疫苗瓶灌装与后处理的生产排程

疫苗瓶灌装-后处理设施的生产排程人员可以在 Schantt 中对无菌处理的每个工序建模——从 BDS 接收经配液、灌装、冻干直至包装——配备并行灌装线、序列依赖的 SIP/CIP 换线，以及配置为工序间最小转移时间的无菌保持时限。本指南展示如何建立完整的多工序 batch（批次）/flow（连续流）混合模型，并使用 Schantt 的 Auto 和 Semi-Auto 排程模式生成优化的生产排程。

本指南基于行业研究构建的虚构综合公司示例展开；所有名称、参数和数据均为示意性质。

行业背景

疫苗瓶灌装-后处理是一种无菌药品生产工艺，将原液（BDS）转化为密封、贴标并包装好的内包装容器。该流程涵盖从 BDS 接收到码垛成品的九个工序：BDS 接收与暂存、配液（与辅料和佐剂混合）、无菌过滤、洗瓶与除热原、灌装、冻干（冷冻干燥——仅适用于冻干产品）、轧盖、灯检，以及贴标与包装。每个工序具有不同的吞吐特性——部分以批次模式运行（BDS 接收与暂存、配液、冻干），其他以连续流模式运行（无菌过滤、洗瓶、灌装、轧盖、灯检、贴标与包装）——且工序之间的交接必须遵守严格的无菌保持时限，以维持无菌环境和产品质量。

灌装-后处理设施的排程挑战在于协调这些受严格法规约束的异构工序。灌装线以不同速度运行（每分钟 200 到 350 瓶），服务于不同的瓶型和容器类型。产品族之间的换线需要在线灭菌（SIP）周期，一次换线最多可消耗四小时的生产时间。冻干工序引入了持续时间较长的批次步骤，将灌装线的连续输出与下游的轧盖和灯检线解耦。排程人员必须对生产批次进行排序，将批次分配到兼容的灌装线，并验证每个无菌保持时限的可行性——同时响应来自上游原料药生产的批次需求。

VaxVial Biologics 是一家拥有约 100 名员工的单一设施合同研发与生产组织（CDMO），在九个生产工序中生产三种疫苗产品族，由三人排程团队进行排程。该设施配备两个 1,000 升 BDS 暂存罐、两个 2,000 升配液罐、三条灌装线、两台冻干机以及配套的轧盖、灯检和包装线。该团队根据疫苗制造商的需求运行季节性生产批次，在标准两班制和包含三班制与周六工作的延长生产批次排程之间切换。

工艺流程概览

flowchart LR
  BDS["BDS 接收与暂存"] --> FORM["配液"]
  FORM --> FILT["无菌过滤"]
  FILT --> WASH["洗瓶与除热原"]
  WASH --> FILL["灌装"]
  FILL --> LYO["冻干"]
  FILL --> CAP["轧盖"]
  LYO --> CAP
  CAP --> INSP["灯检"]
  INSP --> LABEL["贴标与包装"]
  FILT -.->|RTU 跳过洗瓶| FILL

疫苗瓶灌装-后处理生产流程：从 BDS 接收经配液、无菌过滤、灌装、冻干（仅 B 类）、轧盖、灯检和贴标/包装。虚线表示 RTU 类跳过洗瓶。

工序跳过说明： 产品族 C（RTU 高效价）跳过洗瓶与除热原——其工艺路线直接从无菌过滤到灌装。产品族 B（冻干型）经冻干工序从灌装输送至轧盖。产品族 A（液体标准型）绕过冻干，直接从灌装进入轧盖。

排程挑战与 Schantt 的应对方式

疫苗灌装-后处理设施的生产排程由批次需求驱动——制药合作伙伴每月或每季度的订单，指定产品、瓶型和每个批次的产量。Schantt 从您设定的开始日期向前排程，优化总生产时间。此场景的实际规划周期为一到三个月，涵盖单个批次运行或跨产品族的批次序列。Schantt 提供两种排程模式：Auto 模式同时优化作业序列和设备分配以最小化总生产时间；Semi-Auto 模式允许您固定批次顺序（例如，效价等级隔离或客户交货承诺决定运行顺序），同时算法在该固定顺序内优化设备分配。

Schantt 擅长处理的内容

• 多工序顺序流程建模与按类工艺路线——每个产品族严格按照其工艺路线指定的工序运行；工艺路线中缺失的工序自动跳过，转移时间桥接工序间的间隙。
• 并行灌装线与按线产品适配性——三条灌装线具有不同的吞吐量和瓶型兼容性；产品族仅在其速率条目已配置的灌装线上才可适配。
• 序列依赖的换线（生产批次间的 SIP/CIP）——定向换线时间编码了产品族转换之间的清洁持续时间；算法倾向于将同类产品族分组的序列，以最小化换线时间。
• 工序间无菌保持时限的转移时间——连续工序之间的正向转移时间对最小交接延迟进行建模；灌装至冻干交接处的部分转移缩短了暴露窗口。
• 基于工作日历的排程，含班次模式与例外——默认的两班制工作日历覆盖正常生产；设备级别覆盖为生产批次延长工时；冻干机 24/7 运行；节假日和维护停机被建模为工作日历例外和设备停机。
• Auto 和 Semi-Auto 排程模式——Auto 模式优化作业序列和设备分配以缩短总生产时间；Semi-Auto 保持排程人员固定的批次顺序（效价隔离或客户承诺决定顺序时需要），同时在该顺序内优化设备分配。

Schantt 如何应对每个挑战

1. 工序间的无菌保持时限。

• 法规要求在无菌处理工序之间设有最长保持时限——例如，BDS 必须在解冻后 24 小时内灌装，已灌装但未轧盖的冻干用瓶在常温下不得超过 4 小时，在冷藏条件下不得超过 24 小时。这些时限是严格的质量界限；超出将导致批次拒收。
• Schantt 将连续工序之间的转移时间建模为最小交接延迟——排程器确保在一个批次离开某工序之前，前序工序的输出在该工序已可用。排程人员为每对工序配置转移持续时间（例如，从无菌过滤到灌装 30 分钟）。最长保持窗口不是算法约束——排程人员通过检查甘特图目视确认批次在某一工序完成与下一工序开始之间的间隔是否在法规时限内。

2. 灌装线上序列依赖的 SIP/CIP 换线。

• 灌装线上产品族之间的换线需要 SIP 周期，其持续时间因所涉及的产品族而异——从标准液体到冻干产品的转换所需时间少于从标准产品到高效价 RTU 产品（需要进行全面去污循环）的转换。简单的先来先服务序列可能在整个多批次运行中累积数小时的清洁时间。
• Schantt 将换线时间建模为每台设备上产品族对之间的定向持续时间。排程人员直接输入每个类别间转换的 SIP 持续时间——例如，跨类别换线 240 分钟，同类别换线 60 分钟。在 Auto 模式下运行时，排程算法对作业进行排序以将同类产品族分组，最小化整个批次的换线总时间。

3. 并行灌装线与按线瓶型和容器适配性。

• 三条灌装线——FILL-1（每分钟 200 瓶，处理标准液体和冻干产品的 2 至 10 mL 瓶）、FILL-2（每分钟 350 瓶，处理 1 至 5 mL 瓶）和 FILL-3（每分钟 150 瓶，仅用于高效价产品的即用型容器）——各自服务于不同的产品组合。将产品分配到不兼容的线将导致停产。
• 在 Schantt 中，每个产品族仅在其吞吐率已配置的灌装线上具有适配性。当排程人员创建产品族并定义工艺路线时，他们仅为每个产品族的兼容线路填入速率条目。然后，排程算法将每个批次仅分配到适配的灌装线上，在跨可用线分配工作量的同时防止无效分配。

4. 冻干作为连续流工序之间的批次瓶颈。

• 冻干在灌装的连续流与轧盖的连续流之间插入了一个持续时间较长的批次步骤。两台冻干机 FD-1 和 FD-2 每批最多处理 50,000 瓶，周期时间约 50 小时，而灌装线以每分钟 200 到 350 瓶的速度供瓶，轧盖线以每小时 10,000 瓶的速度运行。如果不加以仔细协调，灌装速度可能超过冻干机的处理能力，或者轧盖线因等待冻干瓶而闲置。
• Schantt 将冻干建模为具有每批批量大小和周期时间的批次工序。两台冻干机提供并行容量——算法将每批冻干负载分配给其中一台设备，并错开周期开始时间，使灌装线和轧盖线保持平衡。从灌装到冻干的部分转移（在产品族工艺路线中配置）使得一批产品在整批灌装完成之前即可开始冻干，减少了下游轧盖的空闲窗口。

5. 基于生产批次的双工作日历制排程。

• 该设施根据季节性需求在标准两班制工作日历（周一至周五，06:00 至 22:00）和延长生产批次工作日历（周一至周六，工作日 24 小时运行）之间切换。冻干机无论班次模式如何均 24/7 运行。年度维护停机、季度隔离器去污以及公共节假日进一步增加了可用生产时间的复杂性。
• Schantt 支持每个设施使用多个工作日历。默认工作日历覆盖标准两班制运营；第二个生产批次工作日历延长工时并增加周六工作。个别设备——特别是冻干机——可以用 24/7 模式覆盖设施工作日历。年度维护（全厂两周停机）和季度过氧化氢去污（每条隔离器线八小时）等设备停机被建模为计划内停机事件。排程算法在将作业放置到时间线上时遵循所有工作日历规则和停机事件。

在 Schantt 中建模的内容

在 Schantt 中配置疫苗瓶灌装-后处理设施需要创建以下顶层实体，数量如下所示。

分步设置

1. 按流程顺序创建九个工序。 为每个工序设置生产类型——无菌过滤、洗瓶与除热原、灌装、轧盖、灯检和贴标与包装为 FLOW 工序（连续吞吐）；BDS 接收与暂存、配液和冻干为 BATCH 工序（周期驱动，固定装载量）。在每个工序的详情页面，设置到流程中下一个工序的转移时间。这些转移时间编码了工序间的最小交接延迟——例如，从无菌过滤到灌装 30 分钟，从灌装到轧盖 45 分钟，从灌装到冻干 60 分钟。对于跳过桥接路线（无菌过滤到灌装，针对跳过洗瓶的 C 类），直接在无菌过滤和灌装之间添加转移时间。

2. 为每个工序添加设备。 为车间每个物理单元创建一个设备条目：

• BDS 接收与暂存： BDS-1、BDS-2（1,000 L 暂存罐）
• 配液： FORM-1、FORM-2（2,000 L 配液罐）
• 无菌过滤： FILT-1、FILT-2
• 洗瓶与除热原： WASH-1、WASH-2
• 灌装： FILL-1（每分钟 200 瓶，2–10 mL 瓶，标准和冻干产品）、FILL-2（每分钟 350 瓶，1–5 mL 瓶）、FILL-3（每分钟 150 瓶，仅 RTU）
• 冻干： FD-1、FD-2（50,000 瓶负载，约 50 小时周期）
• 轧盖： CAP-1、CAP-2（每小时 10,000 瓶）
• 灯检： INSP-1、INSP-2
• 贴标与包装： LABEL-1、LABEL-2

3. 创建三个产品族并定义工艺路线。 设置 A 类（液体标准型）、B 类（冻干型）和 C 类（RTU 高效价）。在每个产品族的详情页面，定义工艺路线——即该产品族经过的工序序列：

• A 类： 除冻干外的所有工序（BDS → 配液 → 无菌过滤 → 洗瓶 → 灌装 → 轧盖 → 灯检 → 贴标）
• B 类： 按顺序经过所有九个工序（经冻干工艺路线）
• C 类： 除洗瓶外的所有工序（直接从无菌过滤跳到灌装）

在 B 类的工艺路线上，启用灌装至冻干交接处的部分转移并设置部分转移数量——这使得灌装批次在整批灌装完成之前即可开始向冻干机转移，减少下游空闲窗口。

4. 每类添加一个产品。 创建三个产品，每个产品分配至其产品族，并设置代表性的批量大小。

5. 在每台设备上设置容量参数和换线。 在每台设备的详情页面上，为该设备服务的每个产品族输入吞吐量（对于 FLOW 工序）或周期时间和批量大小（对于 BATCH 工序）。对于灌装线，仅为每条线能处理的产品族添加吞吐量条目——例如，FILL-3 仅有 C 类的条目。

在 FILL-1、FILL-2 和 FILL-3 上，配置使用该线的每对产品族之间的定向换线时间。对于每对产品族，输入以分钟为单位的 SIP/CIP 持续时间。关键值：

• 任何灌装线上的跨类别换线： 240 分钟（例如，从 A 类到 B 类，或从 A 类到 C 类）
• 任何灌装线上的同类别换线： 60 分钟
• 涉及高效价类别的转换（C 类到任何其他类别或从任何其他类别到 C 类）： 240 分钟

在 CAP-1 和 CAP-2 上配置相同的定向换线对，因为轧盖机工装更换也遵循产品族转换。

6. 配置工作日历、例外和停机。 创建两个工作日历——默认标准工作日历（周一至周五，06:00 至 22:00，两班制）和生产批次工作日历（周一至周六，工作日 24 小时运行，周六 06:00 至 22:00）。为 FD-1 和 FD-2 分配 24/7 工作日历覆盖，因为冻干机无论班次模式如何均连续运行。添加非工作日的日历例外——元旦（1 月 1 日）、国际劳动节（5 月 1 日）以及为期九天的年末停机（12 月 24 日至 1 月 1 日）。添加两个设备停机事件：年度全厂两周维护停机，以及每条隔离器灌装线每季度八小时的过氧化氢去污窗口。

有关在 Schantt 中配置以上各项的详细说明，请参见 Schantt 文档。

常见错误

1. 使用单一统括换线时间而非定向逐对持续时间。 在灌装线上，单一换线时间忽略了同类别转换（快速冲洗 60 分钟）与跨类别转换（完整 SIP 周期 240 分钟）之间的差异。算法无法识别将同类产品族分组所带来的清洁时间优势，导致换线时间超过实际需要的序列。修复方法： 在每条灌装线和轧盖机上为每对（来源类别，目标类别）输入定向换线持续时间，即使两个方向共享相同的持续时间——定向形式让算法能够对作业进行排序以最小化换线总时间。

2. 定义一个产品族的工艺路线覆盖过多分叉路径。 如果您创建一个试图同时容纳液体标准型和冻干型产品并带有可选冻干的单一产品族，算法将要么总是经过冻干机（使排程膨胀），要么从不经过它（遗漏必要步骤）。修复方法： 创建三个独立的产品族——每个不同的工艺路线对应一个——每个产品族包含其产品所需的确切工序。

3. 为每条灌装线上的每个产品族设置灌装线吞吐量。 如果您在 FILL-1 和 FILL-2 上输入了 C 类的吞吐率，算法可能会将高效价 RTU 批次分配到标准灌装线，导致污染或容器兼容性问题。修复方法： 仅为给定灌装线能够物理服务的产品族输入吞吐量条目——C 类仅在 FILL-3 上，A 类和 B 类在 FILL-1 和 FILL-2 上。

4. 为所有设备使用单一工作日历。 如果您将标准两班制工作日历应用于冻干机，算法将在夜间暂停冻干周期，使本就较长的批次步骤的有效周期时间翻倍。修复方法： 为冻干机分配单独的 24/7 工作日历覆盖，使其在夜间和周末持续运行，并在高峰期为灌装线添加生产批次工作日历作为设备覆盖。

5. 忘记用转移时间桥接跳过路线的间隙。 如果 C 类的工艺路线跳过洗瓶，但未在无菌过滤和灌装之间配置转移时间，算法将不知道交接需要多长时间，并可能以不切实际的时间安排作业。修复方法： 像对待连续工序对一样，为跳过桥接路径在无菌过滤和灌装之间添加转移时间。

好的生产排程是什么样的

一个配置良好的 Schantt 模型将手动组装的批次序列转化为时间优化的生产计划，该计划遵循模型中的每一个约束条件——设备适配性、换线、转移时间、工作日历和停机。

优化前（手动电子表格）： 排程团队花费数天时间手动构建一个批次序列。批次间的换线时间只是粗略估计——无论实际涉及哪些类别，团队在每次产品族转换之间都添加四小时统括缓冲。冻干机处的瓶颈难以可视化，因此轧盖线在等待冻干瓶时经常闲置。生产排程是一个静态时间线，一旦加入设备停机或节假日例外就会失效。

• 一个四批次运行（B 类 → A 类 → C 类 → B 类）包含三个每次 240 分钟的跨类别换线，加上一个同类别转换——仅灌装线上的换线时间就总计超过 13 小时，其中大部分为计划外开销。
• 冻干机队列不透明：批次不可预测地到达冻干工序，排程人员无法判断 FD-1 和 FD-2 是否平衡或哪台设备过载。
• 班次工作日历不匹配很常见——排程人员将灌装安排到周六，未意识到标准工作日历将周六标记为非工作日，当发现错误时整个时间线都会偏移。

优化后（Schantt Semi-Auto 模式）： 排程团队将相同的四批次运行按所需的客户承诺顺序（Semi-Auto 模式）加载到 Schantt 中。算法在优化设备分配、转移时序和换线排序的同时，遵循固定的批次序列。

• 算法将每个生产批次内的同类批次分组在一起，因此唯一的跨类别换线发生在批次之间——每个批次边界处的计划 240 分钟 SIP。批次内的同类别转换仅需 60 分钟。
• 两台冻干机保持平衡：FD-1 和 FD-2 交替接收负载，从灌装到冻干的部分转移使轧盖线保持供料，无空闲间隙。
• 工作日历规则自动应用——标准工作日历无周六班次，冻干机 24/7 运行，年末停机是算法永远不会排程经过的封锁区域。
• 与手动电子表格相比，四批次运行的总生产时间显著减少，生成的甘特图为排程团队提供单一的真相来源，他们可以自信地调整、共享和重新验证。

在 Schantt 中试用

注册 Schantt 并加载内置示例数据集，自行构建此场景——本指南中的每个工序、设备、产品族、产品和工作日历，其工艺路线、换线、转移时间和停机均已配置完毕，可直接排程。您的配置和排程保持在您的团队账户范围内。要深入了解任何步骤，请参见 Schantt 文档。