Технологии высокоскоростного розлива и упаковки вакцин

В статье подробно рассматриваются новейшие технологии Truking Technology, позволяющие реализовать процесс высокоскоростного розлива и упаковки вакцин на скорости до 450000 ед/день на одну производственную линию.

Процесс организации высокоскоростного розлива и упаковки в фармацевтической отрасли всегда сопровождается рядом технических проблем, особенно в том случае, если речь идет о массовом производстве. Но сегодня, когда коронавирусная инфекция стремительно распространилась по всему миру и не думает сдавать свои позиции, единственной надеждой государств остается иммунизация населения посредством вакцинирования.

Эффективность большинства созданных вакцин от коронавируса не подвергается сомнению многими странами. Однако объемы их производства еще недостаточны для полного удовлетворения спроса, и это связано, в том числе, с рядом технических ограничений, касающихся скорости розлива и упаковки.

В последние 20 лет компания Truking Technology была предельно сфокусирована на развитии сегмента оборудования для высокоскоростного асептического розлива и упаковки инъекционных препаратов. К последним достижениям компании в этой сфере можно отнести следующие технологии: система «высокоскоростной транспортировки флаконов» для снижения ударных нагрузок на стенки стеклянных флаконов во время их движения на большой скорости, «адаптивная система контроля процесса высокоскоростного дозирования», «самообучаемая система визуальной инспекции на базе ИИ», и «технология регулируемого управления движением узла раскрытия кроя картона с многоступенчатой планетарной трансмиссией». Все эти разработки позволяют решить многие проблемы высокоскоростной упаковки, такие как бой флаконов при транспортировке, низкая точность дозирования, ложноположительные результаты инспекции, низкая скорость вторичной упаковки. Эффективность этих разработок уже  подтверждается широким применением на современном фармацевтическом рынке. Все вышеназванные технологии были интегрированы в  высокоскоростные линии розлива и упаковки вакцин Truking, способные стабильно производить до 450,000 флаконов в сутки.

Далее мы рассмотрим их подробнее.

1.Система высокоскоростной транспортировки флаконов

При высоких скоростях работы линии (>550 флаконов/мин) флаконы подвергаются частым ударным нагрузкам в процессах транспортировки, выборки и отбраковки, что зачастую ведет к разбиванию или повреждению стекла, чья толщина не превышает 1-2мм. После тщательных и подробных исследований нам удалось установить, что в большинстве случаев бой флаконов вызывается повышенной ударной нагрузкой, возникающей при применении несогласованных стратегий управления и контроля независимых рабочих станций в момент прохождения через них флаконов.  Проанализировав оптимальные критерии контроля для обеспечения защиты флаконов от повреждения во время движения на большой скорости исследовательская команда Truking разработала технологию, позволяющую координировать траектории движения и скорости, тем самым существенно снижая ударные нагрузки на флаконы и, соответственно, коэффициент боя в высокоскоростном процессе. При применении этой технологии  коэффициент боя флаконов составляет ≤0.01% при скорости транспортировки 550 флаконов/мин.

2.Адаптивная система контроля процесса высокоскоростного дозирования

Реализация процесса скоростного дозирования с высокой точностью всегда была проблемой, с которой сталкивается фармацевтическая отрасль. Основные сложности этого процесса заключаются в согласовании движения дозирующих игл и обеспечении высокой точности дозы на каждый проходящий флакон.

В Truking была разработана адаптивная технология контроля процесса высокоскоростного дозирования, гарантирующая стабильное поведение механической системы. Одновременно были изучены и проанализированы разнообразные алгоритмы контроля для выработки наилучшей стратегии управления движением системы, что позволило существенно увеличить точность дозирования.

Проведя глубокие исследования законов и принципов саморегулирующего управления мы разработали адаптивный контроллер (AIC) на базе интеллектуальной системы управления (IC), который может выявлять тенденции роста отклонений при изменениях состояния системы во времени и отслеживать нелинейные показатели системы дозирования. Локально преобразовывая к линейному виду глобальные нелинейные параметры мы тем самым можем более эффективно снижать отклонения контроля дозирования и, соответственно, повышать стабильность дозы. Согласно полученным экспериментальным данным (см. Рисунок 4) контроллер AIC более эффективен по сравнению с системами IC и MC.

3.Самообучаемая система инспекции на базе искусственного интеллекта

Самый популярный метод распознавания инородных объектов жидкости основывается на сравнении снимков инспектируемого объекта с эталонным изображением, однако он имеет ряд критических недостатков. В частности, существует вероятность ложноположительного повторяющегося результата из-за неверной интерпретации системой пузырьков, содержащихся в жидкости. Для исключения подобных ошибок в Truking была разработана технология визуальной инспекции с применением искусственного интеллекта и алгоритмов нейросети. Проводя анализ массивного количества образцов система учится самостоятельно различать пузырьки и инородные объекты, оценивая их форму, яркость и траектории движения.  При работе на высоких скоростях до 550 флаконов в минуту такая система умеет распознавать включения размером до 50мкм с вероятностью ложных результатов ниже 0,01%.

4.Технология регулируемого управления движением узла раскрытия кроя с многоступенчатой планетарной трансмиссией

В настоящее время общая скорость вторичной упаковки заполненных флаконов существенно  ограничивается эффективностью механической конструкции узла захвата и формирования картонной пачки из заготовки. Для решения этой проблемы в Truking была разработана технология регулируемого управления движением узла раскрытия кроя картона с многоступенчатой планетарной трансмиссией.

При разработке этой технологии было проанализировано большое количество конструкций и траекторий планетарных передач для изготовления наиболее эффективной структуры, а также был проведен ряд испытаний и симуляций по ее оптимизации. В результате мы создали механизм, обеспечивающий надежный захват и раскрытие 99,95% картонных пачек в процессе высокоскоростной упаковки.

После ряда испытаний все вышеназванные технологии были успешно внедрены в оборудование, предназначенное для производства вакцин. Производственная скорость линии, снабженной этими технологиями, может достигать 550 ед./мин. и поддерживаться на этом уровне продолжительное время. Сегодня оборудование для производства вакцин уже успешно применяется крупнейшими биофармацевтическими компаниями по всему миру: в Китае (Biotechnology Co., Ltd.), России (PRV), Индии (BB), ОАЭ , в том числе более 200 единиц оборудования используется для высокоскоростного розлива и упаковки вакцин.

На иллюстрации показана схема компоновки производственной линии.