本文主要根据我国有关信息化与工业化融合战略要求，简单介绍我国制药行业自动化、信息化和两化融合的现状、制药行业“两化融合”的重要模式以及有关实现制药行业“两化融合”的重要内容。

自从党中央十六大、十七大相继提出“信息化带动工业化，工业化促进信息化，走中国特色新型工业化道路”和“大力推进信息化与工业化深度融合” 的重大战略决策以来，我国的各个行业都面临着一个“经济发展方式转变和工业转型升级”的伟大历史任务。尤其是对于我国医药工业，更有一个通过“两化深度融合”使现有的生产方式和管理方式从传统的劳动力密集型向自动化、信息化和智能化方向转型升级的迫切任务。
制药行业自动化、信息化和两化融合的现状

在我国制药行业，表面上人们常常可以看到一台台自动化程度比较高的制剂药生产设备，但实际上，我国制药行业的自动化水平在总体上说还是比较落后的。

在我国原料药生产方面，虽然目前可以看到有限的一些自动化控制系统应用项目，但大部分都局限在某些常见的局部工段、单元或辅助系统上，很少看到真正比较完整和全过程的自动化控制系统应用。虽然可以普遍见到一些简单的PID控制或程序控制的应用模式，但其实都并不代表是制药行业真正希望的理想控制模式，更谈不上“两化融合”所要求的“普及先进过程控制和制造执行系统”(APC、MES)。

在我国的制剂药生产，虽然常常可以看到一台台高度机电一体化的单机组或多机组流水线生产设备，但这些设备和生产过程大多是断离、孤立和自我封闭的；生产过程中的原辅料、中间产物的转运和投放相当一部分还是以人工为主；由于目前这些设备的自动化基本上是由设备供应商根据设备本身的要求所设计, 大多都不具备完整的重要质量参数和工艺条件参数的数据输出功能，也没有提供外部系统对其进行统一协调和优化控制的输入条件；有些设备甚至还不具备完整的网络和数据通讯功能。因此实际上目前制剂药生产还很难实现“两化融合”所要求的真正的“制造执行系统”（MES）。目前制剂药生产的自动化工程设计往往只局限在空调净化（HAVC）、医药用水和在线清洗/灭菌（CIP/SIP）方面，除此之外，几乎没有其它真正有意义的自动化和信息化设计内容。

尽管制药行业最大的特点是特别强调药品生产各方面对于GxP的合规性和药品的质量控制， 但是目前我国的制药行业，无论是原料药生产还是制药生产，药品质量监控模式大部分都还是人工的、离线的和非实时的；是完全建立在人主观对各种质量法规自觉和严格的遵守上；整个生产过程存在着大量的人工操作和质量不可控的环节。因而大多都没能真正建立“两化融合”所要求的实时、在线的“生产过程状态监视、质量控制、快速检测系统”。

另外，在信息化建设和应用方面，虽然我国不少制药企业在企业管理方面也有一定范围的应用，但这些应用大部分还局限在传统的企业上层的财务管理、供销存管理、生产计划管理、客户和商务管理以及办公自动化等的水平和模式，信息化并没有真正深度融合到产品优化设计、产品生产加工过程的控制和管理、产品质量的控制和管理、设备和能源的优化管理以及工业环境改进等工业过程之中；企业的信息化和自动化大部分是互相分离的；因而远没有实现真正的“信息化与工业化的深度融合”，没有实现“两化融合”所要求的“生产过程的实时监测、故障诊断、质量控制和调度优化，深化生产制造与运营管理、采购销售等核心业务系统的综合集成”。由此可见，我国制药行业的自动化和信息化离国家有关“两化融合”的战略要求还相差甚远。

图1 批控制的物理模型、程序控制模型和过程模型的层次结构与功能

制药行业两化融合的重要模式

从国家“两化深度融合”的目标要求可以看出，对制药行业来说，所谓的“两化融合”的一个重要内容，就是希望通过信息化和自动化紧密结合的手段，建立现代化的生产体系和现代化的的经营管理体现，其中包括实现药品生产企业的药品“生产与运营管理、采购销售等核心业务系统的综合集成”，建立和完善药品“质量和安全的全生命周期管理体系”。而实际上，这种“两化融合”要求在自动化技术领域内，就是要建立集控制、优化、调度、管理和经营于一体的综合自动化系统。因此可以说，在制药行业探索建立综合自动化系统结构将是制药行业自动化、信息化的发展方向，同时也是实现制药行业“两化深度融合”的重要途径。

所谓综合自动化系统IACS，原本就是以各种网络和通讯技术为基础（其中包括现场总线技术、工业以太网技术、无线网络技术和物联网技术），以实时数据库技术为核心，采用开放技术实现大范围异构环境的信息集成，并以整个工业过程为对象。同时把自动化技术和生产工艺技术、生产管理技术、质量控制技术以及设备运行管理技术结合在一起。将企业生产过程的控制、优化、运行、计划与管理作为一个整体进行控制与管理，最后实现企业的优化运行、优化控制和优化管理，并达到“产量、质量、成本、消耗、安全”等综合指标的最优化。综合自动化的基本形式，实际上就是 “ERP-MES-FCS”的三层企业结构。
　　
实现制药行业“两化融合”的重要内容

由于在制药行业，药品的生产是一个具有非常典型的“批过程”特性和具有柔性化管理要求的批生产过程。药品的每一个批号、每一个批次、每一个生产和管理的批记录、批档案，往往就代表了该“批”药品的所有质量属性。” 药品生命周期的质量也往往就是按照“批”来控制和管理的。药品生产过程中的每一个批号、每一个批次的每一个产品的生产管理和质量管理批档案中，也往往包含了大量与该“批”药品有关的生产计划、工艺要求、生产管理、质量管理和设备条件等方面的信息。不同的药品、不同批号或不同批次的药品的生产“批过程”往往不完全相同。在生产原料和设备资源相对稳定的条件下，一旦药品生产的种类、工艺要求和生产计划发生变化时，非常希望药品生产的批过程能够自动、快速、有效地和柔性化的调整。因此，如果自动化能够使药品的整个批生产的全过程严格地、自动地按照既定的最优化工艺条件和质量管理规范进行，同时又能根据需求的变化，自动地按照“批”的结构非常方便和柔性化地组织和管理，那么这种全过程的“批控制”模式就是最佳的合理控制模式。

探索原料药生产全过程的自动化批控制

由于原料药生产形态基本上有着许多与石油化工类似的管道化和连续化特征。尽管目前原料药生产方式的间歇式和人工干预特征比较多些，但是经过适当改造和整合后的原料药生产完全可能采用典型管道化、连续化的过程自动化Process Automation（PA）形式,选用成套的计算机批控制系统和成熟批控制软件平台产品来实现全过程的自动化批控制。具体过程步骤可以如下：

首先合理和可靠地解决生产底层各单元过程的自动化检测与控制方案设计问题，重点解决其中有关参数自动化检测和合理控制方案方面的盲点和难点，并尽可能使整个原料药生产和设备调配的自动化过程能够连惯起来，以为成功实现原料药生产全过程的批控制和批管理做好技术准备。

根据药品生产和管理的实际需求、详细梳理和合理设计生产全过程的批生产和批管理流程方案，其中包括批生产计划、批管理要求、批生产工艺、批操作规程、质量控制要求、物料流向、设备调用、能源供应、人员权限和责任、安全和应急措施、与上下左右的信息交流等，也即包括物、机、人、法。

在仔细分析可能因为不同产品、不同工艺、不同计划要求和各种可能变化因素需要对流程所必要调整以后，按照ISA S88标准的要求，确定生产全过程批控制的3种模型：物理模型、过程模型和程序控制模型。

根据药品生产的实际批生产、批管理流程和要求以及所建立的3种批控制模型，编制将来用于安排、实现、指挥和调度整个生产批控制和批管理过程的各类配方和配方程序。

在完成整个批控制设计方案的基础上，合理的选型批控制系统平台，然后在此平台基础上，完成整个批控制的应用软件开发、调试和投运工作，真正实现中药原料药生产的全过程自动化的批控制和批管理,从而为建立真正MES系统和企业的综合自动化系统创造非常好的条件，同时也为实现信息化与原料药生产和管理全过程的深度融化创造了条件。

图2 制剂药生产全过程实时、在线质量监控系统

建立制剂药生产全过程实时、在线质量监控系统

由于目前整个制剂生产过程基本上是断离的，药品生产过程中的原辅料、中间品、半成品的物流转运和投放等大多是以人工为主，因而存在大量人工操作和质量不可控的环节。目前制剂药的自动化生产设备还难以实现与外部的控制系统进行统一协调工作，因而还难以实现全过程自动化的生产和建立真正的MES系统。

另外，制剂药生产的GMP要求比原料药要高很多，而目前的药品生产质量都完全是依靠人去执行各项GMP规范，然而人的行为却又往往是最不可控的。为了尽早实现和完善“两化融合”所要求的“产品质量和安全的全生命周期管理体系”，可以考虑采用信息化与自动化结合的手段，优先建立药品生产全过程实时、在线质量监控系统，通过完整的信息化监控平台，严格按照GMP法规的要求，规范、约束或取代人的行为，及时自动发现和避免各种违规行为和质量问题的发生，确保数据的真实、完整、可靠和可追溯性，同时也初步实现了信息化与制剂药生产和质量管理过程的深度融化。具体过程步骤可以如下:

首先是严格按照GMP要求，建立全面覆盖采购、计划、仓库、生产、质检、销售、人事、财务在内的计算机实时生产和质量管理信息化的网络操作平台，将GMP规范和企业管理流程以及工艺规程控制要点嵌入在系统的软件流程中，在线监控药品生产全过程中的关键质量控制点，把包括最底层的操作工人在内的所有生产和管理人员的所有工作，全部统一在同一个信息化的网络操作平台上。由铁面无私的计算机系统按照GMP规范要求，有效地规范、约束或取代人的操作行为，从而有效降低生产环节由于人为因素而导致的质量偏差和事故，提升了对药品生产过程的控制和GMP规范的执行力度。

然后，建立包括生产车间在内的全厂计算机工业通讯网络(包括工业以太网和无线网络)，根据实际情况，采用条形码或RFID技术，实现制剂生产过程中在线自动跟踪和监控物料（原辅料、包装材料、中间体、成品）的验收、存贮、发放、转运的全过程，确保物料转移和生产过程中仅可能排除人的行为，减少人为失误和混药事故发生的可能性；确保原始记录的准确性和真实性，同时，利用RFID标签技术和视频监控系统，实现对操作人员的身份识别、权限限制和行为约束，从各方面加强对人行为的控制。

之后，通过对现有生产设备、质量分析仪器和计量设备的改造和更新，实现制剂生产过程中的有关生产工艺数据、产品质量分析数据、计量和检验数据的实时数据采集与通讯问题，建立完整可靠的生产过程的实时数据库和生产管理过程的关系数据库，生成真实的和不可修改的生产原始记录，保证了数据的准确性和真实性，有效杜绝生产数据造假行为的发生；关键数据的修改在系统中保留痕迹记录和版本记录，并通过适当的方式进行固化，以实现记录的长期保存，从而保证了生产数据的可追塑性。同时也为建立企业的MES系统和ERP系统以及产品质量查讯系统提供可靠的数据基础，力争彻底解决制剂生产系统的信息化孤岛问题。

在建立和完成药品生产全过程的实时、在线质量监控系统的基础上，按照国家药监部门的要求，建立药品电子监管码系统和药品质量查询系统，利用因特网技术，为药监部门和消费者提供了网上药品质量的实时监控和防伪查询服务。

在条件成熟时，争取在各设备供应商的配合与合作下，按照FDA的21CFR Part11和自动化批控制的要求,对现有的制剂生产设备进行升级更新,实现对这些设备的控制和干预功能，从而为实现制剂药生产全过程的自动化批控制、建立真正自动化的MES系统和完成整个企业的综合自动化而创造条件，同时也为实现信息化与制剂药生产和管理全过程的深度融化创造了条件。

探索物联网技术的应用

由于医药行业相对于其它行业来说，最大的特点是特别强调的是药品的质量，而药品的质量问题实际上是一个生命周期的问题，它从研发开始，到临床、生产、储存、配送、流通、经营到直到患者使用将经历一个漫长而广阔的历程，有着包括GLP、GAP、GCP 、GMP、GDP、GSP和GUP等一整套严格的质量管理规范要求，处处存在必须进行严格跟踪和监控质量因素。

药品生产之前就需经历漫长的药物设计、实验室实验、临床实验、工艺设计、中间放大实验、生产工艺设计、设备设计制造、药厂工程设备环境建设、原辅料采购加工等等无数影响药品质量的环节。即便是在药品合格生产出来以后，但在患者正式服用之前，药品也还要经过许多大范围的配送、运输、储存、市场流通、医生合理诊断选用、患者合理使用和药效安全判断等许多决定药品质量安全的环节。

因此。要真正解决药品这么一个大范围、长周期、多因素、移动性的复杂的质量监控问题，不是单靠书面的规范，质量监管人员的人工检查和验证活动，甚至也不是靠一般的自动化和信息化手段能够真正解决的。只有具有“4A”特性（任何时间Any time)、任何地方Any where 、任何东西Any thing和Any one任何人）物联网技术的出现，才使真正彻底解决药品全生命周期质量监控和管理问题成为了可能。

物联网除了提供各种信息的感知识别和通讯传输手段之外，最关键的是它的“云计算”平台所提供的动态易扩展、虚拟化的计算资源，将为各种应用系统提供充分信息资源共享和有效服务。实际上，“两化融化”是物联网的重要组成，同时物联网技术的应用又是“两化融合”重要内容。可以预见，“物联网”这一新兴技术在医药质量管理和服务领域内也必然会充分发挥它独特的作用。不难断定“物联网必然是真正实现药品全生命周期质量监控和管理的有效途径”。