利部,负责全国药品、食品、生物制品、化妆品、兽药、医疗器械以及诊断用品等的管理。在美国等近百个国家,只有通过FDA认可的药品、器材和技术才能进行商业化临床应用。

药物要进入一个国家或地区,必须要通过该国家及地区相应机构的GMP认证。认证主要包含两个阶段:药品生产者要向认证主管部门(如FDA)提交相应的证据,来证明生产者只要按照其生产规范能够并总能够生产出具备相应质量的产品;认证主管部门派员现场检查。

MES系统在制药行业的实施,目的就是为制药企业提供一个符合GMP要求的自动生成批记录的自动化应用系统。

3MES

MES是美国制造研究和生产管理界于20世纪90年代提出的关与生产组织和管理的新概念。按MESA[3]国际联合(MESA International)的定义,“MES能通过信息的传递,对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理,对工厂发生的实时事件,及时作出相应的反应和报告,并用当前准确的数据对生产进行相应的指导和处理”。

如图1所示,制造型企业在计划层跟控制层之间出现了断层,而制造执行系统(MES)就是位于企业上层计划(MRPII/ERP)和底层工业控制之间,面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES强调制造计划的执行,其在计划管理层和过程管理层之间架起了一座桥梁,填补了两者之间的鸿沟[4]。

图1　企业系统分层图

4面向制药业的MES应用

4.1　基于组件式设计的制药业MES

制药业MES系统的设计是基于组件式[5]的,制药业MES组件包括:(1)通用组件。通用组件是跨行业的,实现多数MES系统所包含的功能。(2)行业组件。行业组件是针对特定行业中的典型需求,实现其相应具备的功能。(3)专业组件。用于满足实施制药业的特殊需求。

基于组件的制药业MES开发过程及各个阶段的活动如图2所示,制药可分为4个步骤:(1)制药业MES需求分析与系统设计。(2)制药业MES业务组件提取及适配。(3)制药业MES业务组件装配。(4)制药业MES软件测试。

图2　设计流程图

4.2　制药业MES功能模块

自动化系统的验证是极为繁琐,模块化的方法可使验证更容易管理[6]。制药业MES所包含的功能模块与MESA国际联合(MESA International)定义MES的个功能模块有所不同,其主要包括[7-10]:

(1)信息管理门户,通过信息门户工作人员能通过Web浏览器对生产过程进行实施监控,主要包括智能监控系统。

(2)订单管理,其解决了要做的生产、如何生产、何时生产等问题,主要包括订单导入、订单分解、订单派发、订单执行、历史生产订单数据的归档。

(3)生产管理,监控生产过程,自动纠正生产中的错误,并向用户提供决策支持,以提高生产效率。生产管理还应具有报警功能,主要包括生产计划管理、生产过程管理。

(4)设备管理,通过对设备的状态监控,数据收集和维护指导等相关措施,保证机器设备和相关资产的正常运转,以实现企业的相关目标要求,主要包括设备维修维护、称量器具管理、房间管理、容器管理。

(5)人员管理,提供作业人员的状态和相关数据,基于人员资历,工作模式,业务需求等相关信息,辅助管理者对作业人员的安排进行指导,主要包括人员组配置、小组属性配置、个人配置。

(6)工厂数据管理,通过对数据采集,收集来自人员,机器、设备、操作、工序、物料等方面的现场数据,以便其他相系统和人员进一步使用,主要包括物料主数据、组织人员数据管理、车间数据管理。

(7)物料管理,首先对称重配料进行管理,即称量的结果从称量工具中自动读取并打印条码,条码信息包括原料名称、原料批号、原料有效期、原料重量、用于投料的产品批次等;然后是物料追踪管理,包括对物料移动、物料消耗、物料转换、新物料批的创建、分解和结合等有关物料变化的生产作业进行实时跟踪以及任何批或小批物料属性的变化均得到跟踪,并与其他相关信息保存在一起;最终能进行历史物料数据的归档,即所有和物料有关的信息都保存在历史数据库中,随时可对这些数据进行查询和检索。

(8)生产质量管理,实时采集质量信息,确保严格的产品质量,及时发现问题的所在,且能妥善解决所存在的质量问题,包括在线质量管理、离线质量管理。对从生产中采集的数据进行实时分析,确保适当的产品质量控制,能迅速发现所需引起注意的问题,并提供相应的解决方案。

(9)电子批记录,制药业MES中的EBR(Electronic Batch Record)模块自动生成符合GMP和FDA要求的电子批记录,实现对药品生产过程工艺参数、紧急事件处理情况、操作人员进行实时跟踪记录,以便将来的历史追踪。药品的生产安全生命周期是:分析→工艺设计→配方设计→生产计划→生产指令→生产执行→审批、放行→药品入库,而所谓的批记录始于生产指令的下达,至于成品的入库,采用“批号”来标识同一批的产品。系统将采用条码来标识记录药品生产物流阶段“批号”信息。完整的批记录包含从生产设备上采集的实时数据,化验室的检验结果,称量数据,物料库存,生产过程中的物料消耗,人工操作记录等。

(10)配方管理:配方是制药业的核心机密,对配方的安全管理涉及到企业存亡。首先生产配方管理即配方是由专业人士设计出来,并经过验证有效且得到企业领导批准的配方才能进行保存、生产,其次是配方维护管理,即需要对配方的查看、修改等功能进行权力设置,并不是参与生产的所有人都能拥有的。

制药业MES所包含的功能模块不是开发者主观选取设计的,主要根据制药行业的特点设计,满足了GMP提出的要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输以及质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求,形成一套可操作的作业规范,帮助企业改善卫生环境,及时发现生产过程中存在的问题并加以改善。而电子批记录的设计主要是符合FDA提出的 21 CFR Part11(电子数据记录和电子签名)标准,其基本要求为:(1)跟踪关于某用户某时间对机器进行的操作完整记录。(2)重要的操作必须能追踪到具体负责人,如使用电子签名。

5MES实施案例及效果

国内某大型制药企业实施了罗克韦尔公司的制药业MES,即PharmaSuite软件,实现制药行业的MES应用,系统的多个控制界面如图3所示,左上角界面为配方工作台,配方设计器符合S88和S95标准以及可重复使用的配方构件,符合GXP的变更控制;右上角为质量管理功能模块,包括测试定义、执行,实时质量仪表盘,基于偏差的处理,偏差审核放行;左下角是称重与配料工作台,主要是流程化的称量操作过程,只有先称量了主料后才能进行辅料称量,由条码扫描设备扫描称量的工具,以及称量的材料;右下角是配方的执行,执行过程采用一致的方式,提高质量和合规性。

图3　实施案例1

每部分操作完成后需要1人以上的电子签名,且会生成相应的文件。例如在称量配料工作台结束后会生成如图4所示的两个文件,左边的是称量配料结束后生成的一个打印标签,该标签的内容包括称量操作人员、称量设备、称量结果、称量日期、称量材料的属性等信息,下一个操作间可以通过电子枪扫描标签上的二维码来读取该标签;而右图是生成的完整而正确称量配料报表,实现了无纸化记录。

图4　实施案例2

该企业将MES系统实施前后进行了数据对比如图5所示,在产品的审核放行阶段,周期减少了30%～60%;制造周期减少了15%～20%;调研周期减少了20%～30%;新配方设计周期减少了10%～45%;培训周期减少了20%～30%。

图5　实施案例3

6结束语

制药企业采用MES实现了制药生产的信息化管理,提高了企业的生产效率,降低了生产风险和运营成本。制药业MES在欧美等发达地区应用已较为广泛,实施后的效果也是得到广泛验证的,而在国内,只有少数大型的制药企业实施了MES的部分模块。新版GMP参照的是欧盟标准,外资药企前期就是按这一标准进行设计的,能很快适应新一轮认证,所以新版GMP的规定将掀起制药业MES在国内制药业的应用热潮。

参考文献

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[6]李隆浩.MES系统在制药企业的应用分析[J].自动化与控制,2013(4):48-51.

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