制药公司总是在和时间赛跑——尽管医药行业的专利可以获得20年或更长时间的知识产权保护，但制药公司通常需要花费 12 年甚至更长的时间将专利中的创意转化为可推向市场的产品，产品开发通常耗资几十亿美元，最后留给制药公司收回成本的时间只有短短几年。作者相信未来十年，医药行业通过数字技术进行的制造创新将可能成为该行业的标志性成果之一。

尽管医药行业的专利可以获得20年或更长时间的知识产权保护，但制药公司通常需要花费 12 年甚至更长的时间将专利中的创意转化为可推向市场的产品，产品开发通常耗资几十亿美元，最后留给制药公司收回成本的时间只有短短几年。业内专家估计，将一种新型疗法推向市场的成本可高达25亿美元。不仅如此，在开发或监管审批过程中，制药公司每天损失的潜在收入高达100万美元。在5000个分子中，只有一个分子有商业化的机会。

药物生产过程非常耗时，整个供货周期可持续365天，其中228天用于药物生产，75天用于药物配方，41天用于产品包装。其中库存相关的时间（包括原材料存储、中间产品存储和运输配送）都可能持续250天。

未来十年，医药行业通过数字技术进行的制造创新将可能成为该行业的标志性成果之一。数字化技术带来的变化不仅有助于降低药品制造成本，缩短将治疗方法推向市场的时间，还将有助于为个性化医疗等先进理念铺平道路。通过降低成本以及帮助公众更深入地了解医药行业的运作流程，这些变化或许还可以潜移默化地修复医药行业、公众和监管机构之间关于药物定价的分歧。

某种程度上，电子行业所取得的成功值得医药行业借鉴。20世纪80年代早期，许多知名的大型技术公司，其运作方式通常是自成一体的。半导体厂商不仅设计芯片，而且制造芯片。计算机厂商也能够自行开发计算机组件和中间件。然而，不断增长的需求、不断攀升的成本以及复杂的生产架构，最终导致了新型商业模式和标准的出现。

台积电（TSMC）公司开创了制造工厂外包的先河，而ARM公司则致力于推广当时颇具前瞻性的知识产权许可这一创想。今天，很少有芯片制造商使用自己的设施进行生产，而且几乎所有的芯片制造商都会通过授权IP这种方式，将他们的设计转化为成品。合约制造商也能够凭借自己的实力从“配件组装店”这种小规模的代工店成长为像联想这样的领先品牌。行业的专业化推动了这一模式的良性循环，从根本上改变了每一个行业。同时，“机架和堆栈”这种数据中心和超级计算机模式，由于其服务器和网络设备规格统一，易于更换，导致了IBM 和NEC等公司的传统超级计算机设计溃败。

生命科学和医药行业的变革和创新不会也不可能采用与电子行业相同的模式。与成本节约相比，安全性、疗效和产品质量是更为重要的因素。同样，制药公司在监管框架内运作，这也是其他行业无法比拟的。尽管如此，采用创新的方法来简化成本和生产流程，从长远来看肯定可以降低成本、加速创新和发掘新的业务模式。

模块化制造

药品制造必须货真价实。高端的生产设施（那些闪闪发光的不锈钢机器）通常需要3～7年的时间才能建成，耗资高达2～5亿美元，但通常只能用于少数几种产品的生产。短短几年内，一些公司花在生产场地上的费用就会高达数十亿美元。与半导体行业一样，严格的制造要求（洁净的环境，近乎完美的一致性，高通量、高容量、高产量）、居高不下的研发成本、不断进化的套装生产工具，种种因素使得制造成本不断攀升。经济周期和不可预见的竞争会进一步加剧制药行业的风险。

在开发阿尔茨海默氏症药物 Aducanumab的生产平台时，Biogen 公司决定采取不同的方法。他们没有像以往那样根据需求建造大型的、统一的生产设施；相反，他们采用了七个较小的、完全一样的模块化设施来进行发酵，这些设施可以在不影响质量和一致性的情况下彼此独立运行。通过采用模块化设施，可以加速商业生产，同时可以在更长的时间段内分配资本。模块化这一方法随时间的推移更容易扩展。通过使用实时数据对发酵过程进行微调，他们实现了重大的转变。换言之，利用实时数据和算法，他们能够通过小规模生产达到大规模生产的效果。

通过使用实时资产和带有时间背景的数据，以及 58 种不同界面的组合，Biogen公司创建了BES 集成解决方案，通过异常流程审核将其测试流程转移到了生产车间。借助预测模型（随实践不断完善），该解决方案能够预测生产过程中的批次质量。现在，企业主管无需等待两到三天查看实验室结果，他们可以直接访问实时报告和通知，其中任何质量和流程问题都会突出显示。通过将时序数据与生产环境相结合，他们可以在批次进入下一环节之前解决问题并实时进行调整，而不是简单地报废材料。

通过采用 BES 集成解决方案，Biogen公司希望将测试时间缩短 50％、将批次异常减少 70％、将批次审核时间缩短 70％。总体而言，这一项目将帮助 Biogen公司降低成本、提高产量并最终扩大生产。（Biogen 已暂停了 Aducanumab 药物方面的工作，但仍会在瑞士继续建设索洛图恩工厂，该工厂将于2020年底上线。）

另外，制造商正在试验使用“一次性”塑料设备，这一创新方法有助于缩短上市时间和减少资本投资。制造商采用模块化（40 英尺高的集装箱）的生产方式可以降低生产过程的资金成本，最大限度减少供应链上的挑战，降低能源和水的消耗。使用集装箱化的模块式生产，可以在客户所在区域设立新的生产设施，从而减少运输时间、关税和其他成本。

持续制造

虽然制药行业传统上采用批次生产流程，但技术进步正在推动整个行业向持续制造迈进。现在，不需要在每个步骤之后停止生产以测试样品，只需要将敏感产品存储起来或者将材料运送到另一个设施便可以在原设施中继续完成生产，这种连续制造的方法能够在同一台设施内进行不间断的生产。通过采用由实时运营数据支持的综合生产线，制药公司正在消除不同生产批次之间的等待时间，并降低与存储敏感成分相关的风险。持续制造可能帮助药品制造商额外获得500亿美元的年收入，但它需要无缝的流程集成和最大程度的流程控制来支持。为实现这一目标，运营数据和自动化处理将发挥更大的作用。借助新的工具和系统，制造商可以消除时间限制并缩短交付周期、降低能耗并提高产量。

分层分析将在持续制造方面发挥关键的作用，其中采用的一些算法侧重于流程内优化或调整，而其他算法则通过挖掘相同和/或类似产品数年（如果不是几十年）的历史数据对整个流程进行调整和优化。当今工业界的“分析”通常被视为单一的市场或产品类别：未来，差异化的细分市场将会出现，这反过来可能会提高透明度、加快采用速度，当然也会降低使用和购置成本。

个性化药剂

个性化药剂是指特定于个体化的基因组而生产的药品批次。为了操作的经济性，制造商一次只能生产少量的产品，批次产量通常以亚升为单位。可以将个性化药剂生产视为一种在尺寸和产量上进一步缩小了规模的模块化制造。患者会受益于个性化药剂，而生产商则受益于较小的生产规模，但这种做法会增加维持黄金批次的挑战性。个性化药剂需要在患者就近处进行分布式制造，这将改变现有的流程和经济结构，患者最终将从改善的治疗中受益。

更精确的测试

创新会改善药物测试过程。Parexel 是专门从事生物制药和医疗器械行业研究的合约机构，他们正在建立一个平台，通过可穿戴设备来收集患者的测试数据。目前的常规做法是患者在规定的时间回访医生，这会导致样本数量少、随机性强、患者退出率高等问题。通过使用可穿戴设备，公司现在可以获得持续的数据流，实现持续的监控，从而得到完整的图像。但是，这种持续的数据收集方式会产生大量的数据，超出了网络的承受能力；Parexel公司的工作人员Isabel DeZegner估计，一个测试患者一天就可以生成 2.5GB 的数据。为了在管理信息流的同时挖掘数据价值，公司必须开发用于存储、缓存和传输数据的边缘云策略。实现这一目标需要时间，但它带来的可见性能让制造商更好的了解测试过程，从而缩短产品上市时间并降低测试成本。

更好的设施利用率

生产设施是药物制造过程的关键部分。精确的压力、湿度、温度以及其他参数设置可确保批次正常生产，但这些参数对建筑物会有要求。传统的做法中，科学家们会单纯解决这些参数的限制，而不是按照需求对建筑物的整体进行适当的配置。借助数字技术和运营数据，罗氏（Roche）制药正在改变他们的建筑规划。在罗氏制药的巴塞尔（Basel）实验室，所有墙壁都是可拆卸的，这使他们能够改变房间大小以适应新的工艺、机器和生产要求。该实验室配备了卫生屏障和备用走廊，这意味着他们在几天内就可以重构建筑物的布局配置。

虽然房间可以动态配置，但其规格其实非常严格。每个房间都在门上配有面板，显示当前的房间参数。具有适当权限的用户可以根据需求更改房间设置。通过使用从传感器收集的运营数据，罗氏制药可以通过正确的房间设置（如照明和温度）来确保批次结果符合要求，并确定是否因任何环境或配置变化而影响了生产结果。之前的房间场景参数会被保存起来，用户能够保存自定义的房间设置，也可以快速重现之前的设置。

对于罗氏制药而言，这种可配置的解决方案可以节省另外构建房间的成本，可以更好地适应未来的变化。不仅如此，科学家们还能最大限度对过程和设置进行控制，通过实时更改确保成功的批次生产。

合约制造

由于安全问题和监管要求，制药行业一直不愿意采用合约制造这一模式。对于 Lonza 和 Eli Lilly 公司来说，对合约制造商保持控制的关键环节就是数据带来的实时洞察力。

Lonza 是一家生物技术和化学制品公司，他们的专属配料部门管辖着全球 32 家工厂。这些工厂生产各种产品，从维生素到喷气燃料。其制造网络多样、复杂，并且分散在不同的地点。数字化是解决运营挑战和确保远程控制的唯一途径。确定了每个生产场地的痛点之后，Lonza 公司基于运营技术理念开发了生产力改进计划，并将其作为实现公司智能制造这一目标的路线图。
最大的痛点之一是，为了优化项目实施，他们的流程工程师需要花费将近一半的工作时间来收集和分析数据。为了解决这一难题，Lonza 公司实施了统一的数据管理系统，取代了各个站点分散的数据系统。通过结合使用 OSIsoft PI System、Microsoft、SEEQ 以及 Hans-Meyer-Engineering方面的专业知识，他们创建了一个具有高级分析功能的数字化基础架构，通过云端可以在全球范围内显示流程数据。现在，员工可以更好地了解执行日常任务所需的信息，同时公司拥有可扩展的解决方案，允许员工在任何位置处理棘手问题。总而言之，该项目帮助 Lonza 公司将成本降低了好几个百分点。

140 年来，Eli Lilly 公司始终致力于帮助各地的患者过上正常的生活。作为领先的胰岛素笔制造商，Eli Lilly 公司通过许多合约制造商来生产胰岛素笔。每支笔由四到五个部分组成，需要使用一系列的模具和机器，这些知识和工具都是 Eli Lilly 公司专有的。虽然通过合约制造模式，Eli Lilly 公司可以扩大胰岛素笔的生产规模，但由于设备是远程的，难免会影响设备的可见性和可控制性。然而，借助实时传感器数据和云技术，Eli Lilly 公司能够通过云端从合约制造商处实时传输数据，确保设备符合规范并及时识别任何生产问题。随着实时数据的涌入，Eli Lilly 公司的工程师能够正确构建定制机器，并在将机器交付给合约制造商之前为机器性能设定基准参数。机器交付后，他们可以近乎实时地查看生产数据，而以前至少需要一周才能查看这些生产数据。实时数据就像是生产车间的数字双胞胎，工程师能够直观地了解机器的停机时间并深入调查根本原因。

远程访问实时数据不仅使 Eli Lilly 公司对远程操作充满信心，也使合约制造商能够展示他们的质量和法规遵从性。整个供应链得到了更好的控制，同时还缩短了生产周期和库存时间。
总而言之，实时的运营洞察力意味着制药公司和合约制造商都能在确保高生产标准的同时满足法规要求。

结论

制药行业正处于历史的关键时刻。公众对创新型医疗保健解决方案的需求持续增长，但同时需要出台新法规，并进一步降低价格。投资人、制造商、公众和监管法律之间的紧张关系不再会沿着目前的轨迹前进。通过简化流程和成本，药品制造业的创新解决方案可能会舒缓前面这几个方面的紧张关系。制药行业可能永远不会有摩尔定律，但一些相同的概念显然也适用于这个行业。

本文作者系OSIsoft 公司生命科学领域行业负责人。