隨著經(jīng)濟的發(fā)展和市場需求的增加，越來越多的制藥企業(yè)開始新建、擴建、改建或遷建制藥設施。在制藥企業(yè)建設制藥設施的工程實踐中，前期設計越來越受到重視。前期設計有助于幫助制藥企業(yè)進行正確的決策，而通過正確的流程和方法進行工藝設計，是制藥設施工程項目前期設計的重點。
但我國在以往制藥設施的設計中，為節(jié)省時間和費用，很多制藥企業(yè)或者將三階段合為一個設計階段，在較短時間內(nèi)要求設計單位完成施工圖設計，或者僅僅將前期設計的輸出作為符合工程建設法規(guī)要求的文件，未予以充分的重視。由于前期設計階段過短，往往沒有對生產(chǎn)工藝和最終使用者的需求進行充分的理解，從而造成設計出的制藥設施無法符合高效運營的需求。
概念設計是基礎
概念設計做出的決策通常包括項目選址、項目階段、項目時間表、項目的實施模式、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批量、制藥設施的自動化水平、制藥設施的人員組成等。概念設計可以幫助制藥企業(yè)做出正確的決策。在基礎設計中，主要是對概念設計進行進一步細化，對工藝、建筑進行細化設計，如進行生產(chǎn)能力核算、工藝描述、客戶需求、操作流程圖、傳質(zhì)計算、介質(zhì)說明書、公用工程設計說明等。在國外的制藥工程項目中，不乏在概念設計結(jié)束后或基礎設計完成后項目終止的案例。由此可見前期設計的重要性。前期設計也支持制藥企業(yè)樹立正確的目標，建立符合自己需求的項目實施方案。通過對于藥品生產(chǎn)工藝和建筑的研究，概念設計也為隨后的設計和施工階段打下良好的基礎。
工藝設計是核心
工藝是勞動者利用生產(chǎn)工具對各種原材料、半成品進行增值加工或處理，最終使之成為制成品的方法與過程。原則上，制藥工藝是在新藥研發(fā)后期的工藝研發(fā)階段確定的。但工藝研發(fā)的工藝側(cè)重于生產(chǎn)工藝步驟、工藝實現(xiàn)的設備形式以及主要工藝參數(shù)。
制藥設施前期設計中的工藝設計是指制藥設施建設項目的生產(chǎn)工藝設計。工藝設計的主要內(nèi)容包括產(chǎn)品方案，原料、燃料、動力的用量與來源，工藝流程，主要設備的選型與配置，對建筑物、構(gòu)筑物的要求，外部各項協(xié)作條件，生產(chǎn)組織與勞動定員，主要技術經(jīng)濟指標等。它是制藥設施建筑設計的主要依據(jù)之一。前期設計中設計工藝的原則是：技術上的先進和經(jīng)濟上的合理。由于不同的工廠的設備生產(chǎn)能力、精度以及工人熟練程度等因素都大不相同，所以對于同一種產(chǎn)品而言，不同的工廠制定的工藝可能是不同的。
前期設計的具體步驟
工藝系統(tǒng)設計包括固化生產(chǎn)工藝、能力計算、工藝設備選型、生產(chǎn)(設備)計劃、工藝消耗數(shù)據(jù)表。
工藝系統(tǒng)設計
固化生產(chǎn)工藝的主要工作是確定工藝流程、操作流程并準備工藝描述。制藥工藝流程指藥品生產(chǎn)中，從原料到成品各項工序安排的程序。確定工藝流程的輸出物是生產(chǎn)工藝流程圖，生產(chǎn)工藝流程圖分為不同層級，不同層級有著不同的受眾，關注的重點不同，要求各異。在概念設計中，生產(chǎn)工藝流程圖要求表明主要物料的來龍去脈，描述從原材料至成品所經(jīng)過的加工環(huán)節(jié)和設備等;在基礎設計中更細化的生產(chǎn)工藝流程圖則須用符號標明各個環(huán)節(jié)的關鍵控制點，甚至具體到產(chǎn)品的工藝參數(shù)等，這類流程圖是進行施工圖設計和施工的依據(jù)，也是操作、運行和維修的指南。圖2所示為概念設計中不同類型的工藝流程圖，左圖為最終滅菌藥品的生產(chǎn)工藝流程圖，描述了生產(chǎn)工藝的主要步驟以及工藝步驟所在的環(huán)境級別。右圖為口服固體制劑的生產(chǎn)工藝流程圖，描述了生產(chǎn)工藝的主要步驟，并對主要步驟進行了簡要的說明。
在生產(chǎn)工藝確定后，需要對工藝操作進行分析，此項工作在國內(nèi)制藥設施設計時通常沒有引起足夠的重視。如在無菌藥品制藥設施設計時，當前的誤區(qū)是一味追求操作步驟/崗位的潔凈級別，認為潔凈級別達到了則無菌保障就達到了。其實這是認識的誤區(qū)，通常制藥設備生產(chǎn)廠家可以保證單臺工藝設備的操作達到無菌狀態(tài)，但無菌工藝是由多個工藝步驟組成的，物料/中間品在各步驟之間轉(zhuǎn)運時，如果對物料轉(zhuǎn)運的無菌保證考慮不周，則無法保證整個生產(chǎn)工藝的無菌性。對于口服固體制劑，物料轉(zhuǎn)運更是重中之重，物料轉(zhuǎn)運的形式、數(shù)量和需要的儲存空間都是需要認真考慮和計算的?？诜腆w制劑生產(chǎn)設施的一個設計通病是暫存區(qū)面積過小，導致生產(chǎn)設施運行時，走廊等其他區(qū)域都不得不成為臨時暫存區(qū)域，對生產(chǎn)管理造成挑戰(zhàn)。
生產(chǎn)工藝和操作流程確定后，需要進行能力計算和工藝設備選型，這兩項工作是相輔相成的。通過能力計算，可以得出藥品生產(chǎn)過程每一步的產(chǎn)量，據(jù)此計算結(jié)果和工藝流程的要求選取合適的設備。設備選取后，需要復核能力計算，保證選取的設備和設備數(shù)量符合預定的需求。工藝設備清單是能力計算和工藝設備選型的輸出設計文件。工藝設備清單應包括設備需要的空間等信息，為建筑設計提供設計依據(jù)。
設備清單確定后，需要對生產(chǎn)設備運行進行設計，合理安排生產(chǎn)設備運行情況。通常對一定期間(天或周)內(nèi)各主要生產(chǎn)設備運行情況進行排版安排。這也是對設備選型和能力計算的一項復核。圖4描述了最終滅菌產(chǎn)品生產(chǎn)(設備)計劃各主要生產(chǎn)設備的運行計劃。
作為工藝設計的輸出和其他專業(yè)開始設計的輸入，應準備工藝消耗數(shù)據(jù)表。根據(jù)設備清單和工藝生產(chǎn)(設備)計劃，計算出所需工藝介質(zhì)(純化水、注射用水、純蒸汽等)和工藝支持介質(zhì)(冷凍水、工業(yè)蒸汽、熱水、壓縮空氣等)的消耗量，作為其他專業(yè)開始設計的前提條件和依據(jù)。
工藝支持系統(tǒng)設計
工藝支持系統(tǒng)設計包含支持藥品生產(chǎn)的工藝部分(如清洗、滅菌)，也包含為藥品生產(chǎn)提供溶劑或輔劑(純化水、注射用水、溶劑等)的系統(tǒng)，還包括支持藥品生產(chǎn)的工業(yè)工程系統(tǒng)(冷凍水、工業(yè)蒸汽、熱水、壓縮空氣等)。
藥品生產(chǎn)中特別要注意消除污染、交叉污染、混淆和差錯等問題。清洗/滅菌是消除污染/交叉污染的重要手段。在無菌藥品生產(chǎn)設施設計中，在位清洗(CIP)和在位滅菌(SIP)是重要的無菌保證手段。在位清洗和在位滅菌的設計或者是工藝開發(fā)的一部分，在進行工程工藝設計開始前，在位清洗和在位滅菌的步驟和主要工藝參數(shù)應已確定;或者是由生產(chǎn)設備供應商，若設備供應商提供的設備中包含清洗和滅菌單元。在工程項目前期設計中，根據(jù)要求，需要對清洗/滅菌系統(tǒng)進行能力計算、設備選型、運行計劃，并準備管道和儀表流程圖(P&ID)、系統(tǒng)描述、用戶需求等設計輸出物。
在制藥設施工程項目的前期設計中，也包含為藥品生產(chǎn)提供溶劑或輔劑(純化水、注射用水、溶劑等)的系統(tǒng)和支持藥品生產(chǎn)的工業(yè)工程系統(tǒng)(冷凍水、工業(yè)蒸汽、熱水、壓縮空氣等)，這主要是根據(jù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的要求，對進行系統(tǒng)能力計算、設備選型、運行計劃，并準備管道和儀表流程圖(P&ID)、系統(tǒng)描述、用戶需求等設計輸出物。
小結(jié)
