生物制药行业正日益接近使用完全自主操作、零人工干预和自我校正流程的制造设施。尽管技术正使这一目标越来越可行，但缺乏共同参考框架等障碍仍然存在。今年4月在维也纳举行的BPI欧洲会议上，BioPhorum的技术战略团队探讨了这一话题。
"我们都希望以更快、更便宜、更具韧性的方式完成工作，"BioPhorum高级总监Andrea Johnston在与MSD爱尔兰业务技术合作伙伴William Doyle共同演讲时表示。"但要理解我们如何真正实现如此大胆的目标，我们首先必须审视制造运营的未来实际会是什么样子。"
BioPhorum是一个推动多项积极举措的行业贸易组织，涵盖数字技术转移、数字孪生、自动化物料转移、可互操作的过程分析技术(PAT)、即插即用设备以及投资回报框架。该技术成熟度矩阵是该组织"制造运营未来"工作流的产出，过去两年中，该工作流已经规划出从基于纸质的手动操作到"5级完全熄灯式设施"的路径。BioPhorum表示，这可以带来成本、速度、质量、敏捷性和可持续性方面的可衡量改进。
根据该模型，1级是当前状态，是任何制造商都应达到的最低基准。从那里开始，它依次上升至2级(潜力)、3级(优化)、4级(抱负)和5级——具有自我校正过程控制和实时放行的"熄灯式"颠覆性状态。
这一交互式工具的设计灵感来源于标志性的伦敦地铁线路图，彩色线条代表从标有"5级枢纽：完全熄灯式设施"中心延伸出的技术工作流。自主过程控制、通过人工智能(AI)和机器学习实现的智能维护、数字孪生分析、标准化本体论、自动化技术转移、无试剂测试以及监管协调，都被绘制为网络上的站点，操作员可以搜索、筛选和深入研究。
该地图可搜索和下载，附带列出全套技术的电子表格。下一版本将配备一个计算器，使组织能够更容易地在决定投资额外技术前权衡升级一级的收益。"并非世界上每个工厂都迫切需要转换到5级，"Johnston表示，"在某些情况下，2级或3级就足够了。"
然而，Doyle强调，要向5级迈进，这些步骤必须按顺序进行：你不能声称拥有无法向监管机构解释的自主过程控制，也不能自动化一项你从未手动运行过的技术转移。
因此，Doyle表示，要实现完全自主的过程控制，制造商必须从实时风险警报和闭环过程分析技术(PAT)开始"旅程"，经过分布式PAT、基于物理的神经网络(PINN)模型和数字孪生过程模拟等"站点"。而要实现自动化技术转移，则需要从纸质批记录开始，经过带有自动持续工艺验证的无纸化电子批记录、标准化本体论、数字孪生分析和整体工艺质量设计等阶段。
Doyle表示，美国食品药品监督管理局(FDA)4月发给Purolea Cosmetics实验室的警告信及时提醒了为何该矩阵建立在分阶段进展而非跃进至最终状态的基础上。该警告是该机构首次将人工智能滥用列为cGMP缺陷的执法行动。Doyle还指出关于制造中AI应用的欧盟GMP附录22草案是进一步谨慎的理由。"你必须以正确的方式工作。"
这些能力中的一些已经进入实践阶段。2025年8月，合同开发和生产组织(CDMO)药明生物表示，其WuXiUP灌流平台已在试点规模上实现了端到端、完全自动化的连续原料药生产，全天候运行，仅需其描述的最低限度人工干预。
该公司报告称，连续培养24天产量超过110克/升，其声称的两步膜层析步骤比树脂效率高5到10倍。闭环系统使用停留时间分布分析自动分流不符合规格的材料，这是矩阵为其最高等级保留的一种自我校正。但该系统仍处于试点规模，仅限于原料药，且依赖最低限度而非零人工干预，使其处于自动化旅程的末端，而非完全熄灯式的目标。
然而，药明生物的例子说明了自动化与真正自主性之间的区别，这两个术语经常互换使用，但在PE公司HINA Bioventures最近的分析中被区分开来。自动化处理定义明确、可重复的任务。相比之下，真正的熄灯式制造需要通过认知协调多个企业层面来实现自主性，从原材料供应和调度到实时生物工艺执行。该论文认为，实现这一目标的架构将因设施类型而异，高产量的大规模生产站点依赖高度集成的刚性框架，而灵活的多产品细胞和基因设施则需要更加模块化和代理化的方案。
该分析还指出，当前行业运行在"冻结的"、经过验证的工艺模型上，这些模型无法自我更新，而达到能够学习的模型将取决于FDA的预先确定变更控制计划(PCCP)等框架，这将使它们能够在预先批准的范围内进行调整。
一位现场提问者对"技术已准备好部署"的说法提出了质疑，将技术准备度与监管接受度区分开来。Doyle同意这两者是不同的。Johnston补充说，BioPhorum每季度与欧洲药品管理局(EMA)、英国药品和保健品管理局(MHRA)以及FDA会面，包括《数字技术转移手册》和自主过程控制手册在内的项目成果将提交给这些机构，以推动协调工作。
下一阶段是一个与模态无关的更高级别地图，面向不需要完整技术细节的董事会级决策者。它超越了现有的基于单克隆抗体(mAb)的矩阵，正在开发细胞和基因治疗版本。它还连接到包括《数字技术转移手册》和《数字工厂成熟度模型》在内的并行BioPhorum项目，均采用相同的1级到5级评分体系。
"没有任何单一制造商、供应商或非营利组织能够独自完成这项工作，"Johnston在总结时表示。"技术已经存在。现在我们需要共同决定投资优先顺序，并携手推进。"
该地铁线路图现已在BioPhorum技术战略页面上线。
赛多利斯与数字孪生
数字孪生位于BioPhorum地铁线路图的中心附近，赛多利斯多年来一直在构建基础设施来充实这一节点。该公司的Umetrics数字孪生AI生态系统——建立在多元数据分析、机理建模和机器学习基础上——位于更广泛的Biobrain架构内，这是一个分层的数字框架，涵盖批次和连续制造环境中的控制、监督和操作。
数字孪生在生物加工中的实际应用案例已经得到充分验证。基于历史和实时数据构建的预测控制模型可以在偏差成为批次失败之前标记它们。当工艺知识已经编码在随产品转移的已验证数字模型中时，技术转移——地铁线路图中突出显示的工作流之一——就不再是盲目跳跃。
2025年3月，赛多利斯通过与Tulip Interfaces的商业合作扩展了Biobrain平台，集成了Tulip的一线操作技术，为赛多利斯设备的调试、操作和维护添加了可组合的人机界面。目标是增加数字能力，使其能够扩展而无需进行完整的系统改造。
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