協(xié)作機(jī)器人如何征服制藥業(yè)？

文/ Gary Huck

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即使連續(xù)工作數(shù)天，協(xié)作機(jī)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(xié)作機(jī)器人被越來越多制藥企業(yè)應(yīng)用于生產(chǎn)過程的一個原因。該行業(yè)目前正在經(jīng)歷著什么呢？

實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備一批新樣品。

即使在她下班之后，她的同事仍可以繼續(xù)工作。它甚至可以整夜工作，這完全沒有任何問題，因?yàn)樗菣C(jī)器人。更確切地說，是協(xié)作機(jī)器人（cobot）。

機(jī)器人制造商ABB的視頻中的這一場景展示了協(xié)作機(jī)器人的潛力。它們可以在制藥技術(shù)的多個領(lǐng)域中為物料流動提供支持。

協(xié)作機(jī)器人并不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人

“支持”是一個很好的關(guān)鍵字，因?yàn)檫@正是協(xié)作機(jī)器人的任務(wù)。與為了實(shí)現(xiàn)工藝流程完全自動化的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同，協(xié)作機(jī)器人旨在實(shí)現(xiàn)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(xié)作機(jī)器人從托盤中取出貨物，然后將其裝入機(jī)器中。員工只需將貨物帶到協(xié)作機(jī)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(xié)作機(jī)器人將生產(chǎn)出來的貨物堆垛起來。例如，在奧拉寧堡工廠，每年會生產(chǎn)數(shù)十億的藥片和膠囊。一條生產(chǎn)線每班要收集大約5 t貨物。作為一名人類員工，當(dāng)機(jī)器人同事協(xié)助其完成任務(wù)時，他會感到很高興。

這兩種應(yīng)用都表明：協(xié)作機(jī)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(fù)和單調(diào)的工作。這聽起來確實(shí)不錯。但是，工業(yè)領(lǐng)域使用的機(jī)器人中只有約4%～5%是協(xié)作機(jī)器人。

新的有效成分，新的生產(chǎn)方式

協(xié)作機(jī)器人在制藥行業(yè)的應(yīng)用可能很快就會超過整個工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的均值，甚至可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一數(shù)字。原因歸結(jié)如下：制藥行業(yè)正在以日新月異的變化持續(xù)發(fā)展。根據(jù)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(fā)即將發(fā)生范式轉(zhuǎn)換。包括細(xì)胞和基因療法在內(nèi)的先進(jìn)治療藥品（ATMP）也在不斷增加。

這些高度個性化的產(chǎn)品無法在既定的生產(chǎn)線上生產(chǎn)。這是因?yàn)樵S多工藝過程需要人工手動完成，協(xié)作機(jī)器人可以協(xié)助其操作，開展更多任務(wù)。它們可以從設(shè)備中取樣，然后將其轉(zhuǎn)移到其他設(shè)備中，或者如上文中的案例所述，為實(shí)驗(yàn)室工作人員準(zhǔn)備樣品。

這樣一來，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)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(jìn)一步開發(fā)有效成分。物料流動由機(jī)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(xié)作機(jī)器人比受過專業(yè)訓(xùn)練和有職稱的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員更便宜。

此外，在特殊情況下，機(jī)器人完全可以保持連續(xù)工作的狀態(tài)。降低ATMP生產(chǎn)成本的方法有很多。“目前，病人花費(fèi)在ATMP上的治療費(fèi)用甚至可以高達(dá)30萬歐元。”Tobias Brode解釋道，“當(dāng)然，保險公司會部分報銷這些治療費(fèi)用。只有在其他治療選擇都用盡了的情況下，才會產(chǎn)生如此高昂的費(fèi)用。”一家公司通過實(shí)施部分自動化降低了生產(chǎn)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(yī)療技術(shù)的圣杯”。

協(xié)作機(jī)器人也可以用于制藥行業(yè)如今已經(jīng)成熟的生產(chǎn)過程中。Rainer Bernhardt解釋說道：“我們也看到了行業(yè)對于產(chǎn)量小，但是靈活性高且可以相對快速轉(zhuǎn)換的小型系統(tǒng)的需求越來越多。”

協(xié)作機(jī)器人可以在灌裝和包裝時為生產(chǎn)過程助力，這兩種應(yīng)用場景可由同一個機(jī)器人來執(zhí)行。在隨后的堆垛步驟中也可以由協(xié)作機(jī)器人來完成。因此，對協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行必要的調(diào)配，可減輕某個工藝過程工作人員的負(fù)擔(dān)。

自動化的起點(diǎn)

在制藥行業(yè)以及許多其他行業(yè)中，支持協(xié)作機(jī)器人用于生產(chǎn)過程的另外一個觀點(diǎn)是它的可訪問性。一些制造商可提供簡單的協(xié)作機(jī)器人，價格低至5 000歐元。此外，還有花費(fèi)在一些外圍系統(tǒng)上的費(fèi)用。優(yōu)傲機(jī)器人公司的西歐總經(jīng)理Andrea Alboni表示：“單獨(dú)一臺協(xié)作機(jī)器人很適合在車間里穿梭。”僅需不到5位數(shù)的成本投入就可以實(shí)現(xiàn)一些簡單的應(yīng)用。

優(yōu)傲機(jī)器人公司產(chǎn)出的機(jī)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(shù)專業(yè)，也能夠操作協(xié)作機(jī)器人。”

德國Fanuc公司常務(wù)董事Ralf Winkelmann也這樣認(rèn)為：“對于以前從未涉及自動化的公司來說，協(xié)作機(jī)器人是很好的破冰者。它們易于編程和操作。”

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

人與機(jī)器互動：這就是使用協(xié)作機(jī)器人的方式

協(xié)作機(jī)器人可以執(zhí)行多種不同的任務(wù)，所有適合自動化應(yīng)用的場景都可以進(jìn)行試驗(yàn)和探索。Andrea Alboni說道：“有意向的客戶可以向我們借用協(xié)作機(jī)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(jìn)行應(yīng)用。”

協(xié)作機(jī)器人并非無所不能

白色機(jī)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(jī)器人不斷靠近，機(jī)器人的動作會逐漸減慢直至完全停止。與常見的機(jī)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(jìn)入人們的視野并受到追捧。

協(xié)作機(jī)器人并不是普通的機(jī)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(dǎo)致了協(xié)作機(jī)器人沒有得到大范圍的應(yīng)用。廣義來說，就像傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人一樣，協(xié)助機(jī)器人也不是無所不能的。因?yàn)椋懊嫣岬降哪承﹥?yōu)點(diǎn)也同時限制了它的適用性。

如前文所述，協(xié)作機(jī)器人相對靈活。如果使其可以移動，那么與無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)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(yīng)用都配備新的機(jī)器人的方式已經(jīng)過時了。

特別是當(dāng)工藝過程在不同時間段進(jìn)行時，一個協(xié)作機(jī)器人可以完成多個任務(wù)。固定式的工業(yè)機(jī)器人無法做到這一點(diǎn)。通常，它們只需要完成一項(xiàng)特殊的任務(wù)。

協(xié)作機(jī)器人的移動速度較慢。Ralf Winkelmann說道：“協(xié)作機(jī)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(jìn)行權(quán)衡。這就導(dǎo)致了協(xié)作機(jī)器人運(yùn)動緩慢以及必須降低工作過程中的單個負(fù)載。”

在可預(yù)見的將來，將無法在全自動工藝流程中使用協(xié)作機(jī)器人。而在大批量生產(chǎn)線上，最為常見的是應(yīng)用多個機(jī)器人，以傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人為主。

由于協(xié)作機(jī)器人是一款出色的入門級機(jī)器人，因此它在小型企業(yè)中可能會變得越來越受歡迎。在制藥領(lǐng)域，它也可以應(yīng)用于單間實(shí)驗(yàn)室中。一兩個機(jī)器人便能完成我們無法完成的工作量。

與其他機(jī)器人一樣，協(xié)作機(jī)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(wù)。

人類員工不可忽視

沒有協(xié)作組件，協(xié)作機(jī)器人就只能是部“機(jī)器”。在使用協(xié)作機(jī)器人時，人為因素也很重要。Tobias Brode說道：“在我們的團(tuán)隊中，擁有心理學(xué)家和互動設(shè)計師。雖然技術(shù)已經(jīng)成熟，但還欠缺用戶。”技術(shù)條件是應(yīng)用機(jī)器人的基礎(chǔ)，但是運(yùn)營者才是決定是否使用的關(guān)鍵。

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

對于尚未涉獵機(jī)器人技術(shù)的公司而言，消除偏見尤其重要。Rainer Bernhardt說道：“機(jī)器人已經(jīng)越來越容易被人們所接受。當(dāng)員工意識到機(jī)器人正在減輕他們的不愉快和單調(diào)的工作時，他們就會思考是否應(yīng)該購進(jìn)更多的協(xié)作機(jī)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(yè)對協(xié)作機(jī)器人安全性的顧慮。需要注意的問題是，協(xié)作機(jī)器人是否符合法規(guī)要求。這需要對協(xié)作機(jī)器人的實(shí)際工作進(jìn)行風(fēng)險評估。Rainer Bernhardt說道：“裝載有200 g安瓿瓶包裹的協(xié)作機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)輸1 t貨物的無人駕駛運(yùn)輸車輛幾乎相同。”

法規(guī)應(yīng)更接近現(xiàn)實(shí)工況，同時還需要對員工負(fù)責(zé)。即使機(jī)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(jī)器人抓住也很危險。解決此問題的最佳方法是對員工進(jìn)行培訓(xùn)，以消除潛在的危險。

有了協(xié)作機(jī)器人，人類便成為自動化的一部分

盡管如此，協(xié)作機(jī)器人在未來幾年里仍然會受到企業(yè)的歡迎。在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人的銷量將增加。隨著行業(yè)的發(fā)展，它將成為人機(jī)協(xié)作的理想選擇。

越來越個性化的醫(yī)學(xué)對實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和下游生產(chǎn)提出了更高的要求。為了保持經(jīng)濟(jì)效益，我們必須對工藝過程實(shí)施自動化。人類是這個復(fù)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(jìn)程中。只有協(xié)作機(jī)器人才能做到這一點(diǎn)。也許未來幾年，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員和藥品生產(chǎn)技術(shù)人員在早上上班的路上會想：“幸運(yùn)的是，我的機(jī)器人助手正在執(zhí)行我以前需要做的工作。”老實(shí)說，我們不是都覺得這樣非常好嗎？ ●