★贝加莱工业自动化（中国）有限公司宋华振

1　快速变化的医疗器械及制药市场

制药与医疗器械生产属于典型的“碎片化”离散制造，产品类别多、批量小。随着对大健康领域的关注度日益提升，整个产业的需求持续扩大；同时，细分市场需求的增长推动行业生产制造进入快速迭代升级阶段。传统制造产线因机械结构复杂，在生产响应速度与产品品质控制上已难以适配新的市场形势。

1.1　制药与医疗器械领域的显著变化

以下几个快速成长的市场趋势，对生产制造环节提出了新的挑战：

（1）预填充注射针的快速崛起

随着GLP-1类药物的快速发展，司美格鲁肽、度拉糖肽等糖尿病自注射针剂，以及生长激素类药物、精准用药制剂、医美针剂等均广泛采用预填充针剂形式，推动该市场规模快速扩张。据相关数据统计，2030年预填充注射针市场的需求预计将达到70亿支。

图1预填充注射笔的应用场景

从图1可以看到，针对各种治疗场景的预填充注射笔，相较于之前采用的胰岛素笔、普通注射笔等还是有较多的好处。由图1可见，针对不同治疗场景的预填充注射笔，相比传统胰岛素笔、普通注射笔等具有显著优势。

（2）代工模式的发展

制药行业供应链正逐步细化，工程服务及代工类工厂逐渐兴起，形成类似半导体Foundry模式的“Contract Service”体系——涵盖药物科学研究（如分子发现）、药物测试验证、专业生产制造、包装等独立环节，各环节由专业厂商分工完成。目前，代工模式在制药领域的渗透率已达60%，但该模式也对代工厂提出挑战——需快速响应不同制药品牌的产品差异化需求。

（3）直接面向消费者的医疗器械及药物

直接面向消费者的药物更趋“个性化”，部分医疗器械品牌已开启面向消费端的在线销售模式。其中，体外诊断类（IVD）、POCT即时检测产品（如血糖测试、验孕棒）可通过电商平台直接采购；喷雾剂、眼药水、止痛膏剂等药物也可终端销售，而终端产品的需求波动大、规格变化频繁。

1.2　医疗器械产线组装的问题分析与解析

（1）阻碍效率提升的因素

传统产线存在多方面问题，制约了生产效率的提升。从精益生产（Lean Production）“消除一切浪费”的核心原则来看，传统机械产线中诸多浪费现象长期被忽视——凡是未产出良品的时间与动作，均属于浪费，包括图2所示的产线问题：因节拍差异导致前序工站滞后，使快速工序因缺料等待；工装夹具更换、频繁上下料、跨线流动（通过人工、机器人或AGV）等非增值过程，均需尽可能减少。

图2从浪费的消除到即时生产（JIT）

高效产线需实现“连续流”与“均衡化负载”，即被加工产品在产线中无堆积、无等待、无中断地连续生产，各工位负载均衡。

2　柔性制造产线的解析

2.1　柔性输送技术简介

近年来，柔性输送技术逐步引入制药与医疗器械领域，解决传统机械输送的结构复杂、维护困难、数字化程度低、调节灵活性差等问题。其核心为长定子直线电机模式，如图3所示：

图3（a）长定子直线电机的原理

图3（a）中，直线电机的定子由多组线圈构成，动子为永磁体；线圈电流产生的磁力驱动动子沿左右方向运动，电流大小决定加速度性能。通过动子上的位置编码器，可任意调节动子间距。

图3（b）由长定子直线电机构成的轨道线体

图3（b）为贝加莱ACOPOStrak系统，由直段、弯段、90度段等组合形成产线，动子速度可达4m/s，加速度达2g，重复定位精度达10微米。其中，ACOPOS 6D则是一种全新的平面输送技术，它的动子模块以完全非接触的形式在平面的定子上运动，并形成在X,Y,Z三个坐标系中的运动，以及沿着X,Y,Z三个轴的旋转运动。该技术凭借完全非接触特性，在医疗器械与制药领域具有独特优势，无需机械润滑，大幅简化系统结构，降低维护成本。

图4ACOPOS 6D平面磁悬浮输送技术

2.2　由柔性输送技术构建的产线

图5贝加莱自适应制造产线的架构

图5为基于磁悬浮输送线构建的整体制造系统架构，贝加莱称之为“自适应制造（Adaptive Manufacturing）”，涵盖柔性输送（ACOPOStrak、ACOPOS 6D）、机器人、机器视觉、控制与驱动系统、通信系统、工程开发及可视化显示系统。

2.3　柔性输送在医疗器械及制药领域的应用潜能分析

图6解析了医疗器械组装产线的多层级任务，据此可逐一分析柔性输送技术对生产问题的解决路径。

图6医疗器械组装产线任务解析

2.4　现场层常见问题的解决

在医疗器械组装或制药后道包装中，如图7所示，若6个瓶子同时灌注液体，后续配置2个旋盖站与1个贴标站（基于负载均衡设计的工站数量差异），会导致瓶子经过的工站间距变化。传统机械输送无法应对该问题，而柔性输送可通过预配置间距，形成“等间距队列”进入不同工序。

图7等间距队列的排队问题

图8分流与汇流的负载设计

图8展示了针对负载差异的分流方案，当前序工序节拍为1.5s/件，后续工序为4.5s/件时，为了让两个工序“配平”就可以采用“分流的方式”，再通过汇流的方式进行下一个工序的生产。

图9容错与切换准备的设计

图9为生产容错（NG）处理机制，通过设计“服务工站”，将检测出的不良品或损坏的工装夹具分流至服务工站处理。在最新应用中，贝加莱用户将其设计为准备工站——提前在动子上配置下一批次生产所需的工装夹具，当前批次生产完成后，可实现“无扰动”切换。

除上述应用外，磁悬浮输送轨道技术还具有以下优势：

·机械设计更简单：轨道输送无摩擦，精度稳定性高，维护成本极低；

·无需二次定位：显著提升工序衔接效率；

·数字化能力强：每个动子可携带生产参数，实现数字化管理。

3　应用场景：胰岛素泵的组装线

3.1　采用柔性输送技术的胰岛素泵组装线

胰岛素泵的生产工序包括上下料、装配、装盒、打标、检测（工序1~5），各工序节拍存在差异（T1~T5）。传统机械输送线需按最慢节拍生产，且输送带速度较低。

采用柔性输送技术的胰岛素泵组装线实现：

（1）解决负载不均衡问题：采用ACOPOStrak柔性输送系统后，通过工站差异化配置，在各工序间设置最小缓冲带，使产线效率提升，生产节拍缩短50%。

（2）通过两个动子的夹装调整，适配产品规格变化。

（3）具备快速更换动子的能力。

图10柔性输送轨道的生产线

如图10所示，磁悬浮输送轨道构成的生产线可调节各工站间距、动子速度及加速度，并能根据产品规格（如宽度、重量）自适应调整，如通过动子夹装间距适配宽度变化，通过系统整体调节适配负载变化对节拍的影响，确保高效生产。

3.2　采用平面磁悬浮输送技术进行生物疫苗测试及给药

3.2.1　需求分析

生物疫苗及制剂测试需完成精准给药、器皿抓取、开盖、微给药、均匀搅拌、检测、贴标、打码、视觉检测等工序。由于检测种类多、工艺差异大，传统机械机构存在效率低、难以适配容积变化、摇晃方式调整及给药量控制等问题。具体需求如下：

·处理能力需达到100瓶/小时；

·全流程实现数字化；

·可同时处理数百种检测变化。

3.2.2　方案

采用ACOPOS 6D结合机器人设计整体流程，通过平面磁悬浮技术完成给药、搅拌等工序——简化机械机构设计，并借助平面磁悬浮动子的数字化参数携带能力，实现过程可配置及数据采集管理。

图11采用平面磁悬浮的生物疫苗检测与实验装置

3.2.3　系统功能设计

采用贝加莱ACOPOS 6D作为输送核心，配合协作机器人完成上下料及视觉检测，其核心需求点如下：

·滴药过程：ACOPOS 6D可根据灌注容积、药物粘度及间距，通过逐行移动实现精准给药，简化机械结构；

·搅拌动作：转速、模式、频率、加速度等参数可按需设定；

·贴标过程：支持1~2个标站作业，可通过快速旋转完成双侧贴标，兼容标签与打码变化；

·数字化协同：每个动子携带工艺参数，通过实时以太网与周边机器人、管理系统高速同步，同时通过OPCUA与管理系统、数据采集分析系统交互。

3.2.4　项目效果

该项目将检测能力提升50%，同时增强系统数字化能力，简化机械结构。

4　结语

柔性输送技术以其高灵活性、数字化集成能力及机械简化特性，正在重塑制药与医疗器械领域的生产模式。从预填充注射笔的高效组装到生物疫苗的精准检测，从代工模式下的快速换产到终端产品的动态响应，该技术通过解决传统产线的节拍失衡、工序适配性差、维护成本高等痛点，为行业提供了适配“小批量、多品种、个性化”需求的全新解决方案。

摘自《自动化博览》2025年7月刊