在生物制药工业中，如同在任何现代高科技生产中一样，用于理化过程数值模拟的方法和工具越来越多地用于解决各种问题，从开发新剂型和新的生产方法到分析药物的运输，储存和输送过程。

安进公司是全球领先的生物制药公司之一。 该公司的药物帮助数百万患有严重疾病的人。 每种药物都是科学家，工程师和技术人员辛勤工作的产物。 安进专家使用多物理场建模作为工具，以帮助确保生产各个阶段的效率和安全性。 由于该行业中出现的问题的特殊性，通常必须处理复杂的物理和化学过程的建模，因此，用于数值建模的软件中广泛的数学模型的可用性是关键因素。

安进公司生产流程管理总监Pablo Rolandi分析了该公司的专家如何使用COMSOL Multiphysics®数值模拟环境来解决他们的问题。

Rolandi得出的结论是：“ COMSOL是具有现代开发原则的成熟平台，由于逻辑和易于使用的图形界面以及解决物理和化学建模的跨学科问题的能力，它使您可以创建复杂的模型。” 罗兰迪（Rolandi）领导着一群专家，他们使用多物理场建模方法来解决新技术过程和系统的设计和开发阶段的各种问题。 这些解决方案越来越多地变成了方便的建模应用程序，这些应用程序是使用COMSOL Application Development Environment在计算模型的基础上创建的。 应用程序使您可以为广泛的感兴趣的员工获得和使用数值建模的结果，即使对于那些不是数值计算和计算机建模领域专家的人也是如此。 一年半的时间里，Rolandi小组设法创建了一个易于使用的应用程序库，旨在提高研究效率并加速新技术的开发。

工艺优化

Rolandi集团应用数值建模工具的领域之一是优化和消除生产过程中的瓶颈。 作为成功实施模拟结果的一个例子，我们可以举出干燥过程强化的问题。 当公司拒绝合同组织的服务并将生产转移到自己在新加坡的工厂时，出现了问题。

事实证明，除去水分并分离出成分的过滤干燥机的性能太低，这增加了对最终产品需求未得到满足的风险。 Rolandi的小组对计算模型的构建感到困惑，使用该模型可以发现瓶颈并优化干燥过程。 由于工艺过程是多阶段的，并且前三个阶段以前使用了不同类型的设备，因此安进专家没有足够的干燥机特性数据，因此无法创建准确的模型并确定变化的干燥条件如何影响生产率。 首先，有必要评估两个关键参数的影响-新干燥机中的蒸发和扩散速率。 专家必须计算大量数据并使用回归分析来处理它们，以获得模型的所有特征。 基于开发的COMSOL计算模型，创建了一个易于使用的应用程序，您可以在其中计算完成一个完整的干燥周期所需的时间。

用于计算过程中各种条件下的干燥时间的应用程序。 该应用程序提供了将计算结果与实验数据进行比较的功能

过程工程师使用此应用程序设置设备和生产过程。 该应用程序允许用户评估不断变化的设备运行条件的影响，并采取措施来提高其生产率。

确保高灭菌标准

通过建模成功解决的问题的另一个示例是符合运输容器的灭菌标准。 工厂生产的药品在特殊的容器中运输，必须按照相关标准的严格要求对其进行消毒，因为药物的任何细菌污染甚至轻微的细菌污染都可能导致非常不愉快甚至危险的后果。 标准的环氧乙烷灭菌程序不适用于新容器，必须进行调整。 Rolandi小组建议使用数值模拟来分析环氧乙烷在新容器中的扩散过程，从而避免了许多昂贵的实验。 开发了一个应用程序，用户可以指定污染物渗透的区域，指示溶解度，扩散常数并计算容器中环氧乙烷的浓度如何随时间变化。

用于建模灭菌过程的应用程序，其中计算容器中环氧乙烷的浓度随时间的变化

技术人员使用该应用程序为特定几何形状的容器中的给定条件选择了最佳消毒剂浓度。 应用程序的实现可以大大减少，甚至在某些情况下甚至不需要进行实验，从而将设计阶段和实验成本减少了几个月。 “事实证明，为数值模拟创建应用程序要高效得多，” Rolandi说。

不只是建模

“我不仅在考虑数值建模，而且还在考虑开发和集成最先进的应用程序和方法，”罗兰迪说。 “我相信我们正在面临一项战略任务，我们才刚刚开始解决它。” 有待解决的问题之一是考虑初始数据的不确定性（不准确性）因素。 实际上，很少精确地指定任何任务的输入参数；所有参数都带有一些错误。 为了提高建模的可靠性和实用性，有必要考虑这些错误。

例如，罗兰迪（Rolandi）小组正在研究自动注射器的设计模型，该模型是一种在没有医生参与的情况下以自动模式给药的设备。 该设备最重要的参数是药物的输送时间。 必须精确控制此参数，以严格遵守医生为所给药药物规定的剂量。 困难在于，输送时间取决于已知精度不同的许多参数-这些参数是容器的几何尺寸和形状，药物的密度和粘度，注射器中活塞的摩擦系数等。 如果不考虑这些参数的误差，那么就不可能确定药物输送时间的方差，没有这种特性就无法精确控制。 作为建模的结果，获取结果的概率分布非常重要，这将有助于更好地分析整个系统的整体工作。

为了分析交货时间对各种初始参数的敏感性，Rolandi小组的专家使用了多物理场建模工具，他们使用该工具计算了问题每个参数的敏感性指数。 例如，他们发现药物的粘度和针头的几何尺寸决定了90％的分散时间，而其余的10％落在其余的参数上。 这使得我们可以大大简化模型，因为只有几个参数对交付时间有重要影响。 反过来，这种知识有助于为零件供应商准备技术规范，并减少了出错的风险。

用于建模自动注射器的应用程序，该工具可计算药物输送时间的误差

像COMSOL Multiphysics®中内置的其他计算模型一样，用于分析药物输送时间的模型已变成一个方便易用的应用程序，用户可以在其中查看文档，设置初始数据，执行错误分析并自动生成完成报告。计算。 再次部署该应用程序节省了研究时间和金钱。

应用程序部署和分发

Amgen使用COMSOL ServerTM的本地版本使员工可以使用应用程序。 “我们希望所有Amgen员工都能使用我们的应用程序，” Rolandi说。 -我为公司目前正在积极使用十多个应用程序感到自豪。 仅通过使用COMSOL环境就可以引入此类技术。”

COMSOL ^ServerTM使得通过Internet内部和外部部署，管理和使用应用程序变得非常容易。 用户可以简单地使用标准的Web浏览器登录并访问由Rolandi团队开发的应用程序库。

罗兰迪集团开发的Amgen应用程序库

Rolandi集团不会固步自封，并计划将其应用程序集成到技术流程中，例如，自动化输入数据的输入，并将应用程序本身转变为公司信息系统的“计算核心”。

Pablo Rolandi在COMSOL 2017用户大会上的致辞

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附加信息

来自ASML，TAUW，NRC，Endress + Hauser，Sintex，Amgen，TUM，EPFL，NTS和其他机构^的研究团队使用COMSOL®的更多示例可以在COMSOL NEWS 2018俄语版中找到。

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