? ? ? ?在過去的兩個世紀里，藥品已經從天然草藥和植物制劑演變為復方藥品和制劑。伴隨著藥品的演變，藥品的生產也已經從使用簡單工具的小規模手工加工發展到大規模生產，成為價值萬億美元的制藥工業的一部分。如今的制藥工藝飛速發展，物聯網、人工智能、機器人技術和高級算法為傳統的制藥方法和商業模式帶來挑戰與機遇。這些技術的應用為顯著提高藥品工業生產的效率、質量和靈活性帶來巨大潛力。隨著工業4.0時代的到來，如何部署這些技術將決定制藥生產的未來。要實現制藥工廠智能化這一美好愿景，需要對其概念、技術、監管和挑戰有深入理解。
? ? ? ?工業4.0一詞是指第四次工業革命，它匯集了快速發展的技術，如物聯網（IoT）、人工智能（AI）、機器人和高級算法，極大地改變了制造業的面貌。工業4.0的特點是生產系統的集成、自動化和協同。要實現制藥業的工業4.0，并克服當前制造基礎設施、運營和監管的慣性，需要新的思維。雖然實施實現工業4.0所需的許多先進技術和制造方法可能并不容易，但這很大程度上是值得的，因為它們帶來了更高的產出，同時節省能源、改善質量、提高價值、增加安全性、敏捷性和靈活性。
? ? ? ?如果工業4.0是未來，那么工業1.0就是現代制藥工業的起點。工業1.0見證了作為藥品的植物，礦物和動物衍生材料的制作從簡單的手工加工過渡到能夠粉碎，研磨，混合甚至是機器制作。在19世紀，利用非電力驅動機械的大規模藥物生產來自個別藥店和化工企業。從實驗室規模到藥物批量生產的這種轉變，推動了19世紀醫藥行業的建立并在上個世紀取得了巨大增長。第一次工業革命中的一些早期機器，如：氣動研磨機和壓片機，今天仍然普遍使用。
? ? ? ?第二次工業革命是通過電力、早期電子機器以及帶有預先控制的裝配線實現的，結合了基本的自動化控制和過程控制，使制造商能夠設置基本的過程參數。在制藥方面表現為：利用電子機器進行粉碎、研磨、混合和壓片，制藥企業可以進行大規模生產；更值得注意的是，它能夠實現對工藝和質量的監控。然而，過程控制通常局限于預先確定設置，在靈活性上還有所欠缺。工業2.0的發展直接導致了許多機器的出現，如每小時可以可靠地生產超過100萬片藥的現代壓片機。目前，許多制藥企業仍然在2.0行業范式中運作。
? ? ? ?第三次工業革命是由計算機和通信技術的發展促成的。網絡計算、互聯網和無線通信等技術使制藥工藝和設備的自動化程度更高，在藥品生產中實現了連續生產和主動控制等概念。人機交互界面有助于開發更復雜的控制策略，提高產品和工藝質量。遙感和監測減少了制造車間對人類操作員的需求，促進了對與生產有關的參數和指標的更好跟蹤。一些行業現在已經很好地進入了工業3.0，但很多制藥企業仍在向工業3.0過渡。
? ? ? ?第三次工業革命帶來了制藥業先進的過程分析技術(PAT)，旨在提供實時過程數據和產品質量數據。工業3.0還推動了模型和質量設計(QbD)過程的發展，其目的是通過一組定義的質量參數控制目標產品質量。然而，要發掘PAT和QbD的全部潛力，還需要更多的先進技術來實現更具體的工藝流程和實時分析，以便在不同的制藥生產場景中提供更精準的產品質量保證。由于近三分之二的藥品作廢是由質量問題造成的，所以，我們顯然需要開展更多工作來改善過程控制以增強設備生產的可靠性。盡管如此，工業3.0還是側重于促進制藥行業更好地理解如何捕獲、分析和保護與制藥生產相關的大量數據。
? ? ? ?第四次工業革命匯集了先進的制造技術，使無人值守的自動化集成制造系統成為可能。憑借在工業3.0中獲得的自動化和數字化經驗，醫藥制造業就可以大規模地轉變為工業4.0。工業 4.0推動了整個制造系統和基礎設施的進步。工業4.0時代，性能數據可以通過算法進行分析，助力實時運營業務的關鍵決策。數據的收集維度也從簡單過渡到復雜：不僅要完成從制造過程中捕獲原始數據的任務，還要通過分析這些數據獲得信息，再通過人工智能增加背景意義形成知識，最后為領導人的決策提供參考“智慧“（圖1）。這種“智慧”由能夠自我優化、執行判斷、生成決策的智能系統和可以遠程控制的網絡物理機器共同支撐。

? ? ? ?在這些階段中，“數據“最初從制造過程中收集，然后通過數據數字化和大數據分析，組織成”信息“，然后通過人工智能識別的意義合成為“知識“ ，最后通過數字成熟度的綜合洞察力獲得可操作的“智慧“。
? ? ? ?工業4.0的到來迫使我們想象一個完全數字化和自主化的制造世界會是什么樣，以及它如何影響制藥產業鏈和相關法規。由于數字化、自動化和實時數據整合，制藥行業將出現新的操作模式，這將使制藥業的質量優于六西格瑪（一種改善企業質量流程管理的技術），這種革新將涵蓋小分子和大分子藥物產品。COVID-19突發公共衛生事件凸顯了對制造技術的需求，因為這些技術能夠對快速變化的需求做出反應，并減少對人工干預的依賴。在此，我們將描述醫藥制造的未來愿景，以及行業要實現工業4.0的全部價值所需解決的一些潛在的監管、技術和物流挑戰。
? ? ? 《“十四五”醫藥工業發展規劃》提出，要深入實施智能制造、綠色制造和質量提升行動，提高藥品、醫療器械全生命周期質量管理水平和產品品質，推動醫藥工業高端化、智能化和綠色化發展。后疫情時代，保證藥品質量、降低生產成本是企業生存和發展的基礎，數字化、智能化是核心競爭力。
? ? ? ?第二十一屆世界制藥原料中國展（CPhI China 2022）及第十六屆世界制藥機械、包裝設備與材料中國展（P-MEC China 2022）作為行業內久負盛名的產品貿易與信息交流平臺，將整合國際國內醫藥智能制造資源，打造行業高峰論壇，組織專家團隊為制藥企業提供智能制造信息化、自動化評估服務，助力企業智能制造能力建設。