В заводской лаборатории проверяют сырьё, полупродукты и готовую продукцию. Любой результат начинается с пробоподготовки: пробу нужно принять, подписать, отмерить, разбавить, перелить, поставить в штатив и загрузить в прибор. Работа требует аккуратности, но состоит из одних и тех же движений, которые повторяются всю смену.
Коботы в лаборатории хорошо справляются именно с такой работой. Кобот, или коллаборативный манипулятор, — это робот, который работает рядом с человеком.
Робот для пробоподготовки не обязательно означает отдельный роботизированный комплекс: кобот встаёт на стол или тележку рядом с прибором и берёт на себя повторяющиеся движения, а решения остаются за лаборантом. Так автоматизация лаборатории начинается с одной операции, а не с перестройки всего помещения.
Какие задачи мы берём на себя в лабораториях, рассказываем на странице о пробах и лабораториях.
Какие операции в заводской лаборатории повторяются каждый день
Дозирование и взвешивание
Отобрать заданный объём дозатором, добавить реактив, разбавить пробу, поставить ёмкость на весы и записать показание. Кобот повторяет одно и то же движение без усталости, а точность обеспечивают дозатор и весы — робот подаёт и забирает. Показания весов можно сразу передавать в журнал, без ручного переписывания.
Перестановка виал и пробирок
Из приёмного лотка — в штатив, из штатива — в автосамплер, после анализа — в архив. Автосамплер — это устройство, которое по очереди подаёт пробы в прибор, и заполнять его тоже приходится вручную. Сюда же относятся открывание и закрывание крышек, загрузка встряхивателей и центрифуг. Это самая понятная операция: тара стандартная, движения одинаковые, результат легко проверить.
Загрузка анализатора
Хроматограф, спектрометр или титратор нередко ждут, пока лаборант освободится. Кобот подаёт пробы, запускает цикл и забирает их после измерения — в том числе вечером и ночью, по заранее составленной очереди. Прибор загружен ровнее, а лаборант не отвлекается на него посреди другой работы.
Маркировка и учёт
Наклеить этикетку со штрихкодом, считать код, связать пробу с записью в ЛИМС — лабораторной информационной системе, где хранятся данные о пробах и результатах. Ошибка в маркировке обесценивает самый точный анализ, поэтому кобот сверяет код на каждом шаге — и перепутать пробы из-за усталости в конце смены становится намного сложнее.
Как кобот работает рядом с лаборантом
Классический промышленный робот работает за ограждением: он быстрый и сильный, и находиться рядом с ним во время работы нельзя. Кобот устроен иначе: он легче, в совместном режиме движется медленнее и чувствует столкновения, поэтому может делить рабочее место с человеком — если оценены риски всей операции.
Как робот должен вести себя рядом с людьми, описывают стандарты безопасности промышленных роботов ISO 10218 и техническая спецификация ISO/TS 15066. В России действует ГОСТ Р 60.1.2.2-2016, основанный на второй части ISO 10218. Способов совместной работы четыре:
- Остановка под контролем. Человек входит в общую зону — робот замирает, не отключаясь. Человек вышел — работа продолжается.
- Ручное ведение. Лаборант берёт руку кобота и ведёт её по нужной траектории. Так удобно показывать роботу новые движения.
- Контроль скорости и дистанции. Датчики следят, насколько близко человек: при приближении робот замедляется, а слишком близко — останавливается.
- Ограничение мощности и силы. Если робот касается человека, усилие остаётся ниже опасного порога, и робот останавливается.
Безопасность — свойство всего рабочего места
Кобот с ограничением силы безопасен для руки лаборанта, но если в захвате игла, битое стекло или открытая ёмкость с кислотой, риск определяет уже не робот, а то, что он держит. Поэтому оценку рисков делают для всей операции: захвата, посуды, реактивов, приборов и траектории. Многие риски снимаются простыми мерами.
- Вытяжной шкаф. Летучие и агрессивные реактивы кобот может переливать внутри шкафа, пока лаборант работает снаружи. Корпус и захват подбирают с учётом химической стойкости.
- Посуда и проливы. Поддоны под рабочей зоной, захваты под конкретную тару, сниженная скорость при переносе открытых ёмкостей.
- Чистота. Регламент очистки захвата между пробами, чтобы не переносить загрязнения из пробы в пробу.
- Разметка и аварийная остановка. Зона кобота отмечена на столе, кнопка остановки — под рукой у лаборанта.
Что остаётся за человеком
Руки — роботу, решения — лаборанту: кобот берёт повторяющиеся движения, а ответственность за результат остаётся у человека.
За лаборантом остаётся всё, где нужны знания и решения:
- выбор методик и решение о повторном анализе;
- приём нестандартных проб: необычная тара, подозрительный вид, срочный запрос;
- интерпретация результатов и подпись под протоколом;
- контроль качества измерений: контрольные образцы, поверка, калибровка и обслуживание приборов;
- обучение кобота новым операциям и разбор случаев, когда робот остановился и позвал человека.
Лаборант становится старшим на участке: ставит роботу задачи, проверяет его работу и больше времени отдаёт тому, ради чего пришёл в профессию, — анализу.
Когда кобот не нужен
Кобот — не ответ на любую задачу. Он не окупится там, где проб мало и каждая не похожа на предыдущую, где на каждом шаге нужно решение специалиста или где тару невозможно привести к единому виду. Иногда задачу закрывает автоматика самого прибора: у некоторых анализаторов уже есть устройство смены проб и встроенная подготовка. Поэтому мы начинаем с разбора операции на месте и честно говорим, где робот окупится, а где лучше оставить всё как есть.
Как начать автоматизацию лаборатории
Выберите операцию
Лучший кандидат для первого кобота — операция, где много однотипных проб, стандартная тара, устоявшаяся методика и понятный критерий «сделано правильно». Хороший старт — перестановка виал и загрузка автосамплера: результат легко проверить, а сама методика анализа не меняется. Дозирование и разбавление логично брать следующим шагом, когда команда привыкнет к роботу.
Подтвердите методику
Если часть пробоподготовки выполняет робот, лаборатория должна убедиться, что результаты не изменились. Для лабораторий, которые работают по ГОСТ ISO/IEC 17025-2019, это прямое требование: модифицированные методы подлежат валидации, то есть подтверждению, что метод подходит для своей задачи. Даже если формально методика та же, сравнение стоит провести:
- одни и те же пробы готовят и лаборант, и кобот;
- результаты сравнивают по показателям точности, которые уже приняты в лаборатории;
- контрольные образцы проходят через робота так же, как обычные пробы;
- итог оформляют документом, чтобы ответить на вопросы проверяющих и потребителей результатов.
Обучите робота и людей
Робота учим на движениях ваших лаборантов: показ ручным ведением или запись операции, затем дообучение на пробах вашей лаборатории. Данные остаются у вас. Лаборантов учим работать с коботом: ставить задачу, приостанавливать и останавливать робота, разбирать ситуации, когда он засомневался. В такой момент управление берёт диспетчер, который на связи круглосуточно.
Проведите пилот
Пилот на одной операции покажет, какую долю проб кобот готовит без вмешательства, совпадают ли результаты с ручной подготовкой и как меняется загрузка приборов. Как подготовить площадку и заранее договориться о метриках, — на странице о пилоте на площадке. Какие роботы подходят для лаборатории, рассказываем в разделе о манипуляторах и коботах.
Если в вашей лаборатории есть операция, которую лаборанты повторяют изо дня в день, расскажите о ней. Приедем, посмотрим на рабочее место и предложим пилот с понятными метриками.
