如何利用人工智能来改进多变量的生产过程

☎皮书VAYU 执行摘要 发酵过程在制药或食品生产中的效率往往在多年内不会受到挑战，除非出现急性问题。尽管行业通过数字化不断演变，发酵过程却很少以相同的速度进步。 以下将为您介绍如何VAYUSense彻底改变 这一关键过程使用人工智能(AI).首先， 将简要概述行业问题。此外，将解释VAYUSense解决方案是如何解决这些问题的。然后，将概述该解决方案带来的积极商业效益以及对生产产生的有利影响。最后，将解释该解决方案的工作原理。 产品概述 TheVAYUSense解决方案旨在将您的 发酵过程提升到一个新的水平，它引入 了一种新颖的数据平台产品，使这一目 标成为可能。真实闭环解决方案给制 药和食品技术公司- 行业。它帮助您通过采用AI解决方案开 始数字化转型，从而增强对发酵过程的 控制。 VAYUSense解决方案的核心是完整的 。它是软件服务operating 自主和自动来应对发酵挑战实时。它 是可扩展的并且完全可定制的。它包含 一个全方位服务方式以及选择添加一 个非侵入式传感器甚至更高的精度。 让我们仔细看看目前市场上可用的传统解决方案： •几家公司决定采取数据革命，为客户提供先进的数据分析。 •一些竞争对手提供了改进的配方来修改生产过程。 •Otheroffersa基于1:1参数的数据分析过程控制这意味着一个监控参数会影响一 个受控参数的修改，就像在PID控制系统中设计的那样，旨在保持一个设定点，例如 ：通过增加搅拌来提高溶解氧浓度。 行业问题 发酵过程是一项具有挑战性的过程。市场 上大多数可用的技术解决方案仍然主要是 开环解决方案，主要侧重于数据收集和分 析，以向客户提供修改后的配方。 由于技术的发展，该行业已经能够实时 连续监控生产过程的进展。鉴于生物过 程高度复杂且持续时间从几小时到几周 不等，监测到的数据量庞大，技术人员 无法实时处理所有数据。因此，在没有 创新方法的情况下，收集大量数据对过 程改进的效果将非常有限。 •另一种方法是基于软件的过程改进。它使用描述生物生长动力学的模型数学方程。 这种方法的主要缺点是多重所需的假设为了实现对过程的预测。因此，如果微生物 行为发生变化或过程更加复杂，该模型将不再适用。相当有限为了使用方程进行过 程预测，因为没有两次发酵是完全相同的。即使使用相同的菌株生产相同的API，批 次之间的生物材料性能也可能有所不同。静态协议无法满足批次之间产生的变异性。 例如，预测重组大肠杆菌的生长模式相对简单。但在考虑氧气消耗与进氧量之间的复 杂关系时，需要考虑多个参数（例如：溶解氧饱和度、氧气消耗、剪切力、泡沫等） ，情况变得模糊不清。另一个涉及多参数的情况是在展示次级代谢产物生产时，发现 生长与API产量之间没有相关性，因此需要太多的建模假设导致降低了模型的准确 性和可靠性因此，过程改进服务。因此，基于方程模型的解决方案非常有限在光 谱过程中。 23 背景 你可以看到基于配方的开环技术不一定提供巨大的改进.虽然这些方法基于收集发酵过程的历史数据并使用算法和数学模型，但 它们只能用另一个进程协议替换一个进程 The参数的处理在发酵过程中起着关键作用，因为它是一个多参数的。有两种类型： 生产过程的再现性可能受到以下因素的影响： 协议，忽略批次间的可变性。此外，开环函数将需要人为干预。当包括生物成分时，变异性增加，并且存在修改次数的限制技术人员可以进行每个过程。 •监控参数通过在线和离线的过程进行测量。 •受控参数在整个过程中都在积极地调整。 •原材料波动 •种子训练过程中的变化，或微生物本身的变化。 • 在这种情况下,批次可变性或批次失败是非常合理的。 发酵过程的成功取决于理解一方面，被监测参数变化的重要性和转换这些变化对受控参数的改变在另一方面。 因此，只有一个真正的闭环解决方案将能够实现实时、适当的、自动且自主地调整生物过程。 此外，生长中的有机体不断改变其要求Althoughproductionfacilitiesthroughttoreproductive,没有一个批次与另一个批次相同. 通常，开发过程基于研发（R&D）阶段的设计实验（DOE），随后进行试点生产适应。大多数在生产中执行的过程不会进一步修改。 4 5 高级解决方案：VAYUSense The革命性的智能控制器解决方案VAYUSense使用您现有的生产控制系统作为gateway，将所有数据导入其独特的技术中。通过使用该系统，您可以将已收集的数据转化为改进工艺流程的行动。 与任何其他可用的解决方案不同，Athena •是一项针对优化基于生物的流程的性能.Operations内客户的指导方针在训练阶段使用数据科学和机器学习方法来实现最佳控制策略。 •集成所有监控参数，在线或离线评估过程中状态，并根据过程要求在灵活的时间间 隔内预测下一个时间点（t+1）的控制参数的模式/动态。 •自动修改受控参数通过发酵罐的控制系统. 实时云基于人工智能算法将线上线下数据处理成行动，不断更新生产控制参数 ，符合相关指导规定。 这种闭环技术是可用的最佳动态控制策略。 测量>分析>优化>操作 由于Athena是一个基于云的软件服务，它使用集中式数据库，作为VAYUSense的客户，您可以享受完整的工业4.0套装与互补服务以启用实时警报和流程监控。 The结果为自己说话，因为他们可衡量并提高盈利能力.主要的好处是: •提高产量而不需进行无尽的迭代•由于可再现的闭环过程确保一致的产品质量•通过提升生产效率来提高throughput•在适用的情况下缩短发酵过程时间 •Cassandra–isan可选的警报功能使用其独特的基于AI的跟踪算法，实时监控生产状态，并在检测到异常时通知生产团队。 •Aletheia-是一个更好的软件附加监测并且可以从所有设备访问。它面向希望实时 从各种设备监控其过程的客户。 闭环控制器VAYU雅典娜是心脏VAYUSense解决方案。它是一个 基于AI的创新算法.Asa基于数据的科学驱动解决方案,雅典娜是一个可扩展的通用系统，可以有效地优化生物发酵过程，而无需任何先前的过程行为假设. 7 6 解决方案详细信息 多变量交叉分析和预测活动雅典娜，导致准确、高效和快速的过程改进能力，如图1所示。 Athena的滴度改善预测 你可以清楚地看到一种在过去30年以相同方式运行的过程优化结果。蓝色线条代表传统过程下API的平均产量，而橙色线条则代表实施Athena后平均产量的改进情况 。 6000 在制药生产设施中使用VAYUSenseAIAthena控制器提高产量 基线协议雅典娜协议 时间[小时] 滴定度[µgr/gr] 4000 2000 0 0 20406080100120140 120 遗留进程 使用I.C的过程额外产量 处理时间[天] 100 归一化收益率[%] 80 Fig.1.PredictedYieldimprovementfollowingAthenatraining.60 历史过程参数作为数据库用于Athena的过程动态分析。蓝色线条代表传统的滴定模式。红色线条代表使用Athena预测的滴定改进情况。 40 估计过程增强约37%。 20 图2，演示我们的闭环控制器过程优化对我们的一个客户的影响制药生产设施.这一过程发生在150KL的大规模发酵罐中。我们的控制器是在客户R&D部门进行的一系列补充数据收集实验之后实施的。这些数据与历史数据相结合，启用了闭环控制 器的设计和训练分析监测参数的动态修改通过发酵罐的控制系统控制的参数自动 0 012345 和自主. Fig.2.yieldimprovementataproductionsite(150kL).Anaverage传统过程动态的变化由蓝色线条展示。橙色线条代表在使用Athena控制器操作过程中过程改善的情况。 工艺改进>40%。 89 可持续性影响业务优势 雅典娜在客户的可持续发展影响方面有着独特的足迹。 作为服务提供商，我们遵循客户渴望的目标，通常是： 因此，Athena的过程改进影响与其生产设施的可持续性排名直接相关。 VAYUSense提供了一个独特的整体解决方案，作为全面的实时服务交付为满足个人客户和流程要求而量身定制. 通过使用VAYUSense，您将 •产量增加 •削减发酵的持续时间和 改善和增加您的业务同时优化利润和成本。此外，您将受益于独特的可预测性人工智能已经准备好应对未来的挑战； •减少共发酵产物(杂质)。 为了全面实现过程改进的影响，需要对生产过程有更广泛的了解，而不仅仅是发酵阶段。 享受一个先进的生产和优化的工艺同时提高生产稳健性； 通过人工智能获得效率和更高的产量。 另一个主要部分的生产是下游过程(DSP)。此步骤包括净化过程所需分子以及清理巨大的发酵容器。管理广泛生产使用相同资源的更多产品提高每克产品所消耗的能量比例。同样的，使用的 溶剂可以在不增加有机溶剂消耗的情况下净化额外的API。比率产品与排放到排水口的清洁液体 改进当上游过程效率增加. 1011 Athena、Cassandra和Aletheia为您提供工业4.0完美体验的终极颠覆性解决方案。加入由VAYUSense软件服务推动的AI闭环过程优化革命。 Conclusion它是如何工作的： 控制器是训练离线使用该过程的历史数据以及从生产和一组在研发（R&D）中进行的设计实验中收集的记录。 闭环控制器VAYU雅典娜 通过自动调整受控参数，连续并在实时状态下优化发酵过程。它是一种基于云的技术。可扩展且通用的软件解决方 案，同时具备根据特定流程进行定制的灵活性。. 一旦通过优化过程进行训练后，该系统将集成到客户的现场控制系统中，在此它能够即时且准确地响应，从而改善生产过程，而不影响时间线或牺牲产品质量。 它促进了过程改进在上游并影响下游过程，增加可持续性影响。 Athena可以在试验阶段或建立的生产过程中实施。 1213 联系方式 我们邀请您采用VAYUSense解决方案升级生产，并加入工业4.0革命。享受一致的质量、提高的产量，并维持可持续的生产线。 是时候让发酵变得更聪明了！有了VAYUSense。 公司总部 VAYU感应AG Max-Joseph-Stra具体地说780333慕尼黑, 德国电话+49895447 9073 研发中心 VAYUSenseLtd. 48BenZionGalisSt.(Segula工业园)PetachTikva4927948,以色列电话+972 35668-668传真+97235668-566