協作機器人如何征服制藥業？

文/ Gary Huck

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即使連續工作數天，協作機器人仍可以集中精力工作——一旦對其編程，其工作精度就無法被超越。這是協作機器人被越來越多制藥企業應用于生產過程的一個原因。該行業目前正在經歷著什么呢？

實驗室助理專心地看著她的顯微鏡，分析樣品。她不時地抬起頭，將新樣品插入顯微鏡。在她旁邊的桌子上，她的同事正在操作其它的試管。它正在為她準備一批新樣品。

即使在她下班之后，她的同事仍可以繼續工作。它甚至可以整夜工作，這完全沒有任何問題，因為它是機器人。更確切地說，是協作機器人（cobot）。

機器人制造商ABB的視頻中的這一場景展示了協作機器人的潛力。它們可以在制藥技術的多個領域中為物料流動提供支持。

協作機器人并不是傳統意義上的機器人

“支持”是一個很好的關鍵字，因為這正是協作機器人的任務。與為了實現工藝流程完全自動化的傳統工業機器人不同，協作機器人旨在實現部分自動化。德國賽諾菲-安萬特公司工程及HSE主管Rainer Bernhardt說道：“在這里，協作機器人從托盤中取出貨物，然后將其裝入機器中。員工只需將貨物帶到協作機器人面前，然后就可以去做其他事情了。”

與此不同的是，日本的制藥公司武田則利用協作機器人將生產出來的貨物堆垛起來。例如，在奧拉寧堡工廠，每年會生產數十億的藥片和膠囊。一條生產線每班要收集大約5 t貨物。作為一名人類員工，當機器人同事協助其完成任務時，他會感到很高興。

這兩種應用都表明：協作機器人，正如其名，可以成為人類最好的助手和幫手，它們可以處理重復和單調的工作。這聽起來確實不錯。但是，工業領域使用的機器人中只有約4%～5%是協作機器人。

新的有效成分，新的生產方式

協作機器人在制藥行業的應用可能很快就會超過整個工業領域應用的均值，甚至可能會遠遠超過這一數字。原因歸結如下：制藥行業正在以日新月異的變化持續發展。根據弗勞恩霍夫制造工程與自動化研究所（IPA）Tobias Brode的說法，有效成分的開發即將發生范式轉換。包括細胞和基因療法在內的先進治療藥品（ATMP）也在不斷增加。

這些高度個性化的產品無法在既定的生產線上生產。這是因為許多工藝過程需要人工手動完成，協作機器人可以協助其操作，開展更多任務。它們可以從設備中取樣，然后將其轉移到其他設備中，或者如上文中的案例所述，為實驗室工作人員準備樣品。

這樣一來，實驗室技術人員就可以完全專注于他們的工作。他們可以將所有時間用于分析和進一步開發有效成分。物料流動由機器人接管，可以降低成本。而且單純就單位時間的薪資而言，協作機器人比受過專業訓練和有職稱的實驗室技術員更便宜。

此外，在特殊情況下，機器人完全可以保持連續工作的狀態。降低ATMP生產成本的方法有很多。“目前，病人花費在ATMP上的治療費用甚至可以高達30萬歐元。”Tobias Brode解釋道，“當然，保險公司會部分報銷這些治療費用。只有在其他治療選擇都用盡了的情況下，才會產生如此高昂的費用。”一家公司通過實施部分自動化降低了生產成本，使這樣的治療方式更加易于被患者接受。可以說，這家公司找到了“醫療技術的圣杯”。

協作機器人也可以用于制藥行業如今已經成熟的生產過程中。Rainer Bernhardt解釋說道：“我們也看到了行業對于產量小，但是靈活性高且可以相對快速轉換的小型系統的需求越來越多。”

協作機器人可以在灌裝和包裝時為生產過程助力，這兩種應用場景可由同一個機器人來執行。在隨后的堆垛步驟中也可以由協作機器人來完成。因此，對協作機器人進行必要的調配，可減輕某個工藝過程工作人員的負擔。

自動化的起點

在制藥行業以及許多其他行業中，支持協作機器人用于生產過程的另外一個觀點是它的可訪問性。一些制造商可提供簡單的協作機器人，價格低至5 000歐元。此外，還有花費在一些外圍系統上的費用。優傲機器人公司的西歐總經理Andrea Alboni表示：“單獨一臺協作機器人很適合在車間里穿梭。”僅需不到5位數的成本投入就可以實現一些簡單的應用。

優傲機器人公司產出的機械臂價格在25 000～45 000歐元之間，編程也相對容易。Rainer Bernhardt說道：“即使操作者并非自動化技術專業，也能夠操作協作機器人。”

德國Fanuc公司常務董事Ralf Winkelmann也這樣認為：“對于以前從未涉及自動化的公司來說，協作機器人是很好的破冰者。它們易于編程和操作。”

根據Andrea Alboni的說法，經過2～3天的培訓，員工就可以與協作機器人一起工作。而需要控制和管理協作機器人的員工則需要5～20天的培訓。20天的時間似乎很長，但只要員工參加了后續由優傲機器人公司組織的培訓課程，就能夠在工作中熟練地操作這些機器人。前文中提到的靈活性也說明了機器人易于訪問。

人與機器互動：這就是使用協作機器人的方式

協作機器人可以執行多種不同的任務，所有適合自動化應用的場景都可以進行試驗和探索。Andrea Alboni說道：“有意向的客戶可以向我們借用協作機器人一周時間，在這段時間里，他們自然就能清楚可以在哪些場景對其進行應用。”

協作機器人并非無所不能

白色機械臂在指定路徑中緩慢移動著。時不時地會有一名展會參觀者來到展位旁，觀看展示。隨著參觀者向機器人不斷靠近，機器人的動作會逐漸減慢直至完全停止。與常見的機器人不同，人們可能會因此而感到詫異。這種感覺就像是流行于1960年代的舞蹈又重新進入人們的視野并受到追捧。

協作機器人并不是普通的機器人，這就是為什么大家必須對它們另眼相待的原因。但這也導致了協作機器人沒有得到大范圍的應用。廣義來說，就像傳統的工業機器人一樣，協助機器人也不是無所不能的。因為，前面提到的某些優點也同時限制了它的適用性。

如前文所述，協作機器人相對靈活。如果使其可以移動，那么與無人駕駛運輸系統配合使用將是不錯的選擇——它將不再在固定位置工作。為每種應用都配備新的機器人的方式已經過時了。

特別是當工藝過程在不同時間段進行時，一個協作機器人可以完成多個任務。固定式的工業機器人無法做到這一點。通常，它們只需要完成一項特殊的任務。

協作機器人的移動速度較慢。Ralf Winkelmann說道：“協作機器人也會受到物理定律的限制。為了安全起見，必須始終在移動速度和移動重量之間進行權衡。這就導致了協作機器人運動緩慢以及必須降低工作過程中的單個負載。”

在可預見的將來，將無法在全自動工藝流程中使用協作機器人。而在大批量生產線上，最為常見的是應用多個機器人，以傳統工業機器人為主。

由于協作機器人是一款出色的入門級機器人，因此它在小型企業中可能會變得越來越受歡迎。在制藥領域，它也可以應用于單間實驗室中。一兩個機器人便能完成我們無法完成的工作量。

與其他機器人一樣，協作機器人同樣不可代替人類員工，但它們可以完成更多的其他任務。

人類員工不可忽視

沒有協作組件，協作機器人就只能是部“機器”。在使用協作機器人時，人為因素也很重要。Tobias Brode說道：“在我們的團隊中，擁有心理學家和互動設計師。雖然技術已經成熟，但還欠缺用戶。”技術條件是應用機器人的基礎，但是運營者才是決定是否使用的關鍵。

這就是為什么需要從一開始就將所有項目參與者都考慮在內的原因。在工作中需要與機器人合作的員工必須在測試階段就要了解機器人同事的特性。

對于尚未涉獵機器人技術的公司而言，消除偏見尤其重要。Rainer Bernhardt說道：“機器人已經越來越容易被人們所接受。當員工意識到機器人正在減輕他們的不愉快和單調的工作時，他們就會思考是否應該購進更多的協作機器人。”

安全性也是需要考慮的因素之一，不論是否從操作者的角度來看。展示視頻和展會上的演示可以消除企業對協作機器人安全性的顧慮。需要注意的問題是，協作機器人是否符合法規要求。這需要對協作機器人的實際工作進行風險評估。Rainer Bernhardt說道：“裝載有200 g安瓿瓶包裹的協作機器人的安全標準與運輸1 t貨物的無人駕駛運輸車輛幾乎相同。”

法規應更接近現實工況，同時還需要對員工負責。即使機器人本身并不會傷害到任何人，但也可能會在移動過程中傷害到粗心的員工。尖銳的物體被機器人抓住也很危險。解決此問題的最佳方法是對員工進行培訓，以消除潛在的危險。

有了協作機器人，人類便成為自動化的一部分

盡管如此，協作機器人在未來幾年里仍然會受到企業的歡迎。在醫療技術領域，協作機器人的銷量將增加。隨著行業的發展，它將成為人機協作的理想選擇。

越來越個性化的醫學對實驗室技術和下游生產提出了更高的要求。為了保持經濟效益，我們必須對工藝過程實施自動化。人類是這個復雜價值鏈中不可或缺的一部分。因此，其必須被納入到自動化進程中。只有協作機器人才能做到這一點。也許未來幾年，實驗室技術人員和藥品生產技術人員在早上上班的路上會想：“幸運的是，我的機器人助手正在執行我以前需要做的工作。”老實說，我們不是都覺得這樣非常好嗎？ ●