干细胞治疗促进了干细胞在组织修复中的应用。这些干细胞在实验室中培养,并转化成特定的细胞类型,包括心肌细胞、血细胞或神经细胞。干细胞既可以修复或替换因疾病或化疗而受损的细胞,也可以与免疫系统合作,对抗某些癌症和与血液有关的疾病,如白血病。
问题:干细胞生产计划和调度
细胞疗法的生产过程有几个独特的挑战,其中包括为每个患者量身定制的供应链。
生产过程中的步骤非常明确,必须严格遵守。患者首先会要求提供与之相匹配的脐带血单位(CBU),在找到合适的批次后,将其送往生产工厂。CBU被立即放入液氮中,生产所需的所有材料必须在工艺开始前到位。
由于这个过程从第一天开始直到完成时都不能中断,因此必须最有效地安排空闲的生产时间。产品在生产的最后一天被冷冻,接着准备送往医院和患者。
在生产过程中,洁净室一次只能处理一批产品,这会导致潜在的瓶颈。
一家干细胞生产商正准备开展新的生产业务。因此,他们签约了Logico和Opyflow两家咨询公司,帮助他们规划生产过程,并使用仿真软件创建每周调度表。
解决方案
两家咨询公司利用仿真软件和数字孪生技术共同开发了一套生产计划和调度解决方案。由于干细胞行业的需求具有很强的随机性、时间依赖性,而且变量众多,因此选择了仿真而不是简单的分析模型。
为什么使用AnyLogic软件进行生产计划和调度?
顾问们决定使用AnyLogic仿真软件为生产计划创建一个基于仿真的数字孪生体。
他们选择AnyLogic是因为它既支持基于智能体的建模方法,也支持离散事件建模方法。此外,AnyLogic还提供了使用Java编程语言定义和修改极其复杂的流程的能力,以扩展内置库并创建自定义库。对于这个项目来说重要的是还可以执行优化。最后,可以开发一个具有3D可视化和KPI仪表板的用户界面。
基于仿真的生产计划和调度数字孪生工具
开发人员可以从实物资产中获得数字孪生所需的参数。这些包括工程、操作、计划和质量。在每个参数中都可以找到其他参数,如下图所示。
客户收到一个具有可调参数的独立模型。在仿真模型中,当原材料到达生产工厂时,流程就开始了。与这些原材料有关的所有审计和操作程序也在此时进行。
此外,在模型中,工作人员从不洁净的区域到达无菌区域。所有的工作都在所谓的洁净室中完成。
在每个洁净室中,任何给定时刻只对一个批次进行工作。因此,可以容纳更多的员工,但一个房间一次只能用于一个批次。因此,需要最大限度地发挥洁净室的潜力并消除瓶颈。
为了识别瓶颈,咨询顾问实施了一系列优化流程。他们使用这种方法来识别瓶颈,纠正导致瓶颈的参数,将其“锁定”,使其无法更改。重复这个过程,一步一步地减少了瓶颈。这个过程可以持续到所有潜在的瓶颈都得到纠正。
结果
在该项目中,咨询顾问使用基于仿真的数字孪生来识别瓶颈,测试生产能力,优化劳动力,并创建长期计划和周调度表。
根据调查结果,产能可能增加30%,这将使得销售额增加30%。客户最终会获得更多利润。
此外,由于发现了许多问题,客户为启动做好了更充分的准备,发现并解决了之前没有想到的规划问题。其中一个例子是,在确定瓶颈后,订购了额外的设备来消除瓶颈。
最后,制造数字孪生系统和 FMEA(失效模式及影响分析)被用来制作必须提交给 FDA 的文件。这是获得生物许可证的必要条件。
展望细胞疗法生产过程的未来,模型扩展的潜力是无限的,但第一步是创建一个包含整个供应链的模型。
该案例研究由Yossi Benagou的Logico和Dov Amor的OPYflow在2022年AnyLogic会议上介绍。
些幻灯片以PDF格式提供。
