現(xiàn)代生命科學(xué)制造過程是信息技術(shù)(IT)和傳統(tǒng)操作技術(shù)(OT)的復(fù)雜而精密的融合。

IT和OT于20世紀60年代末首次在工業(yè)制造過程中引入并實施（工業(yè)3.0）。IT和OT都可以由硬件和軟件系統(tǒng)組成，但是，歷史上OT會與物理系統(tǒng)交互以監(jiān)視和控制工業(yè)流程。IT將處理、傳輸和存儲業(yè)務(wù)或其他產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

自從IT和OT被納入工業(yè)制造過程以來，它們?nèi)匀皇侵С种圃爝^程的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。傳統(tǒng)上，這些技術(shù)一直處于孤立狀態(tài)，并行推進，但通常被認為是獨立的。

20世紀90年代末，技術(shù)開始呈指數(shù)級增長，我們開始看到系統(tǒng)、設(shè)備和儀器的計算機化。隨著技術(shù)融入我們生活的各個方面，我們也開始看到制造過程中的集成迅速發(fā)生。IT/OT集成開始模糊組織責任的界限，生命科學(xué)行業(yè)面臨著獨特的數(shù)據(jù)和記錄方面的挑戰(zhàn)，需要新的法規(guī)和指導(dǎo)。

現(xiàn)代IT/OT融合

隨著技術(shù)和數(shù)字能力的增強，IT超越OT能力，生命科學(xué)行業(yè)一只腳踩在過去，一只腳踩在未來。OT制造商認識到這一趨勢，并開始將IT組件集成到OT中，以提供能夠增強客戶功能并降低成本的產(chǎn)品。

隨著IT和OT的日益融合，通常需要對項目采取不同的方法，這可能會導(dǎo)致由工程驅(qū)動的項目現(xiàn)在可能由IT部門擁有，在某些情況下，情況可能恰恰相反。

這種技術(shù)的融合通常要求組織重新考慮其運營的許多方面，特別是圍繞數(shù)據(jù)完整性、基礎(chǔ)設(shè)施容量、網(wǎng)絡(luò)以及最重要的安全性：物理和邏輯。

工業(yè)4.0和制藥4.0

工業(yè)4.0是工業(yè)的下一代迭代，它在制造過程中引入了網(wǎng)絡(luò)物理和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)。工業(yè)4.0是利用集成“智能”技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)制造和工業(yè)實踐的自動化。工業(yè)4.0通常會實現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備或機器到機器的通信功能、機器學(xué)習、人工智能和其他高級分析，以提供額外維度的數(shù)據(jù)并擴展對制造過程的洞察。

Pharma4.0是工業(yè)4.0原則在生命科學(xué)制造過程中的延伸。雖然制藥4.0反映了工業(yè)4.0，但由于影響采用率的行業(yè)特定法規(guī)和指南，生命科學(xué)組織面臨著獨特的挑戰(zhàn)。

Pharma4.0以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng))為基礎(chǔ)，其中從無數(shù)連接的傳感器和設(shè)備中獲取深度數(shù)據(jù)，用于做出即時和自動化的運營決策，并在戰(zhàn)略層面實現(xiàn)商業(yè)智能。醫(yī)藥4.0技術(shù)的正確實施可以使智能工廠運行更平穩(wěn)、更高效，并能更快地響應(yīng)不斷變化的市場條件和需求。

物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)工廠

由于制藥4.0是工業(yè)4.0的延伸，因此物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)向工業(yè)領(lǐng)域的延伸。物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)工廠是一個概念，組織采用智能互聯(lián)設(shè)備來共享、生成、傳輸數(shù)據(jù)，并可能將數(shù)據(jù)存儲到遠程本地系統(tǒng)或云平臺。然后可以對這些數(shù)據(jù)進行匯總和分析，以用于標準工業(yè)用途或數(shù)據(jù)的潛在替代視圖。

物聯(lián)網(wǎng)通常在設(shè)備和系統(tǒng)之間采用標準通信協(xié)議，以實現(xiàn)更輕松的數(shù)據(jù)傳輸、彈性連接和冗余故障轉(zhuǎn)移措施。物聯(lián)網(wǎng)還可以采用能夠連接到給定系統(tǒng)中的每個傳感器或創(chuàng)建動態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)。

制藥4.0、IT/OT融合和數(shù)據(jù)困境

在制造過程中部署Pharma4.0技術(shù)的最大好處之一是可以生成有關(guān)業(yè)務(wù)和運營流程的大量新數(shù)據(jù)。

在生命科學(xué)行業(yè)，與產(chǎn)品或批次（電子或紙質(zhì)）生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)被視為GxP記錄的一部分。隨著生命科學(xué)組織開始對其制造流程進行現(xiàn)代化改造并實施新的融合IT/OT技術(shù)以消除紙質(zhì)記錄、提高效率并深入了解其運營，數(shù)據(jù)完整性和管理的重要性變得更加重要。

如果要考慮工業(yè)3.0制造流程與生命科學(xué)領(lǐng)域類似的Pharma4.0制造流程，則它們之間由PLC、SCADA或類似系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)將存在巨大差異。

Pharma3.0和4.0設(shè)施和流程在許多方面都很相似，但隨著可用傳感器參數(shù)（數(shù)據(jù)）和Pharma4.0架構(gòu)中集成的增加，復(fù)雜性呈指數(shù)級增長。Pharma4.0還添加了額外的本地和/或互聯(lián)網(wǎng)/云連接和數(shù)據(jù)分析層。

Pharma4.0制造過程中生成的數(shù)據(jù)量和分辨率的潛在增長可能是Pharma3.0過程的十倍。數(shù)據(jù)的數(shù)量和復(fù)雜性是我們看到許多制造商采用緩慢的原因之一，或者只有擁有豐富資源的大型生命科學(xué)組織才完全或部分采用。

為了充分受益于下一代藥品制造技術(shù)和實踐，生命科學(xué)組織必須對其運營進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這只能通過數(shù)字化成熟度并將數(shù)據(jù)完整性原則納入運營的各個方面來實現(xiàn)（數(shù)據(jù)完整性由設(shè)計）。這些已被確定為國際制藥工程學(xué)會(ISPE)Pharma4.0特別興趣小組(SIG)“整體控制策略”的兩個關(guān)鍵推動因素。

數(shù)字化成熟度

數(shù)字成熟度是一個很難解釋或定義的術(shù)語。對于生命科學(xué)制造組織來說，它通常被表達為以實現(xiàn)透明度、可預(yù)測性和適應(yīng)性的方式跨運營和信息技術(shù)業(yè)務(wù)平臺利用數(shù)據(jù)的能力。簡而言之，數(shù)字化成熟度指的是組織根據(jù)現(xiàn)有信息訪問、理解并做出關(guān)鍵運營和業(yè)務(wù)決策的能力。

數(shù)字成熟度可以根據(jù)以下標準進行衡量和分類：

第一級：計算機化——數(shù)字成熟度的初始和基礎(chǔ)水平，計算機化的目標是引入數(shù)字技術(shù)來自動化簡單的手動流程。

達到1級涉及找到計算機可以更好地執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，并為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施奠定基礎(chǔ)。

第2級：連通性——連通性的重點是簡化制造、IT和業(yè)務(wù)平臺。

達到2級需要制造業(yè)擴展IT基礎(chǔ)設(shè)施，并為整合IT、制造和業(yè)務(wù)平臺奠定基礎(chǔ)。

第三級：可見性——可見性是指組織根據(jù)全面且完整的可用數(shù)據(jù)做出決策的能力。

實現(xiàn)3級要求組織將人員、機器和流程連接起來，創(chuàng)建大量的數(shù)字化生產(chǎn)記錄，可用于做出實時、數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策。這稱為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）。

第4級：透明度——在這個數(shù)字成熟度級別，組織能夠關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和/或流程之間的復(fù)雜交互。

達到4級要求組織開發(fā)和實施方法，利用數(shù)據(jù)分析來解釋數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)并了解數(shù)據(jù)對業(yè)務(wù)和運營的影響和影響。隨著數(shù)據(jù)分辨率的提高，關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的新見解變得可用。高級分析可以發(fā)現(xiàn)以前看不見的改進機會。

第5級：可預(yù)測性——數(shù)字成熟度的第二高級別，可預(yù)測性使組織能夠準備和預(yù)測潛在事件并避免潛在問題。

達到5級要求組織能夠通過機器學(xué)習或人工智能模擬未來可能的場景。詳細的生產(chǎn)記錄使制造商能夠在問題發(fā)生之前糾正問題。

第6級：適應(yīng)性——數(shù)據(jù)成熟度的最高、最復(fù)雜的級別是適應(yīng)性。

實現(xiàn)6級非常困難，通常成本高昂，并且需要將人工智能完全集成到組織的所有業(yè)務(wù)和運營方面。這是成熟的最后階段。在這里，系統(tǒng)會預(yù)測問題并自行啟動適當?shù)牟僮?。最先進的是，這些是自主的自我糾正系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)完整性設(shè)計

數(shù)據(jù)完整性設(shè)計是數(shù)字化成熟的預(yù)期結(jié)果。必須在項目或業(yè)務(wù)流程的每個階段納入或考慮數(shù)據(jù)完整性。數(shù)據(jù)完整性應(yīng)在項目或業(yè)務(wù)流程的初始規(guī)劃期間進行評估，并應(yīng)在支持操作的系統(tǒng)或流程的實施、操作和報廢期間進行監(jiān)控和解決。

數(shù)據(jù)完整性描述了用于確保數(shù)據(jù)集（元數(shù)據(jù)）或系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫或其他結(jié)構(gòu)中包含的所有數(shù)據(jù)的有效性、完整性和準確性的措施。數(shù)據(jù)完整性評估是一個過程，與許多其他過程一樣可以解釋為一個生命周期。

數(shù)據(jù)完整性生命周期

• 數(shù)據(jù)創(chuàng)建

• 數(shù)據(jù)處理

• 數(shù)據(jù)審核

• 數(shù)據(jù)報告

• 數(shù)據(jù)保留

當通過設(shè)計概念將數(shù)據(jù)完整性納入項目或流程時，應(yīng)提出問題來評估：

• 要包含哪些級別的數(shù)據(jù)？關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQA)和關(guān)鍵工藝參數(shù)(CPP)。

• 系統(tǒng)如何生成數(shù)據(jù)？

• 數(shù)據(jù)駐留在/將駐留在哪里？

• 數(shù)據(jù)是否需要額外處理或格式化？

• 數(shù)據(jù)能否明確用于預(yù)期用途？

• 如何審核數(shù)據(jù)？

• 應(yīng)該多久進行一次審查？

• 誰將審查數(shù)據(jù)？

• 數(shù)據(jù)將如何表示（在屏幕/報告上）？

• 如果生成報告，它們是否準確并反映系統(tǒng)的值？

• 報告有哪些格式？它們是不可磨滅的嗎？

• 數(shù)據(jù)將如何存儲？

• 如何保護數(shù)據(jù)安全？

• 是否有備份和恢復(fù)流程計劃？

• 數(shù)據(jù)的監(jiān)管保留考慮因素是否得到解決？

規(guī)劃現(xiàn)代IT/OT的融合

如果您將數(shù)據(jù)視為除正在生產(chǎn)的產(chǎn)品之外的Pharma4.0項目的主要輸出，那么生命科學(xué)組織應(yīng)考慮在項目的規(guī)劃和實施階段可能帶來潛在風險的幾點。

數(shù)據(jù)完整性

至少，企業(yè)應(yīng)該對當前使用的或可能在不久的將來實施的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)完整性評估。該評估應(yīng)納入企業(yè)遵循的合規(guī)和驗證流程中。評估是一系列與以下相關(guān)的問題：

• 數(shù)據(jù)輸入/輸出

• 數(shù)據(jù)變更/輸入

• 安全角色

• 數(shù)據(jù)備份

• 關(guān)鍵數(shù)據(jù)字段和審計跟蹤挑戰(zhàn)

• 電子簽名

• 基礎(chǔ)設(shè)施能力

作為任何現(xiàn)代成功組織的支柱，傳輸、存儲和歸檔數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)針對以下方面進行評估：

• 網(wǎng)絡(luò)容量——處理和管理增加的數(shù)據(jù)流量的能力

• 存儲容量——存儲和管理增加的數(shù)據(jù)流量的能力

• 帶寬容量–可用的互聯(lián)網(wǎng)連接速度

• 計算能力——可用的計算能力

• 許多考慮遷移到新智能技術(shù)平臺的組織應(yīng)該投資具有可擴展容量的基礎(chǔ)設(shè)施，以確保能夠根據(jù)需要升級或擴展，以管理不斷增長的數(shù)據(jù)和通信量。

安全性（物理和邏輯）

制藥4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)技術(shù)的實施開始使物理和邏輯層面的安全性變得更具挑戰(zhàn)性。有句老話說，“一條鏈條的強度取決于其最薄弱的一環(huán)”，對于您的網(wǎng)絡(luò)以及新實施的始終連接的Pharma4.0技術(shù)來說也是如此。最終，控制對組織數(shù)據(jù)的訪問應(yīng)該是您主要關(guān)心的問題。

考慮到融合IT/OT平臺在整個業(yè)務(wù)范圍內(nèi)互連，并且數(shù)據(jù)通常在外部第三方提供商之間雙向流動，一旦數(shù)據(jù)超出您的控制范圍，數(shù)據(jù)安全就成為一個更大的問題。

ITOT架構(gòu)模型

應(yīng)非常謹慎地充分了解系統(tǒng)的連接和集成點，并實施技術(shù)和程序控制，以減輕組織的任何潛在風險。在評估簽約來管理、存儲、處理或向您的組織外部呈現(xiàn)您的數(shù)據(jù)的供應(yīng)商或合作伙伴時，應(yīng)格外小心，因為他們可能會以部分或全部身份成為您的數(shù)據(jù)的記錄系統(tǒng)。

數(shù)字化成熟度（6級）和制藥4.0之路

我們解釋了行業(yè)歷史、IT/OT融合、制藥4.0、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)問題、數(shù)字成熟度、數(shù)據(jù)完整性和其他注意事項?，F(xiàn)在怎么辦？我們?nèi)绾翁幚硭羞@些信息以及如何開始？

第一步——我們成熟到什么程度？

采用Pharma4.0和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出發(fā)點和基本要求是確定組織的數(shù)字化成熟度。通過數(shù)字工廠成熟度模型(DPMM)評估工具，您的組織可以發(fā)現(xiàn)差距并更好地了解應(yīng)在何處應(yīng)用資源。

第2步–組織調(diào)整

組織協(xié)調(diào)對于成功采用Pharma4.0和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)至關(guān)重要。由于6級數(shù)字化成熟組織的最終結(jié)果非常復(fù)雜，并且涵蓋了整個運營組織，因此執(zhí)行管理層的支持至關(guān)重要，建議獲得執(zhí)行發(fā)起人的支持。

第三步——組建你的老虎團隊

成功實施Pharma4.0戰(zhàn)略并進行推廣需要組織內(nèi)的“精英中的精英”。確定組織內(nèi)的關(guān)鍵利益相關(guān)者和主題專家，使您的項目取得成功。如果內(nèi)部資源不可用，請考慮來自值得信賴的供應(yīng)商或服務(wù)提供商的第三方幫助，因為他們可能擁有實施和推出IT/OT集成平臺的經(jīng)驗。

步驟4–計劃、審查、計劃、審查

對于任何成功的項目，規(guī)劃都至關(guān)重要，而Pharma4.0技術(shù)的實施將考驗?zāi)囊?guī)劃和管理技能。在組建利益相關(guān)者和中小企業(yè)(SME)團隊后，起草計劃、制定要求并為每個團隊成員分配任務(wù)。計劃完成后，與整個團隊一起審查并根據(jù)需要重新計劃和調(diào)整，然后再次審查。

第5步–一口大小的塊

由于Pharma4.0技術(shù)具有深遠而廣泛的潛在影響，人們應(yīng)該考慮項目的目標和組織的數(shù)字化成熟度水平，以確定如何分階段實施并將項目劃分為可管理的、現(xiàn)實的目標。

結(jié)束時

對于生命科學(xué)組織來說，制藥4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)都是令人興奮且具有挑戰(zhàn)性的概念。成功實施Pharma4.0和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以帶來無窮無盡的收益，包括降低運營和制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高流程效率以及許多其他組織特定的進步。

組織應(yīng)謹慎規(guī)劃和確定適當?shù)墓?yīng)商、供應(yīng)商和資源，以協(xié)助他們實施新的或改進現(xiàn)有的IT/OT混合系統(tǒng)，以確保能夠解決所有挑戰(zhàn)。

潛在的挑戰(zhàn)通常存在于以下領(lǐng)域：

網(wǎng)絡(luò)安全

基礎(chǔ)設(shè)施可擴展性（計算限制、存儲、網(wǎng)絡(luò)容量）

監(jiān)管不確定性

資源（實施成本、人員技術(shù)知識）

組織還可以從多重評估流程中受益，這些流程將確定其數(shù)字成熟度、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施能力、流程所有者、資源（人員、知識、預(yù)算），并能夠識別其當前運營和業(yè)務(wù)流程中的潛在差距。

遵循上一節(jié)中概述的這五個基本步驟并意識到潛在的挑戰(zhàn)和風險并不能保證計劃成功，而是確保采取適當?shù)囊庾R和盡職調(diào)查來啟動數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程的基礎(chǔ)以及Pharma4.0的實施。