Роботи за фармацевтичното производство

• Тъй като повечето лекарствени продукти са с малки размери и тегло, делта роботите са идеални за редица опаковъчни приложения във фармацевтичното производство
  
  
• Самонасочващи се автономни превозни средства или автономни мобилни роботи могат да се използват за транспортиране на лекарствените съставки от склада до дозиращата машина с малка или никаква човешка намеса
  
  
• Интересно е, че фармацевтичните производства често изискват много по-високи скорости, прецизност и по-кратки цикли в сравнение с други приложения

Проучване на консултантската компания Grand View Research прогнозира, че глобалният пазар на роботи за фармацевтичната индустрия ще достигне стойност от 357,9 млн. щатски долара до 2030 г. с комбиниран годишен темп на растеж от 9,2%. Факторите, обуславящи този ръст, са няколко, включително възможността на автоматизираните системи бързо и сигурно да изпълняват повторяеми задачи като преместване на лабораторни съдове, броене и опаковане на таблетки и провеждане на инспекции за целите на качествения контрол.

Пандемията доведе до огромно ускорение при внедряването на фармацевтични роботи. Поръчките на роботи от компании в областта на науките за живота в Северна Америка се увеличават с 69% през 2020 г. в сравнение с 2019 г. по данни на Асоциацията на роботизираните индустрии (RIA). Повишеното търсене идва от силно нарасналата необходимост от обработка на проби и производство на комплекти за изследване и предпазни средства, като маски и ръкавици.

Други фактори като персонализираната медицина също оказват влияние върху търсенето на фармацевтични роботи. Персонализираната медицина се уповава на идеята, че някои хора биха реагирали по-добре на определено лечение в сравнение с други в зависимост от генетичния им код. Концепцията е съпроводена със силно разширена необходимост от изследване на пациентски проби и лекарствени състави. Тъй като този вид медицина е свързана с много повече персонализирани лекарства, изискванията за опаковане и етикетиране също ще се увеличат. При персонализираната медицина размерът на партидата може да бъде от една-единствена доза.

Намаленият обем на лекарствата, съчетан с по-голямото разнообразие от продукти, увеличава интензитета на труда. Тази комбинация също движи пазарното търсене на роботи.

Приложенията на роботи във фармацевтичната индустрия могат да бъдат групирани в две основни категории – лабораторна автоматизация и производство.

Pick & place роботи

Според проучване на Global Market Estimates делта роботите са най-използваният тип роботи за pick & place приложения. Те са известни със своята скорост, но и с ограничената си товароносимост. Тъй като повечето лекарствени продукти са с малки размери и тегло, делта роботите са идеални за редица опаковъчни приложения във фармацевтичното производство. SCARA роботите също са бързи и са отлично решение за множество pick & place операции във фармацевтичния сектор.

Опаковането обхваща не само поставянето на таблетки и флакони в блистери и кутии, но и важната задача за отпечатване и поставяне на етикети. Роботите се справят с този вид работа прецизно и неуморно. Оборудваните със системи за зрение роботи могат да вземат първичните опаковки от конвейерна лента и да ги поставят във вторични опаковки, например кашони.

Смесване и дозиране

Производственият процес на някои течни лекарства налага разбъркването им, например с цел разтваряне на прах в течността. Един робот може внимателно да повдигне съда и да го ротира по изключително стриктно определена траектория – в махалообразно движение, вертикална или хоризонтална ротация или разклащане.

Повторяемостта на движението е от ключово значение за надеждността на резултатите, а за хората повтарянето на прецизни движения хиляди пъти е скучно и трудно.

За големи, масови производства на таблетки и други типове лекарства най-често се използва конвенционална автоматизация под формата на стационарни бъркалки и дозиращо оборудване. Роботите обаче могат да подпомогнат и тези процеси. Самонасочващи се автономни превозни средства (AGV) например могат да пренасят насипните материали до стационарното оборудване. Едно AGV или автономен мобилен робот (AMR) може да транспортира съставките на лекарствата от склада до дозиращата машина с малка или никаква човешка намеса.

Инспекция и контрол на качеството

Роботизираното оборудване играе съществена роля при тестването на фармацевтичните продукти в редица етапи на производствения процес. Анализирането или тестването на проби може да включва стриването на таблетки на прах или разтварянето на прах в течност. Твърдите и течните съставки може да трябва да се смесят до получаване на хомогенност и активиране на химични реакции.

При високообемни тестове на производствената линия робот може да изпълнява това смесване, а специална машина да извършва тестването. Традиционните решения за автоматизация работят добре в подобен сценарий. Роботи могат да се използват за запълване на празнините – например за зареждане на пробите в анализаторите, както и за отстраняването им след приключване на теста.

Нискообемни приложения

Нискообемните задачи имат различни изисквания в сравнение с високообемното производство. Когато една компания разработва ново лекарство, процесът се характеризира с малки обеми и голямо разнообразие на продуктите. В началото на този процес трябва да бъдат тествани хиляди различни лекарствени формули. На всеки етап от процеса на тестване се елиминират повечето от тези формули, докато накрая не останат един или два обещаващи кандидата. В този сценарий с малки обеми и високо разнообразие се използва автоматизация за пипетиране, както и колаборативни роботи.

Коботите работят добре съвместно с хората, защото са проектирани така, че да ограничават скоростта и силата си. Коботите засичат присъствието на хора в близост и могат да забавят действието си или да спрат изцяло с цел осигуряване на безопасността. Друга стратегия за безопасност за коботи включва не само сензори за зрение с оглед избягване на сблъсъци, но и датчици за ограничаване на силата на техните движения, за да се избегне нараняването на хора.

Коботите обикновено могат да бъдат научени какво трябва да правят ръчно, чрез преместване на робота в различните необходими позиции. След това роботът сменя позициите си, изпълнявайки серия от стъпки, показани му от оператора. По този начин коботът може да бъде програмиран, без да е нужно използването на код.
Адаптируемостта и лекотата на употреба на един кобот са особено ценни, когато има множество задачи за изпълнение. Проучвания показват, че коботите са развиващ се феномен в областта на фармацевтичното производство. Способността на робота да осъществява повторяеми дейности в съчетание с индивидуалните умения на един работник представляват мощна комбинация.

Опаковане и палетизиране

Използването на палетизиращи роботи може да доведе до оптимизиране на подреждането на вторичните опаковки, така че броят върху една палета да е максимално възможният. Автоматичното опаковане с термосвиваемо фолио също може да се изпълнява от палетизиращи роботи.

Тъй като теглото на кутиите, кашоните и палетите е по-голямо, отколкото в предходните етапи на производствения процес, манипулаторите за опаковане обикновено са по-мощни. Типът на робота варира в зависимост от приложението. Ако движенията, които трябва да се изпълняват, са прости, използването на декартов робот може да е достатъчно. В случай че е нужна максимална гъвкавост, за изпълнението на сложни маневри и поемане на значителни товари следва да се използва шарнирен манипулатор.

Дефиниране на приложението

Увеличаване на броя на роботите се забелязва при дозирането, сортирането, асемблирането на комплекти и обслужването на машини. Едно от най-разпространените приложения на роботите във фармацевтичното производство е опаковането.

Според проучване на PMMI Business Intelligence 61% от производителите на лекарства вече използват роботи в техните процеси на опаковане. От останалите 39%, които понастоящем не използват роботи, една трета заявяват, че планират да започнат да го правят в бъдеще.

Ключовите фактори за роботите за опаковане са полезният товар, гъвкавостта и скоростта. Последната е особено важна за фармацевтично производство, където една счупена ампула или разлят сироп могат да доведат до нарушаване на асептичната среда, което е свързано със скъпоструващи престои и значителни по размер загуби.

Интересно е, че фармацевтичните производства често изискват много по-високи скорости, прецизност и по-кратки цикли в сравнение с други приложения. В автомобилостроенето например се търсят цикли с продължителност над 4 секунди. За фармацевтичните приложения продължителността на циклите често е под 4 секунди.

Полезният товар, спецификация по-често свързвана с приложения в тежката промишленост, също е важно съображение за фармацевтичните производители. Въпреки че много малко лабораторни приложения изискват значителни полезни товари, в приложенията по опаковане на готовата продукция на роботите може често да им се налага да повдигат тежки обекти.

За съжаление, една от най-разпространените пречки при инвестирането в роботи е свързана с потенциалните предизвикателства при монтажа и програмирането им. Задачата изглежда още по-сложна, в случай че роботите ще се внедряват директно на производствената линия, тъй като една грешка в програмирането би могла да доведе до нежелани разходи заради престои. Затова друго важно съображение за производителите е да изберат модел робот, който предлага опростено програмиране.

По-лесно програмиране

Компаниите от фармацевтичния сектор често са изправени пред уникално предизвикателство – да използват една-единствена производствена линия за множество продукти. Например може да се наложи производството на определено лекарство в продължение на няколко месеца, след което да се премине към изцяло различна формула за друг период от време. Поради тази причина роботите за фармацевтичното производство трябва да се избират с мисъл за гъвкавост.

Лесното програмиране е ключов фактор, особено за фармацевтични производители, работещи като подизпълнители. Осъществяването на смяната между една партида и друга трябва да бъде възможно най-опростено, защото за реализирането му ще бъде необходимо често препрограмиране на роботите.
Не е изненадващо, че индустриалните роботи понякога са трудни за използване по отношение на програмирането, защото в световен мащаб понастоящем има над 1500 различни езика за програмиране. Това може да е изключително плашещо за множество нови потребители на решения за автоматизация, включително такива във фармацевтичната индустрия.

Резултатите от проучване на компанията TM Robotics показват, че за 79% от дистрибуторите на роботи опростеното програмиране е един от петте решаващи фактора, които търсят клиентите при избор на робот. Въпреки че това не се отнася единствено за фармацевтични приложения, повишаващото се търсене за персонализирано и малкопартидно производство само ще засили тази тенденция в сектора.

Интересно е, че според същото проучване 55% от дистрибуторите вярват, че интегрираното зрение е друг приоритет за крайните потребители при избора на робот. Подобно на опростеното програмиране, интегрираните системи за зрение могат да осигурят допълнителна гъвкавост във функционирането на един робот.

Усъвършенстваните версии на тези системи могат също да редуцират изискванията за програмиране чрез намаляване на необходимостта от ръчно въвеждане на данните, които вместо това камерата може да регистрира.

Зрението на роботите може да играе ключова роля и в контрола на качеството и инспекцията на лекарствата. Индустрията разчита на автоматизирани системи за процесен контрол и управление на качеството, за да се гарантира, че производството на малки партиди се извършва с висока повторяемост, надеждност и точност. От критично значение за това ниво на контрол са инспекцията на постъпващите материали и проверката на етикетите.

През последните години фармацевтичната индустрия се усъвършенства все повече и съвременните производствени практики са изключително далеч от експерименталните аптеки на 15-и век. Както във всички промишлени сектори, нарастващото търсене на продукти създава необходимост от увеличаване на производителността и автоматизацията бързо се превърна в идеалния начин за оптимизиране на фармацевтичното производство. Преди да инвестират в роботи обаче, компаниите трябва добре да обмислят техните приложения, изискванията им за програмиране и как биха функционирали в специфични среди, например в чисти помещения.