CSL Behring的血浆分离过程（外部视角）（图片来源：CSL Behring）

2016年，CSL Behring工程师Ferdinand Marx在一个跨行业、跨工具的模拟研讨小组中，提出了一个全新概念，展示了如何将现有模拟升级为行业所需的“水晶球”，引发了与会者（多来自各大制药企业）的热烈反响。他的这一构想最终推动了相关技术发展，如今这套方案已经在CSL Behring位于马堡的血浆分离基地落地应用：模拟工具Inosim Foresight依托Insight平台，将流程模拟与当前生产数据相关联，可为人员产能需求、维护窗口规划以及供应链管理提供可靠预测。

“水晶球”最为重要的能力，就是预测未来潜在问题与等待时间。当然，它并非真正的占卜水晶球，而是一款非常务实的仪表板，由Phoenix工厂基础分离环节的实时数据提供支撑，并且会定期更新。另外值得一提的是，Insight目前已是CSL Behring生产设计与设备规划环节的标准配置。

Part1 视模拟为使命与职业

和Marx交谈时，你很快就能感受到：流程模拟对他而言，既是使命，也是事业。他现任CSL Behring全球工艺工程总监，负责免疫球蛋白(IgG)产品的收率提升与产能扩建项目。在这份工作中，流程模拟对他和他的团队都起着至关重要的作用。Marx早在2008年就开始使用Inosim，最初是以顾问身份接触，如今他已是模拟工具应用的坚定推动者——在他看来，流程模拟是指导生物技术规划必不可少的工具。当许多制药企业还在犹豫是否全面推广模拟应用时，对这位任职于马堡的生物技术专家来说，这件事根本没有讨论的必要。“我们的设备太过复杂，不进行模拟根本行不通。”Marx说。对于规模在2000万至3000万欧元的投资项目，动态流程模拟已经是招标文件中的强制要求。

在Marx看来，支持应用模拟技术的理由非常明确：更高的规划可靠性、节省投资、更快完成产能与目标性能爬坡、更高效的决策，以及能为各方提供一个共通的、基于事实的沟通基础——这些就已经足够充分。同时，模拟还可以避免大家熟知的“过度工程”问题：储罐数量、介质供应、清洗单元数量——所有配置都可以规划得更贴合实际需求，从而节约成本，不必为了保险直接“多增配一套”。“通过模拟节省的费用，远高于模拟本身投入的成本。”结合自身经验，Marx认为，文献中提到的16倍投资回报系数，实际上还是明显偏低的。

Part2 从示范项目到成熟软件工具

Phoenix工厂已实现全流程“完全模拟”，覆盖从可行性研究、概念设计、基础设计、详细设计，到生产制造、验证再到运营的全环节。Marx表示，就自动化与模拟技术而言，该工厂目前处于行业领先地位，这一地位有据可依：血浆资源本身珍贵且稀缺，生产的核心目标就是保障安全性与产品收率，而模拟技术能够帮助工厂最大化利用这份宝贵资源，同时保障对患者供应至关重要的产能。

这座总投资4.7亿欧元的人血浆分离工厂，是马堡生产基地的核心设施，也是CSL Behring全球生产网络的重要组成部分。基地在这里生产用于治疗免疫缺陷、多发性神经病、凝血障碍（如血友病）及其他特定罕见疾病的原料药。工厂实行三班制、全年无休连续运行，因为CSL Behring的相关药品市场需求量极大。该工厂占地10000平方米，设有四条独立生产线，配置了解冻工艺单元、离心机、分离机、压滤机与色谱设备。分离工艺需要消耗大量乙醇，且必须保证准时配送；工厂所采用的批次工艺之间相互关联，在厂区内部形成了交互作用与互锁机制，此外还有大量部分重叠的清洗流程，一旦出现问题可能导致整条设备线停产。

在工厂设计层面，CSL也采取了创新思路：尽可能采用自动化与封闭系统。Marx解释道：“只有真正需要人工介入的工艺步骤，才会安排在洁净室内开展。”这种设计带来了多重优势：提升了产品与工艺安全性、降低了洁净室运行成本、减少了洁净室监测工作，还支持在生产年度内安排设备维护。但与此同时，这种设计也造成了操作人员与工艺过程的物理隔离。Marx明确指出：“过去操作人员可以直接观察罐内的生产情况，比如过滤什么时候启动，但在新设计下，这已经不可能实现。”

如今，Foresight工具打破了操作人员与工艺过程之间的物理阻隔，让人员能够深度融入生产流程，保障了生产运行的流畅衔接。这位模拟专家回忆道，解决人员与工艺的隔离问题，其实正是开发这款工具插件的核心动因。开发合作伙伴Inosim也收获了诸多好评，Marx尤其认可这款软件的高度灵活性、开放接口、丰富模板库、建模效率，以及双方合作共赢的开发动力。“我们共同制定了大量标准与模板，这让仿真模型的搭建变得更加快速高效。”

而建模速度恰恰是新工厂规划阶段的核心要求：借助速度优势，工程团队可以在项目改造成本仍较低的阶段，及时发现并修复设计错误。双方合作的里程碑成果就是Foresight：最初只是为Phoenix工厂生产所构想的“预测水晶球”，如今已经发展为一款支持“预测性决策”的成熟软件工具。在CSL内部，Foresight已经在运营管理、供应链、维护以及实验室等支持职能部门发挥了重要价值，就连Marx本人也时常惊讶，公司内部居然有这么多部门在使用这款工具。

Part3 实时模拟的真正价值

对所有相关人员的日常工作而言，核心工具是汇总了工厂当前及未来所有关键信息的仪表板。模拟模型每20分钟更新一次，借助估算器从历史数据中学习，持续为Phoenix工厂的操作人员提供预测结果与行动建议。这大幅降低了操作人员的工作压力：任务可以提前显现，便于他们更合理地规划工作安排。

工厂多处安装了类似机场航班信息板的“任务出发看板”，向员工清晰展示任务执行的时间、地点与内容。团队负责人也可以提前对潜在偏差做出响应，调整批次顺序，更精准地规划班次与资源配置。就连物流部门也能从中获益：人血浆处理需要消耗大量乙醇，借助Foresight可以实现乙醇的前瞻性定时配送，甚至连送往实验室的样品量也能得到更优化的管理。

目前该工具已经产生了诸多可量化的成效：“我们发现，工厂能够快速平稳启动，也可以迅速应对较大规模的工艺变更，”Marx介绍道。如果系统预见到工艺保持时间会超出参数允许范围，CSL会主动选择不启动该工艺——而在传统工厂中，这类情况过去偶尔会引发严重的生产偏差。整体来看，企业的决策速度得到了明显提升。需要说明的是：Foresight程序独立于GMP PLC和MES系统运行，仅对数据库拥有只读权限，不会回写任何数据。

CSL Behring特意决定不将Foresight系统纳入GMP体系，以此保障快速创新的空间。该系统本身不做出任何决策，决策权仍然掌握在负责工艺的人员手中，工作人员会将它作为决策支持工具，模拟不同措施的潜在影响辅助判断。

动态模拟也对设备维护工作带来了显著积极影响。“我们可以在生产正常进行的同时开展设备维护，”Marx解释道。这意味着工厂可以利用生产间隙的维护窗口开展滚动式维护，无需完全停产——这正是动态流程模拟带来的关键成果，最终延长了有效生产时间，显著提升了分离工厂的产出水平。

Part4 专家观点

 必要条件： 扎实的工艺专业知识与清晰的规划模型。

上线准备： 对模型进行“精简瘦身”（去除规划阶段遗留的多余自由度）。

项目关键： 提前推动MES、自动化和IT部门深度参与，开展紧密协作。

合理认知： Foresight是跨部门的共同承诺，而非孤立的解决方案。

动态模拟尤其适用的场景： 复杂多变的多产品/多工艺工厂；对人员投入、资质认证要求高的任务；产能压力大、工艺变更频繁的场景。

应用效益较低的场景： 工艺稳定简单，变更需求少，且拥有经验丰富、人员稳定团队的场景。

Part5 未来会带来什么？

秉持“精益求精”（更好是好的敌人）的理念，CSL和Inosim已经启动了下一阶段的优化规划：模拟模型与仪表板的更新间隔计划从20分钟缩短至3到5分钟，同时模型的稳健性也将进一步提升。当前版本中，模型未覆盖的意外工艺路径可能会暂时打乱模拟流程，导致更新延迟，这一问题将在下一个版本中得到解决。此外，下一版本还将支持多个并行的规划时间范围，以及实时运行状态下便捷的“假设分析”功能，帮助企业更好地预测不同场景的结果。Marx还希望进一步提升标准化程度，实现即插即用功能，方便将这套方案推广到更多工厂。展望未来，基于人工智能的推荐功能或许能辅助工艺异常场景的决策，但最终决定权仍将掌握在操作人员手中。

结论：这颗“预测水晶球”是有效的——前提是它能获得可靠实时数据的支撑。动态流程模拟由此成为CSL Behring在生产控制、产能规划和供应链管理领域的核心工具。