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(jì)60年代末首次在工業(yè)制造過程中引入并實(shí)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(huì)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(chǔ)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(jìn)，但通常被認(rèn)為是獨(dú)立的。

20世紀(jì)90年代末，技術(shù)開始呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，我們開始看到系統(tǒng)、設(shè)備和儀器的計(jì)算機(jī)化。隨著技術(shù)融入我們生活的各個(gè)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(zé)任的界限，生命科學(xué)行業(yè)面臨著獨(dú)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(qiáng)，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(rèn)識(shí)到這一趨勢(shì)，并開始將IT組件集成到OT中，以提供能夠增強(qiáng)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(duì)項(xiàng)目采取不同的方法，這可能會(huì)導(dǎo)致由工程驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)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(yùn)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(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造和工業(yè)實(shí)踐的自動(dòng)化。工業(yè)4.0通常會(huì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備或機(jī)器到機(jī)器的通信功能、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和其他高級(jí)分析，以提供額外維度的數(shù)據(jù)并擴(kuò)展對(duì)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(dú)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(shí)和自動(dòng)化的運(yùn)營決策，并在戰(zhàn)略層面實(shí)現(xiàn)商業(yè)智能。醫(yī)藥4.0技術(shù)的正確實(shí)施可以使智能工廠運(yùn)行更平穩(wěn)、更高效，并能更快地響應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)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(gè)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(chǔ)到遠(yuǎn)程本地系統(tǒng)或云平臺(tái)。然后可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，以用于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，以實(shí)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(gè)傳感器或創(chuàng)建動(dòng)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(yùn)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(duì)其制造流程進(jìn)行現(xiàn)代化改造并實(shí)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(yùn)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(jí)增長(zhǎng)。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(zhǎng)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(shí)踐，生命科學(xué)組織必須對(duì)其運(yùn)營進(jìn)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(yùn)營的各個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)（數(shù)據(jù)完整性由設(shè)計(jì)）。這些已被確定為國際制藥工程學(xué)會(huì)(ISPE)Pharma4.0特別興趣小組(SIG)“整體控制策略”的兩個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素。

數(shù)字化成熟度

數(shù)字成熟度是一個(gè)很難解釋或定義的術(shù)語。對(duì)于生命科學(xué)制造組織來說，它通常被表達(dá)為以實(shí)現(xiàn)透明度、可預(yù)測(cè)性和適應(yīng)性的方式跨運(yùn)營和信息技術(shù)業(yè)務(wù)平臺(tái)利用數(shù)據(jù)的能力。簡(jiǎn)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(yùn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量和分類：

第一級(jí)：計(jì)算機(jī)化——數(shù)字成熟度的初始和基礎(chǔ)水平，計(jì)算機(jī)化的目標(biāo)是引入數(shù)字技術(shù)來自動(dòng)化簡(jiǎn)單的手動(dòng)流程。

達(dá)到1級(jí)涉及找到計(jì)算機(jī)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(jí)：連通性——連通性的重點(diǎn)是簡(jiǎn)化制造、IT和業(yè)務(wù)平臺(tái)。

達(dá)到2級(jí)需要制造業(yè)擴(kuò)展IT基礎(chǔ)設(shè)施，并為整合IT、制造和業(yè)務(wù)平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。

第三級(jí)：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(shí)現(xiàn)3級(jí)要求組織將人員、機(jī)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(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。這稱為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）。

第4級(jí)：透明度——在這個(gè)數(shù)字成熟度級(jí)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(dá)到4級(jí)要求組織開發(fā)和實(shí)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(duì)業(yè)務(wù)和運(yùn)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(jí)分析可以發(fā)現(xiàn)以前看不見的改進(jìn)機(jī)會(huì)。

第5級(jí)：可預(yù)測(cè)性——數(shù)字成熟度的第二高級(jí)別，可預(yù)測(cè)性使組織能夠準(zhǔn)備和預(yù)測(cè)潛在事件并避免潛在問題。

達(dá)到5級(jí)要求組織能夠通過機(jī)器學(xué)習(xí)或人工智能模擬未來可能的場(chǎng)景。詳細(xì)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(jí)：適應(yīng)性——數(shù)據(jù)成熟度的最高、最復(fù)雜的級(jí)別是適應(yīng)性。

實(shí)現(xiàn)6級(jí)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(yùn)營方面。這是成熟的最后階段。在這里，系統(tǒng)會(huì)預(yù)測(cè)問題并自行啟動(dòng)適當(dāng)?shù)牟僮?。最先進(jìn)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(jì)

數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)是數(shù)字化成熟的預(yù)期結(jié)果。必須在項(xiàng)目或業(yè)務(wù)流程的每個(gè)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(xiàng)目或業(yè)務(wù)流程的初始規(guī)劃期間進(jìn)行評(píng)估，并應(yīng)在支持操作的系統(tǒng)或流程的實(shí)施、操作和報(bào)廢期間進(jìn)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(zhǔn)確性的措施。數(shù)據(jù)完整性評(píng)估是一個(gè)過程，與許多其他過程一樣可以解釋為一個(gè)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(bào)告

• 數(shù)據(jù)保留

當(dāng)通過設(shè)計(jì)概念將數(shù)據(jù)完整性納入項(xiàng)目或流程時(shí)，應(yīng)提出問題來評(píng)估：

• 要包含哪些級(jí)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(jìn)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(bào)告上）？

• 如果生成報(bào)告，它們是否準(zhǔn)確并反映系統(tǒng)的值？

• 報(bào)告有哪些格式？它們是不可磨滅的嗎？

• 數(shù)據(jù)將如何存儲(chǔ)？

• 如何保護(hù)數(shù)據(jù)安全？

• 是否有備份和恢復(fù)流程計(jì)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(xiàng)目的主要輸出，那么生命科學(xué)組織應(yīng)考慮在項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施階段可能帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)的幾點(diǎn)。

數(shù)據(jù)完整性

至少，企業(yè)應(yīng)該對(duì)當(dāng)前使用的或可能在不久的將來實(shí)施的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性評(píng)估。該評(píng)估應(yīng)納入企業(yè)遵循的合規(guī)和驗(yàn)證流程中。評(píng)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(jì)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(chǔ)和歸檔數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)針對(duì)以下方面進(jìn)行評(píng)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(chǔ)容量——存儲(chǔ)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(jì)算能力——可用的計(jì)算能力

• 許多考慮遷移到新智能技術(shù)平臺(tái)的組織應(yīng)該投資具有可擴(kuò)展容量的基礎(chǔ)設(shè)施，以確保能夠根據(jù)需要升級(jí)或擴(kuò)展，以管理不斷增長(zhǎng)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(shí)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(qiáng)度取決于其最薄弱的一環(huán)”，對(duì)于您的網(wǎng)絡(luò)以及新實(shí)施的始終連接的Pharma4.0技術(shù)來說也是如此。最終，控制對(duì)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(tái)在整個(gè)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(dòng)，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(gè)更大的問題。

ITOT架構(gòu)模型

應(yīng)非常謹(jǐn)慎地充分了解系統(tǒng)的連接和集成點(diǎn)，并實(shí)施技術(shù)和程序控制，以減輕組織的任何潛在風(fēng)險(xiǎn)。在評(píng)估簽約來管理、存儲(chǔ)、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(shí)，應(yīng)格外小心，因?yàn)樗麄兛赡軙?huì)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(jí)）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(xiàng)?，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(diǎn)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(píng)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(duì)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(jí)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(gè)運(yùn)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(tuán)隊(duì)

成功實(shí)施Pharma4.0戰(zhàn)略并進(jìn)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(xiàng)目取得成功。如果內(nèi)部資源不可用，請(qǐng)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?yàn)樗麄兛赡軗碛袑?shí)施和推出IT/OT集成平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)。

步驟4–計(jì)劃、審查、計(jì)劃、審查

對(duì)于任何成功的項(xiàng)目，規(guī)劃都至關(guān)重要，而Pharma4.0技術(shù)的實(shí)施將考驗(yàn)?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(tuán)隊(duì)后，起草計(jì)劃、制定要求并為每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員分配任務(wù)。計(jì)劃完成后，與整個(gè)團(tuán)隊(duì)一起審查并根據(jù)需要重新計(jì)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(yuǎn)而廣泛的潛在影響，人們應(yīng)該考慮項(xiàng)目的目標(biāo)和組織的數(shù)字化成熟度水平，以確定如何分階段實(shí)施并將項(xiàng)目劃分為可管理的、現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。

結(jié)束時(shí)

對(duì)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(shí)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(yùn)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(jìn)步。

組織應(yīng)謹(jǐn)慎規(guī)劃和確定適當(dāng)?shù)墓?yīng)商、供應(yīng)商和資源，以協(xié)助他們實(shí)施新的或改進(jìn)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(kuò)展性（計(jì)算限制、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)容量）

監(jiān)管不確定性

資源（實(shí)施成本、人員技術(shù)知識(shí)）

組織還可以從多重評(píng)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(shí)、預(yù)算），并能夠識(shí)別其當(dāng)前運(yùn)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(gè)基本步驟并意識(shí)到潛在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)并不能保證計(jì)劃成功，而是確保采取適當(dāng)?shù)囊庾R(shí)和盡職調(diào)查來啟動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程的基礎(chǔ)以及Pharma4.0的實(shí)施。