制造執(zhí)行系統(tǒng)在制藥行業(yè)的應(yīng)用

陳從旺,王亞剛,江艷霞

(上海理工大學 光電信息與計算機工程學院,上海200093)

摘要隨著我國醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展,競爭能力不強是醫(yī)藥行業(yè)亟待解決的問題。文中通過分析我國制藥業(yè)的現(xiàn)狀、特點及相關(guān)法規(guī)(即GMP良好作業(yè)規(guī)范)等,介紹了采用MES管理的解決方案,實現(xiàn)了對制藥行業(yè)的信息化管理,可有效地提高了企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效益,對增強企業(yè)的競爭能力是有益的。

關(guān)鍵詞制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES);良好作業(yè)規(guī)范;配方管理;電子批記錄

收稿日期:2015-01-14

基金項目:國家自然科學基金青年基金資助項目(61203143);國家自然科學基金資助項目(60874002);滬江基金資助項目(C14002);上海市研究生創(chuàng)新基金項目項目(JWCXSL1402)

作者簡介:陳從旺(1988—),男,碩士研究生。研究方向:制藥業(yè)mes。E-mail:176279129@qq.com

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.047

中圖分類號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

隨著工業(yè)信息化的發(fā)展,我國制造企業(yè)的信息化意識逐漸加強,諸如ERP、EIP等信息化管理軟件得到了推廣,這些軟件的應(yīng)用為企業(yè)帶來了管理效益。但是制造企業(yè)的物化中心是生產(chǎn)現(xiàn)場,ERP等管理軟件的功能主要是用在資源管理、生產(chǎn)計劃、市場預(yù)測、產(chǎn)品分析等方面,缺少對于生產(chǎn)現(xiàn)場的管理和監(jiān)督。這樣一來,在計劃層和控制層之間便出現(xiàn)了斷層,而MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的產(chǎn)生便有效地解決了這個問題,通過MES“計劃”能順利的下達到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié),生產(chǎn)過程中的變化因素也能快速反應(yīng)給“計劃”層次。

制藥企業(yè)是關(guān)系到國計民生的重要產(chǎn)業(yè)群體。我國醫(yī)藥行業(yè)長期以來都是采用比較傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,無論生產(chǎn)工藝和設(shè)備、質(zhì)量控制手段相比國外落后很多,特別是GMP(Good Manufacturing Practice,良好作業(yè)規(guī)范)認證要求的不斷提高,在生產(chǎn)和管理中不斷暴露出很多問題。本文通過對制藥行業(yè)的現(xiàn)狀以及特點的分析,總結(jié)了目前我國制藥行業(yè)普遍存在的問題,針對現(xiàn)存的問題以及相關(guān)法規(guī),在現(xiàn)有產(chǎn)品[2]以及理論的基礎(chǔ)上對制藥業(yè)MES關(guān)鍵功能模塊進行了優(yōu)化設(shè)計。

1國內(nèi)制藥業(yè)分析

1.1　制藥業(yè)的概念與特點

根據(jù)產(chǎn)業(yè)的分類標準,制藥業(yè)屬于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),制藥業(yè)一般分為原料藥生產(chǎn)和藥物制劑生產(chǎn),原料藥是藥品生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),但必須加工成適于服用的藥物制劑才能成為藥品。制藥業(yè)作為特殊的制造業(yè),其特殊性較為明顯[1]。主要包括:(1)生產(chǎn)流程長,工藝復雜,即使是相同的環(huán)境也難以得到一致的結(jié)果。(2)產(chǎn)品質(zhì)量標準高,對原料和中間體的質(zhì)量要求較高。(3)多數(shù)產(chǎn)品所需要的原輔材料種類多,許多原料和生產(chǎn)過程中的中間體是易燃、易爆、有毒或腐蝕性很強的物質(zhì),所以對工藝,設(shè)備,操作人員等方面均有著嚴格的要求。(4)制藥行業(yè)的生產(chǎn)模式是以配方為核心,間歇性的大批量生產(chǎn),以流水線方式組織生產(chǎn)。而對配方的合理管理,不僅涉及到企業(yè)的機密,且還保證了藥物的效用。(5)藥品生產(chǎn)過程對批號記錄有著嚴格的要求,當出現(xiàn)問題,能根據(jù)這些批記錄信息對原材料、設(shè)備、供應(yīng)商、操作人員、產(chǎn)品等進行追溯,查出問題所在。(6)要滿足GMP、FDA等相關(guān)法規(guī)。

1.2　國內(nèi)制藥業(yè)現(xiàn)狀

目前我國多數(shù)制藥企業(yè)都存在著以下現(xiàn)狀:產(chǎn)品質(zhì)量制藥依靠的是操作人員的操作水平,根據(jù)經(jīng)驗來操作,這樣便存在了質(zhì)量風險,包括錯誤物料、物料污染、物料濃度、設(shè)備校驗;工藝參數(shù)絕大多數(shù)采用手工記錄,手工記錄不僅需要較大的勞動力去采集數(shù)據(jù),且容易出現(xiàn)錯誤的記錄、審核耗時、物料等待延長、追溯復雜等問題;計劃層與制造中心數(shù)據(jù)信息的交流依靠紙質(zhì)傳遞,數(shù)據(jù)利用存在有限性,數(shù)據(jù)傳送不及時,控制層與計劃層數(shù)據(jù)信息的交換存在滯后性,大幅降低了企業(yè)的敏捷性,也減弱了企業(yè)的競爭力;存在著合規(guī)風險,依靠傳統(tǒng)的模式難以達到GMP、FDA等相關(guān)法規(guī)的要求。

2相關(guān)法規(guī)

GMP[2](Good Manufacturing Practice),是一種特別注重制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度,其是一套適用于食品、制藥等行業(yè)的強制性標準。GMP作為國際性的《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》,是醫(yī)藥產(chǎn)品進入國際市場的先決條件。其要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過程、包裝運輸以及質(zhì)量控制等方面按國家有關(guān)法規(guī)達到衛(wèi)生質(zhì)量要求,形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范,幫助企業(yè)改善衛(wèi)生環(huán)境,及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題并加以改善。

FDA(美國食品藥品管理局)隸屬于美國衛(wèi)生教育福利部,負責全國藥品、食品、生物制品、化妝品、獸藥、醫(yī)療器械以及診斷用品等的管理。在美國等近百個國家,只有通過FDA認可的藥品、器材和技術(shù)才能進行商業(yè)化臨床應(yīng)用。

藥物要進入一個國家或地區(qū),必須要通過該國家及地區(qū)相應(yīng)機構(gòu)的GMP認證。認證主要包含兩個階段:藥品生產(chǎn)者要向認證主管部門(如FDA)提交相應(yīng)的證據(jù),來證明生產(chǎn)者只要按照其生產(chǎn)規(guī)范能夠并總能夠生產(chǎn)出具備相應(yīng)質(zhì)量的產(chǎn)品;認證主管部門派員現(xiàn)場檢查。

MES系統(tǒng)在制藥行業(yè)的實施,目的就是為制藥企業(yè)提供一個符合GMP要求的自動生成批記錄的自動化應(yīng)用系統(tǒng)。

3MES

MES是美國制造研究和生產(chǎn)管理界于20世紀90年代提出的關(guān)與生產(chǎn)組織和管理的新概念。按MESA[3]國際聯(lián)合(MESA International)的定義,“MES能通過信息的傳遞,對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的管理,對工廠發(fā)生的實時事件,及時作出相應(yīng)的反應(yīng)和報告,并用當前準確的數(shù)據(jù)對生產(chǎn)進行相應(yīng)的指導和處理”。

如圖1所示,制造型企業(yè)在計劃層跟控制層之間出現(xiàn)了斷層,而制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)就是位于企業(yè)上層計劃(MRPII/ERP)和底層工業(yè)控制之間,面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實時信息系統(tǒng)。MES強調(diào)制造計劃的執(zhí)行,其在計劃管理層和過程管理層之間架起了一座橋梁,填補了兩者之間的鴻溝[4]。

圖1　企業(yè)系統(tǒng)分層圖

4面向制藥業(yè)的MES應(yīng)用

4.1　基于組件式設(shè)計的制藥業(yè)MES

制藥業(yè)MES系統(tǒng)的設(shè)計是基于組件式[5]的,制藥業(yè)MES組件包括:(1)通用組件。通用組件是跨行業(yè)的,實現(xiàn)多數(shù)MES系統(tǒng)所包含的功能。(2)行業(yè)組件。行業(yè)組件是針對特定行業(yè)中的典型需求,實現(xiàn)其相應(yīng)具備的功能。(3)專業(yè)組件。用于滿足實施制藥業(yè)的特殊需求。

基于組件的制藥業(yè)MES開發(fā)過程及各個階段的活動如圖2所示,制藥可分為4個步驟:(1)制藥業(yè)MES需求分析與系統(tǒng)設(shè)計。(2)制藥業(yè)MES業(yè)務(wù)組件提取及適配。(3)制藥業(yè)MES業(yè)務(wù)組件裝配。(4)制藥業(yè)MES軟件測試。

圖2　設(shè)計流程圖

4.2　制藥業(yè)MES功能模塊

自動化系統(tǒng)的驗證是極為繁瑣,模塊化的方法可使驗證更容易管理[6]。制藥業(yè)MES所包含的功能模塊與MESA國際聯(lián)合(MESA International)定義MES的個功能模塊有所不同,其主要包括[7-10]:

(1)信息管理門戶,通過信息門戶工作人員能通過Web瀏覽器對生產(chǎn)過程進行實施監(jiān)控,主要包括智能監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)訂單管理,其解決了要做的生產(chǎn)、如何生產(chǎn)、何時生產(chǎn)等問題,主要包括訂單導入、訂單分解、訂單派發(fā)、訂單執(zhí)行、歷史生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)的歸檔。

(3)生產(chǎn)管理,監(jiān)控生產(chǎn)過程,自動糾正生產(chǎn)中的錯誤,并向用戶提供決策支持,以提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)管理還應(yīng)具有報警功能,主要包括生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)過程管理。

(4)設(shè)備管理,通過對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控,數(shù)據(jù)收集和維護指導等相關(guān)措施,保證機器設(shè)備和相關(guān)資產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn),以實現(xiàn)企業(yè)的相關(guān)目標要求,主要包括設(shè)備維修維護、稱量器具管理、房間管理、容器管理。

(5)人員管理,提供作業(yè)人員的狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù),基于人員資歷,工作模式,業(yè)務(wù)需求等相關(guān)信息,輔助管理者對作業(yè)人員的安排進行指導,主要包括人員組配置、小組屬性配置、個人配置。

(6)工廠數(shù)據(jù)管理,通過對數(shù)據(jù)采集,收集來自人員,機器、設(shè)備、操作、工序、物料等方面的現(xiàn)場數(shù)據(jù),以便其他相系統(tǒng)和人員進一步使用,主要包括物料主數(shù)據(jù)、組織人員數(shù)據(jù)管理、車間數(shù)據(jù)管理。

(7)物料管理,首先對稱重配料進行管理,即稱量的結(jié)果從稱量工具中自動讀取并打印條碼,條碼信息包括原料名稱、原料批號、原料有效期、原料重量、用于投料的產(chǎn)品批次等;然后是物料追蹤管理,包括對物料移動、物料消耗、物料轉(zhuǎn)換、新物料批的創(chuàng)建、分解和結(jié)合等有關(guān)物料變化的生產(chǎn)作業(yè)進行實時跟蹤以及任何批或小批物料屬性的變化均得到跟蹤,并與其他相關(guān)信息保存在一起;最終能進行歷史物料數(shù)據(jù)的歸檔,即所有和物料有關(guān)的信息都保存在歷史數(shù)據(jù)庫中,隨時可對這些數(shù)據(jù)進行查詢和檢索。

(8)生產(chǎn)質(zhì)量管理,實時采集質(zhì)量信息,確保嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量,及時發(fā)現(xiàn)問題的所在,且能妥善解決所存在的質(zhì)量問題,包括在線質(zhì)量管理、離線質(zhì)量管理。對從生產(chǎn)中采集的數(shù)據(jù)進行實時分析,確保適當?shù)漠a(chǎn)品質(zhì)量控制,能迅速發(fā)現(xiàn)所需引起注意的問題,并提供相應(yīng)的解決方案。

(9)電子批記錄,制藥業(yè)MES中的EBR(Electronic Batch Record)模塊自動生成符合GMP和FDA要求的電子批記錄,實現(xiàn)對藥品生產(chǎn)過程工藝參數(shù)、緊急事件處理情況、操作人員進行實時跟蹤記錄,以便將來的歷史追蹤。藥品的生產(chǎn)安全生命周期是:分析→工藝設(shè)計→配方設(shè)計→生產(chǎn)計劃→生產(chǎn)指令→生產(chǎn)執(zhí)行→審批、放行→藥品入庫,而所謂的批記錄始于生產(chǎn)指令的下達,至于成品的入庫,采用“批號”來標識同一批的產(chǎn)品。系統(tǒng)將采用條碼來標識記錄藥品生產(chǎn)物流階段“批號”信息。完整的批記錄包含從生產(chǎn)設(shè)備上采集的實時數(shù)據(jù),化驗室的檢驗結(jié)果,稱量數(shù)據(jù),物料庫存,生產(chǎn)過程中的物料消耗,人工操作記錄等。

(10)配方管理:配方是制藥業(yè)的核心機密,對配方的安全管理涉及到企業(yè)存亡。首先生產(chǎn)配方管理即配方是由專業(yè)人士設(shè)計出來,并經(jīng)過驗證有效且得到企業(yè)領(lǐng)導批準的配方才能進行保存、生產(chǎn),其次是配方維護管理,即需要對配方的查看、修改等功能進行權(quán)力設(shè)置,并不是參與生產(chǎn)的所有人都能擁有的。

制藥業(yè)MES所包含的功能模塊不是開發(fā)者主觀選取設(shè)計的,主要根據(jù)制藥行業(yè)的特點設(shè)計,滿足了GMP提出的要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過程、包裝運輸以及質(zhì)量控制等方面按國家有關(guān)法規(guī)達到衛(wèi)生質(zhì)量要求,形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范,幫助企業(yè)改善衛(wèi)生環(huán)境,及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題并加以改善。而電子批記錄的設(shè)計主要是符合FDA提出的 21 CFR Part11(電子數(shù)據(jù)記錄和電子簽名)標準,其基本要求為:(1)跟蹤關(guān)于某用戶某時間對機器進行的操作完整記錄。(2)重要的操作必須能追蹤到具體負責人,如使用電子簽名。

5MES實施案例及效果

國內(nèi)某大型制藥企業(yè)實施了羅克韋爾公司的制藥業(yè)MES,即PharmaSuite軟件,實現(xiàn)制藥行業(yè)的MES應(yīng)用,系統(tǒng)的多個控制界面如圖3所示,左上角界面為配方工作臺,配方設(shè)計器符合S88和S95標準以及可重復使用的配方構(gòu)件,符合GXP的變更控制;右上角為質(zhì)量管理功能模塊,包括測試定義、執(zhí)行,實時質(zhì)量儀表盤,基于偏差的處理,偏差審核放行;左下角是稱重與配料工作臺,主要是流程化的稱量操作過程,只有先稱量了主料后才能進行輔料稱量,由條碼掃描設(shè)備掃描稱量的工具,以及稱量的材料;右下角是配方的執(zhí)行,執(zhí)行過程采用一致的方式,提高質(zhì)量和合規(guī)性。

圖3　實施案例1

每部分操作完成后需要1人以上的電子簽名,且會生成相應(yīng)的文件。例如在稱量配料工作臺結(jié)束后會生成如圖4所示的兩個文件,左邊的是稱量配料結(jié)束后生成的一個打印標簽,該標簽的內(nèi)容包括稱量操作人員、稱量設(shè)備、稱量結(jié)果、稱量日期、稱量材料的屬性等信息,下一個操作間可以通過電子槍掃描標簽上的二維碼來讀取該標簽;而右圖是生成的完整而正確稱量配料報表,實現(xiàn)了無紙化記錄。

圖4　實施案例2

該企業(yè)將MES系統(tǒng)實施前后進行了數(shù)據(jù)對比如圖5所示,在產(chǎn)品的審核放行階段,周期減少了30%～60%;制造周期減少了15%～20%;調(diào)研周期減少了20%～30%;新配方設(shè)計周期減少了10%～45%;培訓周期減少了20%～30%。

圖5　實施案例3

6結(jié)束語

制藥企業(yè)采用MES實現(xiàn)了制藥生產(chǎn)的信息化管理,提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)風險和運營成本。制藥業(yè)MES在歐美等發(fā)達地區(qū)應(yīng)用已較為廣泛,實施后的效果也是得到廣泛驗證的,而在國內(nèi),只有少數(shù)大型的制藥企業(yè)實施了MES的部分模塊。新版GMP參照的是歐盟標準,外資藥企前期就是按這一標準進行設(shè)計的,能很快適應(yīng)新一輪認證,所以新版GMP的規(guī)定將掀起制藥業(yè)MES在國內(nèi)制藥業(yè)的應(yīng)用熱潮。

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