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导语

近两年生物制药行业逐步进入到商业化生产，自动化控制也成为目前行业内讨论的热点话题。自动化控制相对于传统手工操作，具有精准、稳定、工艺稳健等优势，这也是目前生物制药迈向商业化生产所急需，通过自动化控制提高产品质量，降低失败率和成本，最终可以提高在行业内的竞争力。

相对于其他行业而言，生物制药行业工艺具有一定程度的复杂性，因而在生物制药行业车间内层级的自动化控制也具有其他不同控制模式。

辅助生产单元

在辅助生产单元诸如水系统、CIP系统等公用工程，操作工艺相对简单、固定，在这些单元的自动化控制与传统行业类似，比较早就引入了普适性的或者更高的S88Batch控制系统(Emerson、Rockwell、Siemens等)，简化了公用工程区域的工艺操作及维护。

核心生产环节

在核心生产环节，工艺相对复杂可变的诸如细胞培养、纯化、过滤等单元，更多还是保持单体设备自身独有的控制系统:从单个工艺步骤来讲设备为自动化运行，在该工艺步骤上这些独有的自动化控制系统都是基于细胞培养、层析工艺进行开发的，可以更契合的匹配这些核心单体设备的操作需求，同时实现精准、稳定、工艺稳健的效果。

整个工厂的自动化控制

从整个工厂的自动化控制角度，这些独有的自动化控制系统，也具有ProfibusDP、Profinet、EthernetIP等稳健的握手协议配合整个工厂进行自动化联动控制的能力，在生物制药行业内也有很多应用实例，这样的模式在保证了工艺复杂的单体设备运行稳定的基础上，实现了工厂联动控制的预期。

但是还是有很多大型企业，特别是生产场地多的药企期望在这些工艺相对复杂的核心生产单元进行S88Batch模式引入，打破之前独有的单体自动化控制平台，实现整个工厂水平的统一的自动化控制模式，方便生产及管理。为什么要在这些核心的生产单元引入S88Batch，引入时需要考量哪些风险及市场上目前有哪些解决方案，本文就关于这些模块进行初步探讨。

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S88Batch是ISA协会对于批处理生产工艺定义的自动化标准。

一是将生产相关的自动化活动分成了物理模型和过程模型(见图1)，方便硬件及配方的管理，同时也方便各个职能专家(自控工程师，工艺工程师)尽可能在各自优势的专业领域深耕。

图1ISA88的物理模型(左)和过程模型(右)

二是通过Batch的概念，使得产品的生产从进料到成品整个过程统一管理，形成真正批的概念。Batch在这里就如交响乐中的指挥一样，使得各个乐器按照整个乐曲的各个部分和谐的完成，同理到企业中，就是协调生产的各个设备按照统一大配方进行同一理解的产品生产，保证产品质量及产能。

生物制药的生产模式大部分也是一种Batch的生产概念，在生物制药中引入S88Batch也会获得各个车间内设备基于最终产品理解的大配方，此时车间内的各个设备更像工厂这个整体的功能组件，为一个药品协同工作。此外，在生物制药中引入S88Batch还可以为企业的管理带来其他价值，比如：

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方便技术转移

对于在不同地区均有生产场地的企业，当市场上对于药品需求增大时，方便尽快转移到其他场地进行扩产生产。

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维护简单

整个工厂采用同样品牌的控制器，对于企业从事工厂维护工作会更容易，一个品牌控制器的维护只需要储备对应该品牌的维护工程师及备品备件。

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透明化管理

S88Batch的软件平台基本上很多是开源的，企业可根据自身需求查看其底层组态逻辑，或者自定义组态。

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当然，要实现这样的技术价值，制药生产企业也需要提前布局相关技术储备工作。

首先，对于车间内的设备，如细胞培养、超滤、层析等大部分设备与工艺结合十分紧密，如更改为统一的S88Batch控制平台，需要既懂工艺又懂自控的专业人员才可精准高效的完成对应工作，就如精确翻译生物制药英文文献一样，需要了解这个行业并且懂英文才能实现。

其次，虽然Batch最初的定义是期望通过物理模型、过程模型的划分，方便自控工程师和工艺工程师可各自负责对应的工作，但要将设备真正运转，还是需要各自跨界，就如读一篇文献，作为读者的我们还是需要了解相关图表产生的背景，才可明白该数据对我们的价值。同理，自控工程师需要理解一定的工艺，这样组态的物理模型更方便工艺同事运行配方使用；工艺工程师也需要了解一定程度的自控，这样接受自控工程师关于设备使用介绍时可充分理解工艺中的运转模式。

最后，将车间内细胞培养、超滤、层析等设备成熟的控制平台抛弃，更换为新的S88Batch平台，也需要额外的调试验证工作，特别是如果车间内设备的S88Batch平台是基于项目全新开发，之前无使用基础，此时是需要严格参考GAMP5进行相关5类软件验证工作，确保其安全透明。

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Cytiva作为行业内重要的设备供应商，可以提供从细胞培养、层析、超滤等原液生产的车间内工艺设备及灵活生产线。所有设备的设计及开发均是基于工艺的理解及使用习惯。此外，Cytiva也有专门的自动化团队及相关的合作伙伴，在Emerson、Rockwell、Wonderware等不同的S88Batch平台具有充足的自动化经验。这些方面的积累使得我们可以在车间内设备开发不同的S88Batch方案，解决生物制药企业向整厂S88Batch转型的困境。

接下来以在Emerson的DeltaV平台进行的层析设备Batch方案为例，介绍下我们的车间内S88Batch方案。

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在开发DeltaV等S88Batch控制平台方案时，Cytiva使用已有的成熟物理模型、过程模型、图像等相关Library，在现场整合到生产企业上层的数据库后便可直接使用，简化了现场自控工程师的调试工作。生物制药企业的工艺工程师都很熟悉层析的Unicorn软件，其工艺和控制的整合性得到了市场的普遍认可。在DeltaV等S88Batch控制平台的CM、EM物理模型和Phase的过程模型进行组态时，采用基于Unicorn对于工艺的理解进行配置，方便现场工艺工程师操作。下图2为DeltaV版本的?KTAProcessEM控制模块，其逻辑就借鉴了Unicorn的ManualControl中的逻辑理念。

图2DeltaV版本AKTAProcessEM模块（从左到右依次为入口、流速、直至出口）

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Cytiva的自动化部门在进行相关S88Batch控制平台方案开发时，均是基于对于工艺的理解，在自控平台上开发对应的产品，对应不同的行业应用，比如在下游的层析、连续化生产、在线配液、超滤等均有相应的工艺科学家；对于不同S88Batch平台，也配备了相应的自动化专家及合作伙伴，这样的组合才使得车间内所有底层设备的S88Batch方案开发成为现实。下图3为DeltaV版本的BioprocessPCC，可见其直观的图像结合了连续流工艺多柱位上样切换设计。

图3DeltaV版本BioprocessPCC

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Cytiva在生物制药的生产中提供全线工艺设备及灵活生产线，以此为基础就可以在开发DeltaV等S88Batch方案时，以成熟产品形式开发，最终的不同S88Batch方案均是成熟的标准产品。所有相关的验证工作，类似于Unicorn平台一样在工厂内已经完成，简化了现场对于设备的调试验证工作。在现场支持方向，Cytiva内部也储备了专门的工艺和自控团队及成熟的合作伙伴，可以提供关于车间内设备的自控和工艺的支持，缩短项目调试时间。

国内的生物制药逐渐迈入生产阶段，特别是在不同地区均有生产基地，S88Batch方案在方便技术转移、集团管理及后期ISA95、工业4.0拓展上均具有很大优势。但考虑药品的特殊性，生物制药行业对于工艺及验证的要求会更高一些，要做到合适、稳定的整厂S88Batch方案搭建，需要自控、工艺、行业等均有专业的储备才能在预期时间达到最佳效果，Cytiva作为生物制药行业的设备及灵活生产线供应商，一直在为客户提供不同的解决方案，以满足行业多样化的先进技术需求。

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