製薬業界におけるインダストリー4.0の実現：規制産業におけるデジタル製造を推進する方法の解説

製薬およびバイオテクノロジー企業は、デジタル時代において数多くの特有の課題に直面しています。他の業界が新技術を活用し、継続的なプロセス改善を通じて生産性を大幅に向上させ続けている一方で、規制産業は技術導入のペースが比較的遅いため、しばしば後れを取っています。文書化、データの完全性、プロセスバリデーションに対する厳格な要件は、企業のリソースを過度に消費するため、継続的な改善活動に充てる余力がほとんど残されていないのが現状です。

こうした変革への抵抗があるにもかかわらず、最新のソリューションは、製造業者が業務の運営方法を見直すための新たな機会をもたらしています。技術者の業務を支援することで、単調な作業の自動化やプロセスのミス防止を実現する技術がいくつか導入可能です。

物理システムとデジタルシステムを連携させることで、製造業者はデータの整合性を確保し、生産の可視性を高め、データに基づいた意思決定を行い、業務の継続的な改善を図ることができます。

本ガイドでは、製薬業界におけるデジタル製造について包括的な概要を解説し、具体的な戦略、活用事例、およびケーススタディを紹介しています。

これは、規制産業におけるデジタル能力を構築するための指針としてご活用ください。

「Pharma 4.0」は、製薬製造という独自の状況に合わせてデジタル戦略を適応させるための枠組みです。

具体的には、このフレームワークにより、接続性の向上、生産性の向上、コンプライアンス対応の簡素化が図られるほか、生産情報を活用して問題が発生したその場で対応できるようになります。

この用語は、対象となる構成要素や推進要因をこの用語に整合させ、製薬業界全体におけるデジタル化の成熟度向上を加速させるためのベストプラクティスを提供することを目的として、国際製薬技術者協会（ISPE）によって商標登録されました。

「Pharma 4.0」フレームワークは、医薬品のライフサイクル全体にわたって、事業、IT、製造の各分野における優先事項を明確にする、包括的なアプローチを提唱しています。

同社は、組織が「業務の迅速化、コスト削減、競争力と俊敏性の向上を通じて、ビジネス目標を達成できるよう」支援することに尽力しています。

「Pharma 4.0」は、単なるデジタル技術への取り組みにとどまりません。それは、考え方の転換そのものです。製造業者は、問題を特定するための新たな手法を見出し、コンプライアンス要件への対応において効率性と有効性を高めるために、先進的な技術を導入する必要があります。

従業員のつながりを深めることから、より人間中心のワークフローの導入、さらには企業文化の変革の推進に至るまで、Pharma 4.0の核心には「人」が存在します。したがって、企業は単にプロセスを自動化するだけでは不十分です。

このレベルの運用を実現するためには、以下の点を考慮する必要があります：

• 紙ベースの業務プロセスおよび紙の書類の廃止

• 医薬品のライフサイクル全体にわたるコミュニケーションの改善によるデータサイロの解消

• データ収集と共有が改善されるにつれ、規制当局との関与が軽減される

• 検証におけるリスクベースかつ統合的なアプローチへの転換

• 検証と連動した包括的な制御戦略の導入

• 品質保証およびコンプライアンスにおけるデータへの注目の高まり

「Pharma 4.0」は、製造業者が俊敏性を発揮し、迅速に改善を重ね、リソースと従業員を結びつけ、最終的にはより高品質な製品を生産し、患者の治療成果を向上させることを可能にする製造パラダイムを構想しています。

「Pharma 4.0」の運用モデルを実現する要素の一つが、デジタル成熟度です。大まかに言えば、『Industrie 4.0 Maturity Index. Managing the Digital Transformation of Companies – UPDATE 2020』で概説されているように、デジタル成熟度には6つの段階があります。完全なデジタル成熟度を達成するためには、今すぐ変革に着手する必要があります。まずは業務の効率化を図るためのコンピュータ化から始めるべきです。

成熟度の最高レベルに達した企業は、自ら適応していくようになるでしょう。つまり、経済の激動に耐え、ビジネス目標を迅速に転換して機会を捉える能力を備えているのです。

成功を確実にするためには、メーカーは各段階が前の段階を土台として構築されるような、体系的なアプローチを取る必要があります：

1.コンピュータ化：成熟度の第一段階は、デジタル技術を導入して単純な手作業プロセスを自動化することです。その目的は、コンピュータに任せたほうが効率的な反復的な業務を見極め、デジタルインフラの基盤を築くことにあります。

2.接続性：現在、IT、OT、通信システムが互いに連携していないことが原因で、データのサイロ化が生じています。システム統合を通じて、組織全体でデータがシームレスに流れるようになれば、スタッフは業務をより効率的に遂行できるようになります。

3.可視性：これは 、多くの製造業者が段階的な改善を実感し始める分野です。人、機械、プロセスが相互に接続されることで、生産に関する膨大なデジタル記録が生成され、これを利用してリアルタイムかつデータに基づいた意思決定を行うことが可能になります。

4.透明性：データが増えるにつれ、複雑なシステムに関する新たな知見が得られるようになります。高度な分析により、改善に向けた新たな機会が次々と生まれます。

5.予測可能性：詳細な生産記録があれば、製造業者は問題が発生する前にそれを未然に防ぐことができます。

6.適応性：システムは問題を予見し、自ら適切な措置を講じます。最も高度な段階では、これらのシステムは自律的かつ自己修正能力を持つようになります。

医薬品製造ラインが問題を検知し、自ら修正するといった状況には、まだ程遠いのが現状です。しかし、デジタル化とネットワーク化という基盤から、高度な予測システムへと進化していくこの道筋は、製造メーカーが今すぐ着手できるものです。

適切な戦略さえあれば、その未来はそう遠くないかもしれません。製薬メーカーは、デジタル化に向けた小さな機会を見つけ、そこから着手することで、大きな成果を上げることができるでしょう。

デジタルトランスフォーメーションの戦略を策定したり、小規模で拡張性のある改善の機会を見つけたりすることは、決して簡単なことではありません。

もし目標が、自律的で自己修正能力を持つシステムになることだとすれば、問題はこうなる：どうすればそこにたどり着けるのか？

その答えは、アジャイルなアプローチを採用し、着実な進化を重視することで、画期的な生産性の向上を実現することです。今すぐ変革に着手し、頻繁に進化させていきましょう。一挙にすべてを変えるような「ビッグバン」を待ってはいけません。そうしていると、チャンスを逃してしまいます！

インダストリー4.0は、現代の製造現場に集約される一連の技術として定義されることが多いが、それらすべてを結びつけるいくつかの概念が存在する。

第一に、産業用IoT（IIoT）が挙げられます。IIoT 単なる技術というよりも、製造施設全体にわたる多様な機器、センサー、そして人々のネットワーク化IIoT 。この接続性により、製造プロセスの全体像がより明確に把握できるようになり、データのサイロ化を解消するのに役立ちます。

もう一つの重要な概念が、サイバーフィジカルシステム（CPS）です。CPSとは、人間と機械からの入力を組み合わせることで、工場内のさまざまな関係者間のコミュニケーションと連携を強化するネットワークのことです。より平易に言えば、CPSとは、製造現場における人間の活動をデジタル領域と物理領域の両方にわたって統合的に把握することで、現場作業者を支援する相互接続されたシステムです。

CPSは、より柔軟な業務システムを構築することで、人々がより良い意思決定を行い、改善の新たな機会を見出し、リソース配分を最適化し、品質を向上させることを支援します。CPSを活用することで、人間とデジタル製造システムが連携して業務を遂行します。

IIoT 組み合わせることで、医薬品製造においてボトムアップ型のアプローチが可能になります。階層的な制御モデルでは、変更を実施する前により多くの情報が必要となります。一方、IIoT を用いれば、制御は自発的に形成されていきます。

ここでいう「創発」とは、デジタルシステムが調和して機能することで新たなパターンが生まれることを指します。具体的には、情報の量と質の向上により、製造業者は現場の問題をリアルタイムで特定し、それに応じて改善策を講じることができるようになります。

「創発」を受け入れるということは、システムを稼働させてその出力を検証するまでは、すべての答えを得ることができないという事実を受け入れることを意味します。創発と向き合うことは、革命ではなく進化を通じて価値を創造するための鍵となります。

データの完全性は、Pharma 4.0が最も大きな貢献を果たせる分野の一つです。実際、ISPEは「設計段階からのデータ完全性（Data Integrity by Design）」を、デジタル成熟度の望ましい成果として位置付けています。

こうした事実を知りながらも、多くの製薬会社は依然として、ミスが発生しやすい紙ベースの文書管理に依存し続けています。製造工程において、技術者は機械の状態、バッチ情報、生産スケジュールを紙のフォームに記録しています。こうした記録は手間がかかり、転記ミスが発生しやすく、参照も困難です。工程の終盤になってミスが発見された場合、修正の余地はほとんど残されていないことがよくあります。

Pharma 4.0ソリューションを活用することで、製造業者は最も重要なデータに対してプロセスチェックを実施し、逸脱をリアルタイムで検知することができます。これにより、「初回から正確に」というアプローチでの製造が可能となり、例外処理にかかる時間を削減できます。

紙ベースのワークフローから「Pharma 4.0」主導の施設へと転換するには、システムの全面的な刷新や、効率化のために大規模でモノリシックなソフトウェアの導入が必要になるのではないかという懸念が広く見受けられます。しかし、市場はより柔軟で適応性の高いシステムへと移行しつつあり、この変化を牽引しているのが「コンポーザビリティ」です。

コンポーザブル・ソフトウェアとは、「ビルディングブロック」を組み合わせることで構成されるシステムであり、ソフトウェアの機能に柔軟性と付加価値をもたらします。このシステム構造は、変更に伴うリスクを低減しつつ、運用の俊敏性を実現できるという利点があります。

現在、モノリシックなソリューションでは、機能の不足を補うためにカスタマイズやポイントソリューションが必要となります。また、汎用的なソリューションに合わせて業務プロセスを調整せざるを得ない状況も生じます。しかし、コンポーザブルなソリューションであれば、製薬企業は自社の独自のプロセスに適合した独自のソリューションを構築することができます。

これらのソリューションは、市民開発（Citizen Development）も可能にします。多くのコンポーザブル・システムにはノーコード機能が備わっている傾向があり、これによりソフトウェア開発サイクルが加速されるだけでなく、業務の専門家が特定のユースケースに合わせたソリューションを構築できるようになり、問題を最もよく理解している人々に主導権が委ねられます。具体的な活用例としては、デジタル作業指示書を用いたワークフローのエラー防止、ワークフロー中の21 CFR Part 11準拠の電子署名の取得、およびリアルタイムの運用状況を可視化するためのカスタマイズ可能なダッシュボードの作成などが挙げられます。

将来性は「コンポーザブル」であるからこそ実現できる。なぜなら、多額のコストを要するカスタマイズや長期間の実装を必要とするモノリシックなシステムとは異なり、コンポーザブルなソフトウェアは価値創出までの時間が短いため、製薬企業は大きなビジョンを抱きつつ、小規模から始め、迅速に事業を展開することができるからだ。

メーカー各社が「Pharma 4.0」ソリューションを活用して、すでにどのような価値を創出しているのかを見てみましょう。

電子ログブックは、関連する生産情報を自動的に記録します。これにより、手作業によるプロセスが効率化されると同時に、データの整合性が大幅に向上します。これらのログブックは、機械や作業員からの情報を集約・統合することで、プロセスの可視性を高めます。さらに、電子ログには写真、メモ、理由コード、機器履歴記録、位置情報などを組み込むことが可能であり、紙ベースのフォームよりも包括的な生産記録を提供します。

電子航海日誌は、情報が「特定可能（Attributable）」「判読可能（Legible）」「同時記録（Contemporaneous）」「原本（Original）」「正確（Accurate）」である（ALCOA）ことを保証する。

これらのログはデジタル形式であるため、コンプライアンスの証明として容易に参照することができます。

多くのラインクリアランス作業は、複雑で、切り替えに時間がかかるものです。紙ベースのプロセスでは、作業員は次の手順を探すことや、前の手順の実行確認に多大な時間を費やすことになり、その結果、実際に手順を進めるための時間が削られてしまいます。

インタラクティブなデジタル送電線周辺の樹木管理アプリケーションは、作業の進行を円滑にします。IoTデジタル作業指示書は、ユーザーを標準作業手順（SOP）に沿って誘導し、作業の正確性を確保しつつ自動的に検証を行うことで、効率性を向上させます。これらのアプリケーションはプロセスの各ステップにかかる時間を記録するため、プロセスの可視性を高め、エンジニアが改善すべき箇所を特定するのに役立ちます。また、これらのアプリはデータをリアルタイムで収集・伝達するため、エンジニアは作業の進行状況に応じてプロセスのステータスを確認でき、ダウンタイムの削減やより効果的なスケジューリングにつながります。

バッチ記録のレビューには、膨大な量の製造データや工程文書を集約し、確認する必要があります。

レビュープロセスに費やされる労力の多くは、誤った情報や判読不能な項目を特定し、特定のロットに関するすべての生産情報が利用可能になるよう記録を修正することに費やされています。

Pharma 4.0のツールを活用することで、製造業者はデータ収集とバリデーションを、製造プロセスの継続的かつシームレスな一部とすることができます。オペレーターや機械が稼働するにつれて製造プロセスに関する情報が自動的に収集されるため、すべてのデータは追跡可能、判読可能、同時記録、原本、かつ正確なものとなります。

バッチ記録のレビューを行う際、必要な情報はすぐに参照でき、読みやすい形式で提供されます。これにより、製造業者は転記ミスの修正に費やす時間を減らし、製品の品質確保により多くの時間を割くことができます。利用可能なデータが増えることで、例外事項としてレビューすべき項目を特定しやすくなります。

製薬製造におけるプロセス改善の最大の障壁は、必ずしも規制上の制約とは限りません。多くの場合、プロセスの可視性の欠如が障壁となっているのです。

IoT 人間中心の製造アプリケーションを活用することで、製造業者は複雑なプロセスを構成する各工程に分解し、現場の作業員のパフォーマンスを詳細に把握することができます。これらのアプリケーションにより、エンジニアは各工程における個々の作業員のパフォーマンスを追跡できます。これにより、エンジニアはさらなる研修が必要な状況を特定できるようになります。また、作業員のパフォーマンスの低さとプロセス設計の不備とを区別するのにも役立ちます。

これまでの経験上、こうした変更の多くは段階的なものであり、監査の対象となったり再検証が必要になったりすることなく、品質と効率の面で大きな改善をもたらすことができます。

IIoT 、環境条件の変化にその都度迅速に対応することが可能IIoT 。この機能により、クリーンルームの監視にかかる時間を大幅に短縮できます。通常、クリーンルームの監視には、技術者が現場に赴き、防護服の着用や消毒の手順を経て、情報を紙に記録し、さらにコンピュータにデータを入力する必要があります。しかし、ネットワークに接続されたセンサーが、条件が設定された閾値を超えそうになったことを検知し、生産を中断する前に技術者に警告を発することで、適切な措置を講じることができるようになります。

多くの製造プロセスでは、研修に多額の投資が必要となります。この課題は、従業員の離職率が高い時期にはさらに深刻化し、チーム内の専門知識が失われることにつながります。製造業者は研修プログラムにおいて実際の生産現場の状況を再現することが難しいため、研修の進捗が遅くなりがちです。研修期間が長引くとコストがかさむだけでなく、生産性が低下し、技術者が適切に訓練されていない場合は品質の低下を招くことになります。

製造向けアプリを活用することで、メーカーは製薬業界に特化した研修アプリを設計し、従業員を迅速に現場に投入することができます。エンジニアは、多段階のプロセスを構成要素ごとに分割し、対象を絞ったモジュールを作成できるほか、動画や画像などのメディアを組み込むことで、さまざまな学習スタイルを持つ従業員に効果的に情報を伝達できます。再教育期間中に従業員を現場から離すことができない場合でも、研修アプリを適切に設定することで、OJT（実地研修）を円滑に進めることが可能です。

製造業者は、Workspaces を使用してステージング環境でトレーニング用アプリを実行することで、プロセスをシミュレートすることも可能です。これにより、トレーニングデータが本番データに影響を与えることなく、オペレーターのパフォーマンスを追跡できる独立した環境が構築されます。

製造業者は日々の業務において、実に膨大な量のデータを生成しています。しかし、そのデータの大部分は、生産に関する知見を得るための材料として活用されていません。その理由は、データが扱いにくすぎたり、構造化されていなかったりするため、価値あるものとして活用できないからです（これは「データは豊富だが情報は乏しい（Data Rich, Information Poor、略してDRIP）」とも呼ばれます）。

「Pharma 4.0」がもたらすメリットの一つは、製品のライフサイクル全体を通じて収集されたデータの分析能力の向上です。人工知能（AI）や機械学習の進歩により、システムは膨大なデータセットを解析し、その中にある関連性をより的確に見つけ出すことができるようになりました。

課題

ある大手製薬メーカーでは、日常業務における情報の記録に依然として紙の記録簿を使用していた。その結果、クリーンルーム内でしかアクセスできない膨大な量のデータが生み出されていた。社内調査を通じて、この製薬メーカーは、紙の記録からデータを取得するためにクリーンルームに入るだけで、週に数時間も個人用保護具（PPE）の着用や消毒に費やしていることに気づいた。これは到底容認できる状況ではなかった。

解決策

この製薬メーカーは、データの自動収集とワークフローのエラー防止を目的として、Tulip の電子ログブックソリューションを導入しました。これにより、時間の節約と生産性の向上を実現しました。これらのログブックでは、誰が、どこで、いつタスクを完了したかを、監査可能な記録として残すことができます。

メーカーはドロップダウンメニューを採用することで、データ入力のスピードと利便性を向上させました。情報が完全にデジタル化されたことで、部門マネージャーは、複数の部屋から、いつでもどこからでも、機器の点検記録簿にあるすべてのデータにアクセスできるようになりました。

課題

別のメーカーでは、複雑なライン切り替え作業の改善に「Pharma 4.0」の手法を導入しました。従来、このプロセスには14日間を要していました。その理由は、作業員が80ページに及ぶ紙のSOPを参照し、監査可能な記録を残すために各工程を文書化し、次のシフトの作業員に引き継ぐために進捗状況を報告する必要があったためです。もし工程を飛ばしたりミスをしたりした場合、その修正には多大なコストと時間を要することになりかねませんでした。

解決策

同社では、デジタル作業指示書を活用し、画像や動画を組み込むことで、作業員に手順を段階的に明確に案内しました。これらの作業指示書は、「もし～なら～する」というロジックを用いて動的に構成することができ、切り替え工程における分岐判断に対応しています。重要なプロセスパラメータや数値は、GxP基準に準拠するため、タイムスタンプと電子署名とともにアプリケーションデータに自動的に記録されました。

このプロセスをより人間中心のものにすることで、製薬会社は書類作成の負担を軽減し、ワークフローのミスを防ぐことができました。作業担当者はもはや紙に手書きで情報を記録する必要がなくなったため、最初から正確に作業を行うことに集中できるようになりました。

業務のデジタル化によるさらなるメリットとして、ラインの切り替えプロセスをリアルタイムで追跡できるようになった点が挙げられます。次のシフトは、未完了のタスクと具体的な次の対応策を即座に引き継ぐ準備が整っており、管理者はその進捗状況を生産現場レベルで把握できるようになりました。

製薬業界は急速なスピードで進化しています。

FDAもメーカーも、コンプライアンスがより負担の少ない、協力的な取り組みとなる未来を想定しているが、継続的な改善とコンプライアンスのバランスを取ることは、今後数年にわたり不可欠であり続けるだろう。

「Pharma 4.0」の真価は、コンプライアンスを製造プロセスの自然な一部として組み込みつつ、生産性と品質の新たな可能性を引き出す点にあります。

今、デジタル化の未来に向けて必要な措置を講じているメーカーは、シームレスなコンプライアンスの恩恵を受けることができますが、それだけに留まる必要はありません。

「Pharma 4.0」戦略を導入することで、連携性、効率性、そして俊敏性を高めることができます。