Die Zukunft vie­ler Pro­zes­se in kom­ple­xen Berei­chen der pro­du­zie­ren­den Indus­trie liegt in der kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­duk­ti­on, wel­che die Char­gen­pro­duk­ti­on ablöst. Vie­len Unter­neh­men der Phar­ma-, Bio­tech-, Lebens­mit­tel- und Che­mie­bran­che kann der kon­ti­nu­ier­li­che Betrieb zu deut­lich höhe­rer Pro­duk­ti­vi­tät und Pro­dukt­qua­li­tät ver­hel­fen. Wei­te­re Vor­tei­le: Die Pro­zes­se wer­den außer­dem fle­xi­bler, ein­heit­li­cher und weni­ger anfäl­lig.

Mar­tin Gads­by, Direc­tor von Opti­mal Indus­tri­al Tech­no­lo­gies, erläu­tert, war­um pro­zess­ana­ly­ti­sche Tech­no­lo­gi­en (PAT) die Basis einer kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­duk­ti­on bil­den.

Im Gegen­satz zur Char­gen­pro­duk­ti­on, bei der die Erzeug­nis­se in wie­der­hol­ten, sepa­ra­ten Durch­gän­gen her­ge­stellt wer­den (mit Still­stän­den für Qua­li­täts­kon­trol­len), ist die kon­ti­nu­ier­li­che Pro­duk­ti­on durch zusam­men­hän­gen­de Arbeits­gän­ge gekenn­zeich­net, wel­che die Erzeug­nis­se im ste­ti­gen Fluss und ohne Unter­bre­chun­gen durch­lau­fen.

Paradigmenwechsel im Qualitätsmanagement

Der ers­te Schritt bei der Umset­zung eines Kon­zepts zur kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­duk­ti­on besteht in der Ein­füh­rung eines geeig­ne­ten Sys­tems für das Manage­ment der Pro­dukt­qua­li­tät. Das klas­si­sche „Qua­li­ty by Tes­ting“ (QbT) beinhal­tet die Prü­fung des Erzeug­nis­ses nach jeder Ver­ar­bei­tungs­stu­fe, um sicher­zu­stel­len, dass die kri­ti­schen Qua­li­täts­at­tri­bu­te (Cri­ti­cal Qua­li­ty Attri­bu­tes, CQAs) mit den Vor­ga­ben über­ein­stim­men. Hier­für muss die Pro­duk­ti­on gestoppt wer­den, um Pro­ben zu zie­hen, die außer­halb der Pro­duk­ti­on in einem Ana­ly­se­la­bor unter­sucht wer­den. Hier­durch geht QbT mit lan­gen Unter­bre­chun­gen ein­her, die einem kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­duk­ti­ons­pro­zess im Wege ste­hen.

Erst durch einen ganz­heit­li­chen, qua­li­täts­ori­en­tier­ten Ansatz in der Pro­dukt­ent­wick­lung und Pro­zess­ge­stal­tung wird ein Über­gang von der char­gen­wei­sen zur kon­ti­nu­ier­li­chen Ver­ar­bei­tung mög­lich. Der Fach­be­griff hier­für lau­tet „Qua­li­ty by Design“ (QbD) und bezeich­net das Prin­zip, wonach die Pro­dukt­qua­li­tät inte­gra­ler Bestand­teil des Pro­zes­ses sein soll, anstatt sie schritt­wei­se zu prü­fen und anschlie­ßend gege­be­nen­falls zu kor­ri­gie­ren. Eine höhe­re Prü­fungs­fre­quenz nach dem QbT-Prin­zip ist kei­ne Lösung, denn sie ver­bes­sert nicht die Pro­dukt­qua­li­tät an sich, son­dern ver­ur­sacht unter Umstän­den sogar zusätz­li­che Qua­li­täts­pro­ble­me.

In der Pra­xis erfor­dert QbD einen rein sach­li­chen und gleich­zei­tig prag­ma­ti­schen Ansatz, der sowohl den Pro­zess als auch das Pro­dukt berück­sich­tigt und die Gestal­tung wirk­sa­mer Echt­zeit­stra­te­gi­en für die Qua­li­täts­über­wa­chung ermög­licht. Auf die­se Wei­se kann ein vor­ab defi­nier­tes Qua­li­täts­ziel erreicht wer­den, d. h. die Fer­tig­erzeug­nis­se wer­den die gefor­der­ten Qua­li­täts­maß­stä­be zuver­läs­sig erfül­len oder gar über­tref­fen. Ein maß­geb­li­cher Erfolgs­fak­tor für QbD sind pro­zess­ana­ly­ti­sche Tech­no­lo­gi­en (PAT), indem sie die Mes­sung der Pro­dukt­qua­li­tät in Echt­zeit sys­te­ma­ti­sie­ren, den Pro­zess nach­voll­zieh­bar machen und letz­ten Endes so len­ken, dass eine ein­wand­freie Pro­dukt­qua­li­tät gewähr­leis­tet ist.

Kon­kret arbei­tet PAT typi­scher­wei­se mit diver­sen spek­tra­len (mul­ti­va­ria­ten) und uni­va­ria­ten Daten­quel­len sowie mit Pro­gno­se­werk­zeu­gen (Pre­dic­tion Engi­nes), um in Echt­zeit Vor­her­sa­gen über die Pro­dukt­qua­li­tät zu lie­fern. PAT greift im kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­zess an meh­re­ren Stel­len, um ein ganz­heit­li­ches QbD-Qua­li­täts­sys­tem zu errei­chen. Kurz­fris­tig kann das Bedien­per­so­nal die ver­füg­ba­ren Qua­li­täts­pro­gno­sen nut­zen, um durch Anpas­sung der CPPs die Pro­dukt­qua­li­tät jeder­zeit kon­stant zu hal­ten. Auf mitt­le­re bis lan­ge Sicht kann durch auto­ma­ti­sier­te Regel­krei­se eine qua­li­täts­ba­sier­te Pro­zess­steue­rung rea­li­siert wer­den. Hier­bei wer­den die Ana­ly­sen pro­zess­in­tern und in Echt­zeit vor­ge­nom­men, wäh­rend der Pro­zess wei­ter­läuft. Eine Unter­bre­chung der Pro­duk­ti­on zur Durch­füh­rung von Qua­li­täts­kon­trol­len ist dann nicht mehr nötig.

Fließender Übergang zur kontinuierlichen Produktion

QbD und PAT sind ele­men­tar für die kon­ti­nu­ier­li­che Pro­duk­ti­on, las­sen sich aber auch mit erheb­li­chen Vor­tei­len auf die Char­gen­pro­duk­ti­on anwen­den. Daher erfor­dert die Ein­füh­rung die­ser Qua­li­täts­ma­nage­ment-Werk­zeu­ge kei­nen abrup­ten Vor­stoß in eine ganz neue Welt, son­dern ermög­licht eine sorg­fäl­ti­ge Abwä­gung der Umstel­lung auf kon­ti­nu­ier­li­che Pro­duk­ti­on, nach­dem die Vor­tei­le durch PAT bereits in der Char­gen­pro­duk­ti­on eva­lu­iert wur­den.

Her­stel­ler kön­nen zunächst einen begrenz­ten und nicht zu kom­ple­xen Pro­zess aus­wäh­len, um sich mit QbD und PAT ver­traut zu machen und Erfah­run­gen zu sam­meln, bevor sie schritt­wei­se zu kom­ple­xe­ren Pro­zes­sen über­ge­hen und letzt­end­lich die Umstel­lung von der Char­gen­pro­duk­ti­on auf einen durch­ge­hend kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­zess voll­zie­hen. Unse­rer Erfah­rung nach ver­spricht eine maß­vol­le Her­an­ge­hens­wei­se bei QbD- und PAT-Vor­ha­ben den größ­ten Pro­jekt­er­folg. Indem so die mit QbD und PAT zu errei­chen­den Vor­tei­le inner­halb kur­zer Zeit nach­ge­wie­sen wer­den, wächst inner­halb des Unter­neh­mens die Offen­heit für die neu­en Stra­te­gi­en und es wird eine Basis für die Ein­füh­rung im grö­ße­ren Maß­stab geschaf­fen.

Kontinuierliche Produktion bedeutet Big Data

Der wesent­li­che Erfolgs­fak­tor von QbD und PAT ist ihre Fähig­keit, das Poten­zi­al gro­ßer Daten­men­gen („Big Data“) zu erschlie­ßen. Hier­zu gilt es, das anfal­len­de Daten­vo­lu­men auf­sichts­kon­form zu ver­ar­bei­ten, dar­zu­stel­len, zu sichern und in wert­vol­les Wis­sen zu ver­wan­deln. Ein Uni­ver­sal­werk­zeug zur sys­te­ma­ti­schen Bewäl­ti­gung die­ser Her­aus­for­de­rung sind PAT-Soft­ware­pro­duk­te für Daten- und Wis­sens­ma­nage­ment.

Dabei han­delt es sich um zen­tra­le oder dezen­tra­le Soft­ware­platt­for­men, die sowohl in char­gen­wei­sen als auch in kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­zes­sen fort­wäh­rend Qua­li­täts­pro­gno­sen lie­fern und den Auf­bau von fak­ten­ba­sier­tem Wis­sen ermög­li­chen, indem sie den jewei­li­gen Fach­ex­per­ten die Daten in ver­wend­bar auf­be­rei­te­ter Form prä­sen­tie­ren. Auf die­se Wei­se ermög­li­chen Wis­sens­ma­nage­ment­lö­sun­gen letzt­lich die Aus­füh­rung von Regel­al­go­rith­men, die auf Pro­zess­kennt­nis und Pro­dukt­qua­li­tät beru­hen.

Eine der fort­schritt­lichs­ten Platt­for­men für PAT-Wis­sens­ma­nage­ment ist syn­TQ von Opti­mal, mit der mitt­ler­wei­le mehr als die Hälf­te der zehn größ­ten inter­na­tio­na­len Phar­ma­her­stel­ler arbei­tet. Das ist auch kaum ver­wun­der­lich, nach­dem hier­mit die Zyklus­zei­ten für eine Rei­he wich­ti­ger Phar­ma­pro­duk­te von Wochen auf Stun­den redu­ziert wer­den konn­ten – ein­her­ge­hend mit einem Quan­ten­sprung in der Pro­duk­ti­vi­tät und gerin­ge­rem Bedarf an Pro­duk­ti­ons­flä­che.

Die neu­es­te Ver­si­on von syn­TQ zeich­net sich durch ver­bes­ser­te Benut­zer­freund­lich­keit und noch umfas­sen­de­re Funk­tio­nen zur Qua­li­täts­op­ti­mie­rung aus. So lässt sich mit­hil­fe eines Echt­zeit-View­ers für mul­ti­va­ria­te sta­tis­ti­sche Pro­zess­steue­rung (Mul­ti­va­ria­te Sta­tis­ti­cal Pro­cess Con­trol, MSPC) und benut­zer­de­fi­nier­ter Con­trol Charts bei­spiels­wei­se erken­nen, wann ein Pro­zess sich aus sei­nem opti­ma­len Betriebs­fens­ter bewegt, um den Zustand umge­hend zu kor­ri­gie­ren.