★貝加萊工業自動化（中國）有限公司宋華振

1　快速變化的醫療器械及制藥市場

制藥與醫療器械生產屬于典型的“碎片化”離散制造，產品類別多、批量小。隨著對大健康領域的關注度日益提升，整個產業的需求持續擴大；同時，細分市場需求的增長推動行業生產制造進入快速迭代升級階段。傳統制造產線因機械結構復雜，在生產響應速度與產品品質控制上已難以適配新的市場形勢。

1.1　制藥與醫療器械領域的顯著變化

以下幾個快速成長的市場趨勢，對生產制造環節提出了新的挑戰：

（1）預填充注射針的快速崛起

隨著GLP-1類藥物的快速發展，司美格魯肽、度拉糖肽等糖尿病自注射針劑，以及生長激素類藥物、精準用藥制劑、醫美針劑等均廣泛采用預填充針劑形式，推動該市場規模快速擴張。據相關數據統計，2030年預填充注射針市場的需求預計將達到70億支。

圖1預填充注射筆的應用場景

從圖1可以看到，針對各種治療場景的預填充注射筆，相較于之前采用的胰島素筆、普通注射筆等還是有較多的好處。由圖1可見，針對不同治療場景的預填充注射筆，相比傳統胰島素筆、普通注射筆等具有顯著優勢。

（2）代工模式的發展

制藥行業供應鏈正逐步細化，工程服務及代工類工廠逐漸興起，形成類似半導體Foundry模式的“Contract Service”體系——涵蓋藥物科學研究（如分子發現）、藥物測試驗證、專業生產制造、包裝等獨立環節，各環節由專業廠商分工完成。目前，代工模式在制藥領域的滲透率已達60%，但該模式也對代工廠提出挑戰——需快速響應不同制藥品牌的產品差異化需求。

（3）直接面向消費者的醫療器械及藥物

直接面向消費者的藥物更趨“個性化”，部分醫療器械品牌已開啟面向消費端的在線銷售模式。其中，體外診斷類（IVD）、POCT即時檢測產品（如血糖測試、驗孕棒）可通過電商平臺直接采購；噴霧劑、眼藥水、止痛膏劑等藥物也可終端銷售，而終端產品的需求波動大、規格變化頻繁。

1.2　醫療器械產線組裝的問題分析與解析

（1）阻礙效率提升的因素

傳統產線存在多方面問題，制約了生產效率的提升。從精益生產（Lean Production）“消除一切浪費”的核心原則來看，傳統機械產線中諸多浪費現象長期被忽視——凡是未產出良品的時間與動作，均屬于浪費，包括圖2所示的產線問題：因節拍差異導致前序工站滯后，使快速工序因缺料等待；工裝夾具更換、頻繁上下料、跨線流動（通過人工、機器人或AGV）等非增值過程，均需盡可能減少。

圖2從浪費的消除到即時生產（JIT）

高效產線需實現“連續流”與“均衡化負載”，即被加工產品在產線中無堆積、無等待、無中斷地連續生產，各工位負載均衡。

2　柔性制造產線的解析

2.1　柔性輸送技術簡介

近年來，柔性輸送技術逐步引入制藥與醫療器械領域，解決傳統機械輸送的結構復雜、維護困難、數字化程度低、調節靈活性差等問題。其核心為長定子直線電機模式，如圖3所示：

圖3（a）長定子直線電機的原理

圖3（a）中，直線電機的定子由多組線圈構成，動子為永磁體；線圈電流產生的磁力驅動動子沿左右方向運動，電流大小決定加速度性能。通過動子上的位置編碼器，可任意調節動子間距。

圖3（b）由長定子直線電機構成的軌道線體

圖3（b）為貝加萊ACOPOStrak系統，由直段、彎段、90度段等組合形成產線，動子速度可達4m/s，加速度達2g，重復定位精度達10微米。其中，ACOPOS 6D則是一種全新的平面輸送技術，它的動子模塊以完全非接觸的形式在平面的定子上運動，并形成在X,Y,Z三個坐標系中的運動，以及沿著X,Y,Z三個軸的旋轉運動。該技術憑借完全非接觸特性，在醫療器械與制藥領域具有獨特優勢，無需機械潤滑，大幅簡化系統結構，降低維護成本。

圖4ACOPOS 6D平面磁懸浮輸送技術

2.2　由柔性輸送技術構建的產線

圖5貝加萊自適應制造產線的架構

圖5為基于磁懸浮輸送線構建的整體制造系統架構，貝加萊稱之為“自適應制造（Adaptive Manufacturing）”，涵蓋柔性輸送（ACOPOStrak、ACOPOS 6D）、機器人、機器視覺、控制與驅動系統、通信系統、工程開發及可視化顯示系統。

2.3　柔性輸送在醫療器械及制藥領域的應用潛能分析

圖6解析了醫療器械組裝產線的多層級任務，據此可逐一分析柔性輸送技術對生產問題的解決路徑。

圖6醫療器械組裝產線任務解析

2.4　現場層常見問題的解決

在醫療器械組裝或制藥后道包裝中，如圖7所示，若6個瓶子同時灌注液體，后續配置2個旋蓋站與1個貼標站（基于負載均衡設計的工站數量差異），會導致瓶子經過的工站間距變化。傳統機械輸送無法應對該問題，而柔性輸送可通過預配置間距，形成“等間距隊列”進入不同工序。

圖7等間距隊列的排隊問題

圖8分流與匯流的負載設計

圖8展示了針對負載差異的分流方案，當前序工序節拍為1.5s/件，后續工序為4.5s/件時，為了讓兩個工序“配平”就可以采用“分流的方式”，再通過匯流的方式進行下一個工序的生產。

圖9容錯與切換準備的設計

圖9為生產容錯（NG）處理機制，通過設計“服務工站”，將檢測出的不良品或損壞的工裝夾具分流至服務工站處理。在最新應用中，貝加萊用戶將其設計為準備工站——提前在動子上配置下一批次生產所需的工裝夾具，當前批次生產完成后，可實現“無擾動”切換。

除上述應用外，磁懸浮輸送軌道技術還具有以下優勢：

·機械設計更簡單：軌道輸送無摩擦，精度穩定性高，維護成本極低；

·無需二次定位：顯著提升工序銜接效率；

·數字化能力強：每個動子可攜帶生產參數，實現數字化管理。

3　應用場景：胰島素泵的組裝線

3.1　采用柔性輸送技術的胰島素泵組裝線

胰島素泵的生產工序包括上下料、裝配、裝盒、打標、檢測（工序1~5），各工序節拍存在差異（T1~T5）。傳統機械輸送線需按最慢節拍生產，且輸送帶速度較低。

采用柔性輸送技術的胰島素泵組裝線實現：

（1）解決負載不均衡問題：采用ACOPOStrak柔性輸送系統后，通過工站差異化配置，在各工序間設置最小緩沖帶，使產線效率提升，生產節拍縮短50%。

（2）通過兩個動子的夾裝調整，適配產品規格變化。

（3）具備快速更換動子的能力。

圖10柔性輸送軌道的生產線

如圖10所示，磁懸浮輸送軌道構成的生產線可調節各工站間距、動子速度及加速度，并能根據產品規格（如寬度、重量）自適應調整，如通過動子夾裝間距適配寬度變化，通過系統整體調節適配負載變化對節拍的影響，確保高效生產。

3.2　采用平面磁懸浮輸送技術進行生物疫苗測試及給藥

3.2.1　需求分析

生物疫苗及制劑測試需完成精準給藥、器皿抓取、開蓋、微給藥、均勻攪拌、檢測、貼標、打碼、視覺檢測等工序。由于檢測種類多、工藝差異大，傳統機械機構存在效率低、難以適配容積變化、搖晃方式調整及給藥量控制等問題。具體需求如下：

·處理能力需達到100瓶/小時；

·全流程實現數字化；

·可同時處理數百種檢測變化。

3.2.2　方案

采用ACOPOS 6D結合機器人設計整體流程，通過平面磁懸浮技術完成給藥、攪拌等工序——簡化機械機構設計，并借助平面磁懸浮動子的數字化參數攜帶能力，實現過程可配置及數據采集管理。

圖11采用平面磁懸浮的生物疫苗檢測與實驗裝置

3.2.3　系統功能設計

采用貝加萊ACOPOS 6D作為輸送核心，配合協作機器人完成上下料及視覺檢測，其核心需求點如下：

·滴藥過程：ACOPOS 6D可根據灌注容積、藥物粘度及間距，通過逐行移動實現精準給藥，簡化機械結構；

·攪拌動作：轉速、模式、頻率、加速度等參數可按需設定；

·貼標過程：支持1~2個標站作業，可通過快速旋轉完成雙側貼標，兼容標簽與打碼變化；

·數字化協同：每個動子攜帶工藝參數，通過實時以太網與周邊機器人、管理系統高速同步，同時通過OPCUA與管理系統、數據采集分析系統交互。

3.2.4　項目效果

該項目將檢測能力提升50%，同時增強系統數字化能力，簡化機械結構。

4　結語

柔性輸送技術以其高靈活性、數字化集成能力及機械簡化特性，正在重塑制藥與醫療器械領域的生產模式。從預填充注射筆的高效組裝到生物疫苗的精準檢測，從代工模式下的快速換產到終端產品的動態響應，該技術通過解決傳統產線的節拍失衡、工序適配性差、維護成本高等痛點，為行業提供了適配“小批量、多品種、個性化”需求的全新解決方案。

摘自《自動化博覽》2025年7月刊