Die biologische Fertigung tritt in eine neue Ära ein. Edelstahlsysteme, die einst das Rückgrat der Massenproduktion bildeten, werden zunehmend durch Einweggeräte ersetzt, die schneller einsetzbar, einfacher skalierbar und besser an die Anforderungen der modernen Arzneimittelentwicklung angepasst sind. Diese Umstellung bringt jedoch auch operative Herausforderungen mit sich: mehr manuelle Schritte, ein höheres Fehlerpotenzial und eine größere Komplexität in der Fertigung.
Auf Operations Calling berichtete das Team hinter Sartorius, wie es eine digitale Ausführungsebene entwickelt hat, die auf die Realitäten der Einwegfertigung zugeschnitten ist. Von elektronischen SOPs bis hin zu kontextbezogenen Gerätedaten zeigten sie, wie komponierbare Apps Fehler reduzieren, die Rückverfolgbarkeit verbessern und über Reinräume hinweg skaliert werden können, ohne auf starre MES angewiesen zu sein. Ihr Ansatz bietet einen Entwurf für Betriebsteams, die mit den Komplexitäten der modernen Biofertigung konfrontiert sind.
Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung von Edelstahl zu Einwegsystemen und bietet einen praktischen Einblick, wie Teams die damit verbundenen operativen Herausforderungen bewältigen.
Eine vierstufige Betrachtung der Entwicklung der biologischen Fertigung
Die Entwicklung von Edelstahl zu Einwegsystemen wirkt sich auf alle Ebenen der biologischen Fertigung aus. Um diesen Wandel zu verstehen, muss man über die Ausrüstung hinaus auch die Ausführung, die Dokumentation und die digitale Architektur betrachten.
1) Physische Ausrüstung: Von Edelstahl bis Einweg
Edelstahlsysteme wurden für Langlebigkeit und Präzision entwickelt, jedoch bringen sie in den heutigen schnelleren und fragmentierteren Rohrleitungen erhebliche Nachteile mit sich:
Betriebliche Gemeinkosten: Reinigung, Sterilisation und Validierung verlangsamen den gesamten Prozess.
Ressourcenkosten: Wasser, Chemikalien und Versorgungsleistungen summieren sich schnell.
Unflexibilität: Die Umrüstung von Anlagen für neue Produkte ist selten schnell oder einfach.
Viele Teams stellen derzeit auf Einwegsysteme um, um die Produktion in der Frühphase und agilere Entwicklungszyklen zu unterstützen. Diese Konfigurationen basieren auf Einwegbeuteln und modularen Geräten und bieten folgende Vorteile:
Kürzere Umrüstung
Weniger Reinigungsschritte und Validierungsanforderungen
Geringeres Kontaminationsrisiko und geringerer Ressourcenverbrauch
2) Prozessausführung: Von automatisierungsgesteuert zu bedienerorientiert
Die Umstellung auf Einwegsysteme verändert die Art und Weise, wie Prozesse in der Fertigung ausgeführt werden, erheblich. In Edelstahlumgebungen erfolgte die Ausführung weitgehend automatisiert. Die meisten Vorgänge wurden durch Rezepturen vorgegeben, und die Bediener überwachten in erster Linie die Anlagen.
Einwegsysteme erfordern wesentlich mehr manuelle Eingriffe. Die Bediener sind nun für die Installation von Verbrauchsmaterialien, die Durchführung von Integritätstests, die Entnahme von Proben und die Reaktion auf unerwartete Ereignisse während einer Charge verantwortlich. Wie in der Sitzung beschrieben, bestimmt das Rezept nicht mehr alle Vorgänge, sobald ein Durchlauf gestartet wurde.
„Bei Einwegprodukten sind im Prozess wesentlich mehr manuelle Eingriffe erforderlich. Wenn eine Charge läuft, bestimmt nicht unbedingt das Rezept alles. Möglicherweise müssen Sie eine Probe entnehmen, ein Verbrauchsmaterial austauschen oder auf etwas Unvorhergesehenes reagieren.“
Mit zunehmender Beteiligung des Menschen wird es schwieriger, die Konsistenz aufrechtzuerhalten. Die Ausführungsqualität hängt nun nicht mehr nur von der Ausrüstung ab, sondern auch davon, wie gut die Bediener bei komplexen Entscheidungen in Echtzeit angeleitet werden.
3) Dokumentation: Von Papierunterlagen zur digitalen Ausführung
Papierbasierte Dokumentation stellt seit langem eine Schwachstelle in der biologischen Fertigung dar. Trotz der Modernisierung der Anlagen verlangsamen handschriftliche Chargenprotokolle, Ordner mit SOPs und physische Unterschriften die Produktion und erhöhen das Risiko.
„Ich hatte kürzlich einen Kunden, der 50 Unterschriften benötigte, um einen einzigen Chargenprotokoll zu genehmigen, und das war bereits die vereinfachte Version.“
Solche Gemeinkosten sind nicht nur ineffizient, sondern führen auch zu Reibungsverlusten in den Bereichen Produktion, Qualität und Compliance. Ein skalierbarerer Ansatz beginnt mit zwei grundlegenden Veränderungen:
Schritt 1: Digitalisieren Sie SOPs mit hoher Reibung
Beginnen Sie mit den Verfahren, die die größte Variabilität aufweisen oder eine genaue Überwachung erfordern, wie beispielsweise die Installation von Beuteln oder Integritätstests. Digitale SOPs sollten:
Bitte stellen Sie eine klare, schrittweise Anleitung am Einsatzort zur Verfügung.
Bitte fügen Sie eingebettete Grafiken oder Videos ein.
Erfassen Sie Benutzereingaben automatisch
Versionskontrolle durchsetzen und Prüfpfade generieren
Dies verbessert nicht nur die Ausführung, sondern beschleunigt auch die Einarbeitung, insbesondere in neuen Einrichtungen oder Teams mit hoher Fluktuation.
Schritt 2: Erweiterung auf elektronische Chargenprotokolle eBRs)
Sobald die digitalen SOPs funktionieren, erweitern Sie diese Struktur auf Chargenprotokolle:
Ersetzen Sie handschriftliche Einträge durch strukturierte digitale Daten.
Automatisieren Sie Genehmigungsprozesse mit digitalen Signaturen.
Validieren Sie wichtige Schritte und Berechnungen in Echtzeit.
Schaffen Sie Transparenz für die Qualitätssicherung und den Betrieb während der Arbeit.
Ein Beispiel: Anstatt die Ergebnisse von Beutelintegritätstests auf Papier zu protokollieren, kann ein digitales System die Ergebnisse erfassen, sie mit einer Chargennummer verknüpfen und bei wiederholten Fehlern Warnmeldungen auslösen. Dadurch wird der Qualitätskreislauf schneller und mit weniger manuellem Aufwand geschlossen.
Letztendlich geht es bei digitalen Aufzeichnungen nicht nur um die Einhaltung von Vorschriften. Sie beeinflussen die Ausführung, reduzieren Schwankungen und tragen dazu bei, dass die Bediener zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Maßnahmen ergreifen.
4) Digitale Systeme: Von starren Plattformen zu komponierbarer Architektur
Mit der zunehmenden Verbreitung digitaler Systeme sehen sich viele Teams mit einem bekannten Engpass konfrontiert: einer starren Architektur. Die Integration neuer Anwendungen oder Geräte erfordert häufig lange IT-Zyklen und externe Integratoren, was die Innovation vor Ort verlangsamt.
Aus diesem Grund entscheiden sich immer mehr Hersteller für eine komponierbare Architektur, d. h. einen modularen Bausteinansatz für digitale Abläufe. Anstatt ein einzelnes System für jeden Anwendungsfall anzupassen, erstellen Teams kleinere Anwendungen, die im Laufe der Zeit konfiguriert, erweitert und skaliert werden können.
Jede einzelne von uns entwickelte App ist vollständig konfigurierbar und kombinierbar. Sie ist flexibel gestaltet und passt sich Ihren Prozessanforderungen an.
Zu den Vorteilen komponierbarer Systeme gehören:
Schnellere Bereitstellung: Beginnen Sie in kleinem Rahmen und entwickeln Sie iterativ weiter.
Herstellerunabhängige Unterstützung: Verbinden Sie verschiedene Gerätetypen miteinander.
Keine Bindung an einen bestimmten Anbieter: Flexibilität ohne Fragmentierung
Skalierbarkeit: Erweitern Sie Ihre Infrastruktur, ohne sie neu aufbauen zu müssen.
Um jedoch die Nutzbarkeit über Teams und Standorte hinweg zu gewährleisten, ist Governance von entscheidender Bedeutung. Zu den bewährten Verfahren gehören:
Vereinheitlichung der Benutzererfahrung und des Brandings über alle Anwendungen hinweg
Verwendung eines gemeinsamen (jedoch erweiterbaren) Datenmodells
Festlegen, wer Apps erstellen, ändern und bereitstellen darf
Dokumentation von Änderungen, um eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen zu vermeiden
Es besteht immer das Risiko, dass eine App in Rosa und eine andere in Gelb gestaltet ist. Governance gewährleistet Konsistenz, ohne die Flexibilität zu beeinträchtigen.
Durch die Entwicklung von Systemen, die sich mit Ihren Prozessen weiterentwickeln, schafft die Kombinierbarkeit eine widerstandsfähigere Grundlage für digitale Abläufe.
Ausblick: Kontinuierliche Transformation und KI
Der Übergang zu Einwegsystemen ist nur eine Phase einer umfassenderen Transformation. Mit der Weiterentwicklung der digitalen Infrastruktur prägen zwei Trends die Möglichkeiten in der Fertigung neu: kontinuierliche Transformation und angewandte KI.
Kontinuierliche Transformation: Über Batches hinausgehen
Anstatt in diskreten Durchläufen zu produzieren, verbindet die kontinuierliche Umwandlung einzelne Arbeitsschritte zu einem stetigen, koordinierten Ablauf. Die Vorteile liegen auf der Hand:
Höherer Durchsatz bei weniger Umrüstungen
Verbesserte Produktkonsistenz
Geringere Kosten pro Dosis
Dies stellt jedoch auch höhere Anforderungen an den Betrieb. Die Prozesse müssen sorgfältig koordiniert werden und in Echtzeit über alle Schritte hinweg einsehbar sein, was nur mit robusten digitalen Systemen möglich ist.
„Die Entwicklung von der Serienfertigung zur kontinuierlichen Fertigung ist ein Prozess, und dabei spielt die Automatisierung eine wesentliche Rolle.“
Die Rolle der KI: Von der Automatisierung zur Intelligenz
KI ist nicht mehr nur Theorie. Teams setzen sie bereits ein, um:
Weisen Sie Anomalien auf, bevor sie zu Abweichungen werden.
Validierungsdokumentation erstellen
Begleiten Sie die Betreiber durch komplexe Entscheidungspunkte.
Identifizieren Sie die Ursachen anhand historischer Daten.
Es geht nicht darum, Menschen zu ersetzen, sondern darum, bereits vorhandene Daten in einen Kontext zu bringen.
Bei korrekter Anwendung wird KI zu einer zusätzlichen Intelligenzebene über den digitalen Abläufen, die die menschliche Entscheidungsfindung ergänzt, anstatt sie zu ersetzen.
Nachhaltigkeit und Effizienz gehen Hand in Hand
Digitale Systeme unterstützen auch umfassendere Nachhaltigkeitsziele. Durch die Reduzierung manueller Nacharbeiten, Reinigungszyklen und Abfall können Hersteller:
Minimierung des Einsatzes von Chemikalien und Wasser
Reduzieren Sie den Energieverbrauch
Reduzierung der Umweltbelastung jeder Charge
„Es erscheint zwar kontraintuitiv, aber Einwegprodukte können tatsächlich nachhaltiger sein, da wir den Reinigungsschritt eliminieren und den Chemikalienverbrauch reduzieren.“
Der Weg in die Zukunft besteht nicht nur darin, Bestehendes zu digitalisieren, sondern auch darin, eine Grundlage für intelligentere, schnellere und nachhaltige Fertigung zu schaffen.
Die biotechnologische Fertigung entwickelt sich weiter, mit schnelleren Produkten, mehr manuellen Schritten und höheren Erwartungen in der Produktion. Der Erfolg hängt nun davon ab, wie gut Teams die Ausführung steuern, nicht nur von der Konstruktion der Anlagen. Beginnen Sie dort, wo die Variabilität am höchsten ist. Bauen Sie flexible Systeme auf. Verbinden Sie Menschen, Daten und Entscheidungen. Dieser Wandel ist nicht nur technischer, sondern auch betrieblicher Natur. Und er hat bereits begonnen.
Wie Tulip
Tulip Bioproduzenten, flexible digitale Systeme zu entwickeln, die auf Einwegumgebungen zugeschnitten sind. Anstelle von starren MES Papierprozessen können Teams schrittweise digitale SOPs erstellen, die Aktionen der Bediener in Echtzeit verfolgen und diese direkt mit den Gerätedaten verknüpfen. Dies hilft dabei, den Kontext und die Ereignisse, wann und warum sie stattfanden, zu erfassen und gleichzeitig die Schulungszeit zu verkürzen, die Konsistenz zu verbessern und die Überprüfung zu beschleunigen. Die komponierbare Plattform Tuliplässt sich auch in gemischte Gerätekonfigurationen integrieren, wodurch die Skalierung und Standardisierung der Ausführung in allen Einrichtungen vereinfacht wird.