新年愿望，一起玩转生物工艺自动化

GE医疗生命科学提供多种自动化解决方案（图1），以帮助改善数据管理，增加单元操作集成度，并提供综合控制方案。我们的下游生产硬件使用UNICORN™软件进行自动化控制及管理。诸如实验设计（DoE）工具和快速评估结果的能力等特性使得UNICORN™软件适合于过程开发需求。通用的接口和数据管理方法，如OPC及Profibus DP扩展了我们的AKTA色谱系统的连通性。高效的生产过程需要不同业务部门的协同合作，包括原材料、废料、生产过程以及组成生物制药过程的单元操作之间的协调，GE医疗生命科学提供适合当今制药工艺的各种方案。例如，FlexFactory平台可以基于Wonderware™或者DeltaV自动化解决方案平台。每个平台都能够集成我们的生物反应器、层析系统、配液系统以及第三方设备等。FlexFactory使用Wonderware或者DeltaV有助于确保与领先的MES和ERP系统的广泛兼容性。我们的自动化解决方案和我们的生物工艺组合的可以以多种方式组合，以满足全球客户的工艺和操作需求。

图1 GE生命科学自动化解决方案

UNICORN™基于集成控制器和计算机交互界面，采用Windows®工作环境方便操作者快速学习及使用；方法运行序列可由最终用户自主确定，以便用户最大化灵活控制系统；文本编辑、Watch命令逻辑多点判断及图文交互方法向导可帮助用户快速实现高级逻辑方法创建及运行（图2）。

图2 UNICORN™ Phase管理数据库

作为控制软件平台，目前UNICORN™软件可兼容控制GE实验室至工业规模色谱层析系统、超滤系统、核酸合成系统、在线配液系统、连续流层析系统以及生物反应器等（图3）。同一软件平台下，保证了小试至生产规模方法的快速放大转移。

图3 基于UNICORN™控制的GE设备平台

连接至实验室及工业层析AKTA系列设备的UNICORN™软件整合了自动装柱模块，该模块内置经验证的GE各类层析介质的自动装柱、柱效测试及层析柱维护方法，可自动层析柱及匀浆罐，确保了层析柱最佳装柱程序以减少对操作人员的依赖（图4）。实现装柱的稳定性、可重复性及智能化。此外，UNICORN™能够对装柱过程进行在线监测，自动柱效测试，并创建结果文件，包括日期、时间、操作人员以及批记录要求的压力、流速等相关数据。

图4 UNICORN™ Intelligent Packing 功能实现装柱智能化 

所有采用UNICORN™平台设备可以组成独立的子网，作为客户网络的一部分。客户在中控室即可远程无延迟监视和操作本地设备、数据共享并集中管理本地设备（图5）。

图5 UNICORN™网络拓展应用

UNICORN™ OPC服务器提供标准化的集成接口，以支持UNICORN™与工厂其他软件系统（如实验室信息系统（LIMS）和制造执行系统（MES或SCADA）之间的集成，OPC是自动化行业及其他行业用于数据安全交换时的互操作性标准。它独立于平台，并确保来自多个厂商的设备之间信息的无缝传输，OPC基金会负责该标准的开发和维护。因此通过OPC获取设备数据，不仅能够使设备在中控系统中实现数据整合，同时能够使用数据绘制相应的流程图。而最新的UNICORN™ 还能够通过OPC来对设备进行Method运行等的控制（图6）。

图6 UNICORN™ OPC数据架构

UNICORN™平台还可通过Profibus DP协议与生物制药生产中上游buffer配置系统，下游收集系统等设备实现物料需求互动信号交互，实现不同设备单体的整合自动化（图7）。

图7 UNICORN™ Profibus DP通讯架构

UNICORN™数据管理功能将数据存储在基于SQL的数据库中，该数据库提供安全稳健的数据存储，该数据只能经授权人员经UNICORN™进行访问、编辑、搜索及导入导出等，而不能在Windows硬盘中直接进行删除或编辑，从而保证数据的安全性。

UNICORN™基于GAMP 5开发设计，符合FDA 21 CFR Part 11，满足审计跟踪、电子签名和电子记录要求。高于5级用户访问权限设置、保证了生产中不同职能人员权限分配安全（图8）；密码保户设置可根据时间锁定用户密码能，从而大大提高了系统安全级别，这意味着用户可以锁定活动进程以进行无人值守的操作，而不存在未经授权人员的干扰风险。

此外提供全面的软件验证文档及服务：

1. 用于UNICORN™开发模型的DS；

2. 符合符合FDA 21 CFR Part 11验证文档及服务；

3. 提供诸如Comformity LTD, ProPharma Group，CiPharma等独立三方或专家对UNICORN™符合FDA 21 CFR Part 11的审计报告（图9）。

图 8 UNICORN™ 5级权限管理

图 9 UNICORN™三方审计证书

Wonderware™是Schneider公司推出的HMI SCADA系统，可以配合市面上主流的PLC系统，如西门子和Rockwell（图10）。同时，也能集成UNICORN™系统形成目前在GE模块化工厂Kubio™及FlexFactor™灵活化工厂广泛采用的FlexFactory Automation自动化方案（图11），该方案提供了可支持广泛的生物制药所需的功能性和灵活性，能够高效、安全地操作和监控生产。该自动化平台允许您以最小的风险更改和优化您的操作，满足在产能放大过程中在有效利用固有设备的同时，对生产规模不断增加的需求。数据完整性及操作符合FDA21 CFR part 11 and EU Annex 11要求。对于特定的生产应用，可能需要定制的软件或设备来满足产品的独特性。即使在这种情况下，您也可以从这个预先设计的自动化平台及其可配置性中受益。Wonderware™自动化有助于最小化定制高质量自动化解决方案的开发时间。

图10 Wonderware™ 自动化平台构架

图11 GE FlexFactor™ 自动化平台构架

DeltaV™系统以其配置的灵活性、出众的可扩展性以及方便使用及维护等优势成为目前广泛应用的DCS系统（图 12）。基于GE与Emerson的全球战略合作关系，GE已实现DeltaV™在上游一次性生物反应器、一次性配液罐，下游层析系统、过滤系统、匀浆系统的标准单元操及上下游生产的集成化操作。

图12 DeltaV™自动化平台构架

作为自动灵活的解决方案，生产设备可以非常容易地添加到系统中，如储液罐和辅助设备可以在厂房内灵活移动，并在需要时接入统一数据库进行联网操作（图13）。同时系统灵活性允许最终用户修改操作和配方参数（例如，基于多个不同的进料来配置生物反应器进料策略，全部基于内部或外部泵或所添加进料重量、连续投料或周期性投料等）。

图 13 GE DeltaV™自动化平台构架

GE DeltaV™系统基于UNICORN™平台，深入融合生物工艺及工程优势，如融合Intelligent packing 自动装柱模块以及UNICORN Evaluation 经典数据处理模块，实现生物制药过程的智能控制。

DeltaV™自动化平台包括GE标准化的自动化硬件和软件，提供支持GAMP 5的文档及验证服务，最大化提升设备及厂房商业化运营及产品市场化速度（图14）。

图 14 GE DeltaV™系统全生命周期验证服务