製薬業界のIndustry 4.0導入：規制産業におけるデジタル製造の推進方法の詳細

医薬品・バイオテクノロジーメーカーは、デジタル時代において多くのユニークな課題に直面しています。他の業界が新技術を活用し、継続的なプロセス改善によって生産性を大幅に向上させ続けている一方で、規制業界は比較的導入速度が遅いため、遅れをとることがよくあります。文書化、データ整合性、プロセス検証に対する厳しい要件は、企業の帯域幅を大きく消費するため、継続的な改善努力に割くリソースはほとんど残っていません。

このように変化に対する摩擦があるにもかかわらず、最新のソリューションによって、製造業者は業務の運営方法を見直すことができる新たな機会を得ることができます。いくつかのテクノロジーを導入することで、面倒な作業を自動化したり、技術者を補強してミスを防止したりすることができます。

物理システムとデジタルシステムを接続することで、製造業者はデータの整合性を確保し、生産の可視性を高め、データ主導の意思決定を行い、業務を継続的に改善することができます。

本ガイドは、製薬業界におけるデジタル製造の包括的な概要を提供し、具体的な戦略、使用事例、ケーススタディを紹介しています。

規制産業におけるデジタル能力構築のためのロードマップとお考えください。

Pharma 4.0は、デジタル戦略を医薬品製造という特殊な状況に適応させるためのフレームワークです。

実用的な面では、このフレームワークは、より多くの接続性、生産性の向上、コンプライアンスの簡素化、問題が発生したときに対応するための生産情報の活用能力を導入します。

この用語は国際製薬技術者協会（ISPE）によって商標登録され、ターゲットとなるコンポーネントとイネーブラーをこの用語に一致させ、製薬業界全体でデジタル成熟を加速させるためのベストプラクティスを提供します。

Pharma4.0フレームワークは、医薬品のライフサイクル全体を通して、ビジネス、IT、製造の優先順位を示す全体的なアプローチを提唱しています。

より速く、よりコストを削減し、より競争力のある、より機敏なビジネス目標」を達成するための支援に努めています。

ファーマ4.0は、デジタル技術への単なるアプローチではありません：それは考え方の転換です。製造業者は、コンプライアンス要件を満たすための効率性と有効性を高めるために、問題を特定し、高度な技術を導入する新しい方法を見つける必要があります。

ファーマ4.0の中核をなすのは、従業員同士のつながりから、人間中心のワークフローの導入、企業文化の転換に至るまで、人間です。そのため、企業はプロセスを自動化するだけでは不十分です。

このレベルのオペレーションを実現するためには、以下を考慮する必要があります：

• 紙ベースのプロセスと紙文書の排除

• 医薬品のライフサイクル全体にわたるより良いコミュニケーションによるデータのサイロ化の排除

• データの収集と共有が改善されるにつれて、規制当局との関係が緩和されます。

• バリデーションにおけるリスクベースかつ統合的アプローチへの転換

• バリデーションと結びついた総合的な管理戦略の実施

• 品質保証とコンプライアンスのためのデータ重視の高まり

Pharma 4.0は、製造業者が機敏に動き、迅速に反復し、リソースと労働者を結びつけ、最終的に患者の予後を改善する、より質の高い製品を製造することを可能にする製造パラダイムを想定しています。

ファーマ4.0オペレーティングモデルの実現要因の1つは、デジタル成熟度です。大まかに言えば、Industrie 4.0 Maturity Indexに概説されているように、デジタル成熟度には6つの段階があります。企業のデジタルトランスフォーメーションを管理する-UPDATE 2020.完全なデジタル成熟度を達成するためには、今すぐ変革を開始する必要があります。

成熟度が最高レベルに達すると、企業は自己適応力を持つようになり、激動する経済情勢に耐え、ビジネス目標を素早く転換してチャンスをつかむことができるようになります。

確実に成功させるためには、各段階が前の段階を積み重ねるような計画的なアプローチを取る必要があります：

1.コンピュータ化：成熟の第一段階は、デジタル技術を導入して単純な手作業プロセスを自動化すること。目標は、コンピュータで実行した方がよい反復作業を見つけることであり、デジタル・インフラストラクチャーの基礎を作ることです。

2.接続性：IT、OT、通信システムが互いに同期していないことが多いため、現在はデータのサイロが存在しています。システム統合により、データは組織全体をシームレスに流れるようになり、スタッフはより効率的に業務を遂行できるようになります。

3.可視性： これは、多くのメーカーが段階的な改善に着手する分野です。人、機械、プロセスが接続されることで、生産に関する実質的なデジタル記録が作成され、リアルタイムのデータ駆動型の意思決定に使用することができます。

4.透明性：データが増えれば、複雑なシステムに関する新たな洞察が得られます。高度なアナリティクスは、改善の機会を進化させます。

5.予測可能性：詳細な生産記録により、メーカーは問題が発生する前に修正することができます。

6.適応性：システムは問題を予測し、自ら適切な行動を開始します。最も高度になると、これらのシステムは自律的に自己修正するようになります。

医薬品製造ラインが問題を検知し、自己修正するような現実には程遠いのが現状です。しかし、デジタル化とコネクティビティのベースラインから、洗練された予測システムに至るこの軌跡は、製造業者が今すぐ実現できるステップのひとつです。

適切な戦略があれば、その未来はそう遠くないかもしれません。製薬メーカーは、デジタル化の小さな機会を見つけ、そこから始めることで、大きな利益を得ることができます。

デジタルトランスフォーメーションの戦略をまとめたり、スケーラブルで小さな改善機会を見つけたりすることは、些細な仕事ではありません。

目標が自律的で自己修正可能なシステムになることなら、問題はこうなります：どうやってそこに到達するのか？

その答えは、アジャイル・アプローチを採用し、革命的な生産性向上をもたらす着実な進化を目指すことです。ビッグバンを待たずに、今すぐ変更を開始し、頻繁に進化させましょう。ビッグバンを待ってはいけません！

インダストリー4.0は、近代的な製造現場で収束する一連のテクノロジーとして定義されることが多いのですが、それらすべてを結びつけるいくつかのコンセプトがあります。

1つ目は、モノの産業インターネットIIoT）です。IIoT 単なる技術ではなく、製造施設全体にわたる異種のアイテム、センサー、および人々のネットワーク化を指します。この接続性により、製造プロセスのより全体的な把握が可能になり、データのサイロ化が解消されます。

もうひとつのキーコンセプトは、サイバーフィジカルシステム（CPS）です。CPSは、工場内のさまざまなアクター間でより良いコミュニケーションとサポートを生み出すために、人間と機械のインプットを組み合わせたネットワークです。より簡単に言えば、CPSは、製造のデジタルおよび物理的領域にわたる活動を文脈化することによって、現場の人間をサポートする接続されたシステムです。

CPSは、より応答性の高い作業システムを構築することで、人々のより良い意思決定、新たな改善機会の発見、資源配分の最適化、品質の向上を支援します。CPSにより、人間はデジタル製造システムと手を携えて働きます。

IIoT CPSを組み合わせることで、医薬品製造のボトムアップアプローチが可能になります。階層的な制御モデルは、変更を実施する前に多くの情報を必要とします。IIoT CPSでは、制御は創発的です。

創発的とは、デジタル・システムが調和して動作することで新しいパターンが生まれることを意味します。具体的には、情報の量と質が向上することで、メーカーはリアルタイムで地域の問題を特定し、それに応じて改善を適応させることができるようになります。

創発を受け入れるということは、システムを稼働させ、そのアウトプットをサンプリングする前に、すべての答えを知ることはできないということを受け入れるということです。創発とうまく付き合うことが、革命ではなく進化を通じて価値を生み出す鍵なのです。

データの完全性は、Pharma 4.0 が最も貢献できる分野の一つです。実際、ISPEはデジタル成熟の望ましい成果として「Data Integrity by Design（設計によるデータ完全性）」を概説しています。

このことが分かっているにもかかわらず、多くの製薬会社は、ミスの起こりやすい紙ベースの文書に頼り続けています。製造中、エンジニアは機械の状態、バッチ情報、製造スケジュールを紙の用紙に記録します。これらのログは手間がかかり、転記ミスが起こりやすく、参照も困難です。工程の最後にミスが見つかった場合、修正するための選択肢はほとんどありません。

Pharma4.0ソリューションにより、メーカーは最も重要なデータのプロセスチェックを実施し、逸脱をリアルタイムでキャッチすることができます。これにより、例外処理にかかる時間を節約し、最初から正しいアプローチで製造することが可能になります。

紙ベースのワークフローからPharma 4.0主導の施設に軸足を移すには、システムをオーバーホールし、効率を改善するために巨大でモノリシックなソフトウェアを導入する必要があるという一般的な懸念があります。しかし、市場はより柔軟で適応性の高いシステムへとシフトしています。

コンポーザブル・ソフトウェアとは、ソフトウェアの機能に柔軟性と付加価値を与える「ビルディング・ブロック」を組み合わせて作られたシステムのことです。このシステム構造は、オペレーションの俊敏性を可能にしながら、変更のリスクを軽減する点で有利です。

現在、モノリシックなソリューションでは、機能のギャップを埋めるためにカスタマイズやポイントソリューションが必要です。また、汎用的なソリューションのためにプロセスを強制的に変更しなければなりません。しかし、コンポーザブル・ソリューションでは、製薬会社は独自のプロセスに適合する独自のソリューションを構築することができます。

これらのソリューションは、市民による開発も可能にします。多くのコンポーザブル・システムはノーコード機能を持つ傾向があり、ソフトウェア開発サイクルを加速させ、プロセスの専門家が特定のユースケースのためのソリューションを構築できるようにします。ユースケースとしては、デジタル作業指示書によるワークフローのエラー防止、ワークフロー中の 21 CFR Part 11 準拠の電子署名の要求、カスタマイズ可能なダッシュボードの作成によるリアルタイムの業務可視化などが考えられます。

高価なカスタマイズと長い実装時間を必要とするモノリシックなシステムとは異なり、コンポーザブル・ソフトウェアは、製薬会社が大きく考え、小さく始め、素早く動けるように、価値実現までの時間を短縮します。

Pharma4.0ソリューションによってメーカーがすでに価値を生み出しているいくつかの方法を見てみましょう。

電子日誌は、関連する生産情報を自動的に文書化し、手作業のプロセスを合理化すると同時に、データの完全性を劇的に改善します。これらの日誌は、機械やオペレーターからの情報をまとめ、統合することができ、プロセスの可視性を拡大します。さらに、電子ログは、写真、メモ、理由コード、デバイス履歴記録、および場所を統合することができ、紙ベースのフォームよりも全体的な生産記録を提供します。

電子日誌は、情報の帰属性、可読性、同時性、原本性、正確性を保証します（ALCOA）。

これらのログはデジタルであるため、コンプライアンスを証明するために簡単にアクセスすることができます。

多くのラインクリアランスプロセスは、複雑で時間のかかる変更作業です。紙ベースのプロセスでは、作業員は次のステップを探したり、前のステップの実行を確認したりするのに多大な時間を費やし、実際に手順を進める時間が短くなってしまいます。

インタラクティブなデジタルラインクリアランスアプリケーションは、ラインクリアランスをナビゲートしやすくします。デジタル化されたIoT作業指示書は、SOPを通じてユーザーをガイドし、作業の正確な実行と自動検証を保証しながら効率を高めます。アプリケーションは、プロセスの各ステップにかかる時間を記録し、プロセスの可視性を向上させ、エンジニアがプロセス改善のための領域を特定できるようにします。これらのアプリケーションはリアルタイムでデータを収集・通信するため、エンジニアは作業の進行に合わせてプロセスのステータスを確認することができ、ダウンタイムの削減やより効果的なスケジューリングにつながります。

バッチレコードレビューでは、相当量の製造データとプロセス文書を集計し、レビューする必要があります。

レビュープロセスで費やされる労力の多くは、不正確な記入や判読不能な記入を特定し、特定のバッチについてすべての生産情報が利用できるように記録を修正することから生まれます。

Pharma4.0ツールを使用することで、メーカーはデータ収集と検証を製造プロセスの継続的でシームレスな一部にすることができます。製造プロセスに関する情報は、オペレーターや機械が作業する際に自動的に収集され、それによってすべてのデータは、帰属性、可読性、同時性、オリジナル性、正確性を備えています。

バッチ記録のレビュー時に、必要な情報にアクセスでき、読みやすい。製造者は、製品の品質を確保するために多くの時間を費やすことができ、転記ミスの修正に費やす時間を減らすことができます。利用可能なデータが増えれば、例外的にレビューすべき項目にフラグを立てることも容易になります。

医薬品製造におけるプロセス改善の最大の障壁は、規制上の制約とは限りません。多くの場合、それはプロセスの可視性の欠如です。

IoT デバイスと人間中心の製造アプリケーションを使用することで、製造業者は複雑なプロセスを構成ステップに分割し、作業員がラインでどのように作業を行っているかを詳細に把握することができます。このアプリケーションにより、エンジニアは各工程における個々のオペレーターのパフォーマンスを追跡することができます。これにより、エンジニアは、より多くのトレーニングが必要と思われる状況を特定することができます。また、オペレータのパフォーマンス不良とプロセス設計不良を区別するのにも役立ちます。

私たちの経験では、このような変更の多くは漸進的なものであり、監査の引き金になったり、再検証が必要になったりすることなく、品質と効率の大幅な向上をもたらすことができます。

IIoT 、環境条件の変化に即応することを可能にします。この機能により、通常は技術者が現場でガウン着用と消毒のプロセスを行い、情報を紙に記録し、データをコンピュータに記録する必要があるクリーンルームの監視にかかる時間を大幅に節約できます。接続されたセンサーは、確立されたしきい値を超える可能性のある状態を検出し、生産を中断する前に適切な措置を取るよう技術者に警告することができます。

多くの製造工程では、トレーニングに多額の投資が必要です。従業員の離職率が高い時期には、チーム内の専門知識が失われるため、この課題はさらに悪化します。メーカーがトレーニング・プログラムで実際の製造シナリオを再現するのは困難な場合が多いため、トレーニングには時間がかかります。技術者が適切に訓練されていない場合、長時間の訓練はコストがかかり、生産性を低下させ、品質を低下させます。

製造アプリを使用することで、製造業者は医薬品に特化したトレーニングアプリケーションを設計し、従業員を迅速に製造ラインに投入することができます。エンジニアは、多段階の工程をターゲットモジュールで構成要素に分割し、ビデオや画像などのメディアを埋め込むことで、さまざまなスタイルの学習者に情報を伝えることができます。リスキル期間中に従業員をラインから外すことができない場合は、トレーニングアプリケーションを構成して、OJT（オン・ザ・ジョブ・トレーニング）を促進することができます。

メーカーは、Workspacesを使用してステージング環境でトレーニングアプリを実行することで、プロセスをシミュレートすることもできます。これにより、トレーニングデータが生産データに影響を与えることなく、オペレーターのパフォーマンスを追跡できる独立した環境が設定されます。

製造業は、日々の業務の中で実に大量のデータを生成しています。しかし、これらのデータのほとんどは、生産に関する洞察の基礎として利用されていません。これは、データが扱いにくかったり、構造化されていなかったりして、価値がないためです（「Data Rich, Information Poor」（DRIP）とも呼ばれます）。

Pharma 4.0の約束の一つは、製品のライフサイクルを通じて収集されたデータの解釈を強化することです。人工知能（AI）と機械学習の進歩により、システムは大規模なデータセットを解析し、つながりを見つけることができるようになりました。

チャレンジ

ある製薬メーカー上位10社では、日々の業務で情報を記録するために、いまだに紙の日誌を使用していました。このため、クリーンルームでしかアクセスできない大量のデータが生成されていました。社内調査を通じて、この製薬メーカーは、紙からデータを取り出すためにクリーンルームに入るだけで、週に何時間もPPEを着用して消毒していることに気づきました。これは受け入れがたいことでした。

ソリューション

この製薬メーカーは、Tulip 電子日誌ソリューションを導入し、データを自動的に取り込み、ワークフローのエラーを防止することで、時間の節約と生産性の向上を実現しました。これらの日誌は、誰が、いつ、どこで、タスクを完了したかを監査可能な証跡として記録することができます。

ドロップダウンメニューを使用することで、メーカーはデータ取得をより迅速かつ容易にしました。この情報が完全にデジタル化されたことで、部門マネージャーは、複数の部屋から、いつでもどこからでも、設備日誌のすべてのデータにアクセスできるようになりました。

チャレンジ

また別のメーカーでは、Pharma 4.0 のテクニックを使って、複雑なラインの切り替えを改善しました。なぜなら、オペレーターは 80 ページに及ぶ紙の SOP を見ながら、監査可能な証跡を作成するために各ステップを文書化し、次のシフトのオペレーターに引き継ぐために進捗を報告する必要があったからです。ステップを省略したり、エラーが発生した場合、その修正には多大なコストと時間がかかります。

ソリューション

この企業では、デジタル作業指示書を使用し、画像やビデオを埋め込んでわかりやすくし、オペレーターをステップバイステップで指導しています。これらの作業指示書は、「if-this-that」ロジックで動的に構成することができ、切り替えプロセスにおける分岐した決定ポイントを考慮することができます。重要なプロセスパラメータと値は、タイムスタンプと電子署名付きでアプリケーションデータに自動的に記録され、GxP 慣行に準拠しています。

このプロセスをより人間中心にすることで、製薬会社は文書化の負担を軽減し、ワークフローのエラーを防止することができました。オペレーターは紙に情報を手書きで記録する必要がなくなったため、最初から正しい作業を行うことに集中できるようになりました。

さらに、業務をデジタル化したことで、ラインの切り替えプロセスをリアルタイムで追跡できるようになりました。次のシフトは、実行可能な次のステップで未解決のタスクをピックアップする準備ができ、マネージャーは進捗状況を生産的に可視化できるようになりました。

医薬品製造業界は急速なスピードで進化しています。

FDA 製造業者も、コンプライアンスがよりロータッチで協力的に行われるような世界を思い描いていますが、コンプライアンスと継続的な改善の両立は今後も不可欠です。

ファーマ4.0は、コンプライアンスを製造プロセスのシームレスな一部としながら、生産性と品質の新たな可能性を引き出す能力にあります。

デジタルの未来を受け入れるために必要な措置を講じる製造業者は、シームレスなコンプライアンスから利益を得ることができますが、それだけにとどまる必要はありません。

Pharma 4.0戦略を採用することで、接続性、効率性、俊敏性を高めることができます。